Nanoporous Polybenzoxazine Aerogels for Thermally Insulating and Self-Extinguishing Materials in Aerospace Applications

材料科学 纳米孔 超临界干燥 气凝胶 环境压力 可燃性 超临界流体 复合材料 溶剂 化学工程 热导率 保温 纳米技术 有机化学 物理 工程类 化学 热力学 图层(电子)
作者
Shixian Xiong,Yue Yang,Sizhao Zhang,Yunyun Xiao,Hui Ji,Zhouyuan Yang,Feng Ding
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (7): 7280-7288 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acsanm.1c01253
摘要

Phenolic-based aerogel composites possess particular characteristics, such as low thermal conductivity, light weight, and superior ablative properties, in near-space vehicles. However, their machinability and flammability require further improvement, hampering their application for high-performance thermal protection systems in the aerospace field. Here, we prepare nanoporous polybenzoxazine (PBO) aerogels with outstanding thermally insulating and self-extinguishing properties by an effective-cost ambient pressure drying (APD) approach rather than a conventional high-pressure supercritical drying pattern. The PBO aerogels are prepared by adopting different exchange solvents of tert-butyl alcohol, ethanol, and n-hexane. The results obtained indicate that PBO aerogels (with n-hexane as the exchange solvent) by APD have an optimal three-dimensional nanoporous network structure, a pore size distribution in the range 20–140 nm, an obvious self-extinguishing property (extinguished itself instantly despite exposure to a 1200 °C flame), superior thermal insulation (the cold surface temperature of the sample reached only 36.4 °C after 400 s despite its opposite surface existing at a 65.8 °C atmosphere), and excellent machinable properties (easy-to-form special-shaped sample). PBO aerogels are a great potential candidate material system for thermal protection systems in aerospace applications in the future.
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