Polyimide-based composites reinforced by carbon nanotube-grafted carbon fiber for improved thermal conductivity and mechanical property

聚酰亚胺 复合材料 材料科学 碳纳米管 复合数 极限抗拉强度 热稳定性 热导率 热膨胀 图层(电子) 化学工程 工程类
作者
Zhiqiang Wu,Jie Dong,Cuiqing Teng,Xiuting Li,Xin Zhao,Xiuzhi Qin,Chengchang Ji,Qinghua Zhang
出处
期刊:Composites Communications [Elsevier BV]
卷期号:39: 101543-101543 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.coco.2023.101543
摘要

This paper describes a method to improve the thermal conductivity, mechanical properties and thermal dimensional stability of polyimide-based composites by rationally introducing carbon nanotubes (CNT) chemically-grafted-carbon fiber CF into the polyimide matrix via an ice-templating strategy followed by hot-pressing. The grafted CNT onto CF surface (CNT@CF) significantly increased the roughness of the smooth surface of carbon fiber, improving the interfacial compatibility between CNT@CF and PI matrix and resulting in improved thermal conductivity and tensile strength as well as the dimensional stability. Typically, the PI/CNT@CF20 composite containing 20 wt% CNT@CF exhibits an in-plane thermal conductivity of 4.25 W m−1 K−1, 1134% enhancement compared to the pure matrix (0.34 W m−1 K−1). Meanwhile, the PI/CNT@CF20 composite also presents an increased tensile strength (130 MPa), ∼18 MPa and ∼58 MPa higher than that of PI/CF20 composite (102 MPa) and pure PI (72 MPa), respectively. Besides, the resulting composites exhibit a gradually reduced coefficient of thermal expansion (CTE), which decreases from 66.7 ppm K−1 to 24.7 ppm K−1 as the content of CNT@CF increasing from 0 to 20 wt%. Interestingly, the PI/CNT@CF composites also show good Joule heating performances at low driving voltages. Accordingly, the developed polyimide-based composites demonstrate high potential as advanced thermal management materials with excellent mechanical properties.
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