High-mechanical-strength polyimide aerogels crosslinked with 4, 4′-oxydianiline-functionalized carbon nanotubes

聚酰亚胺 材料科学 碳纳米管 热稳定性 聚合物 热导率 抗压强度 表面改性 介孔材料 复合材料 化学工程 气凝胶 图层(电子) 有机化学 化学 催化作用 工程类
作者
Zhaoxian Zhu,Hongjun Yao,Jinxin Dong,Zhen Qian,Wei Dong,Donghui Long
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:144: 24-31 被引量:80
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2018.11.057
摘要

Abstract Polyimide (PI) aerogels are among the most promising organic aerogels as thermal insulation materials, but brittle compressive strength severely limits their practical applications. Herein, we develop a novel procedure to prepare lightweight and strong PI aerogels crosslinked with 4,4′-oxydianiline (ODA)-functionalized carbon nanotubes (CNTs). PI gels could be produced by cross-linking anhydride capped polyamic acid oligomers, followed by chemical imidizing. CNTs, treated through ODA functionalization, not only provide affinity with solvents, but also react with terminal anhydride groups of PAA to form strong covalent bonding with polymer chains. These modified CNTs could serve both as rigid crosslinker and linear reinforcement, which can effectively suppress the shrinkage of aerogels during preparation process. The obtained aerogels possess developed mesoporous structure with density as low as 0.107–0.121 g cm−3. The addition of only a small amount of CNTs could increase the mechanical properties of PI aerogels drastically, e.g. a 19-fold increase in Young's modulus and 15-fold increase in yield strength. The addition of CNTs could also improve thermal stability, with only a slight increase in thermal conductivity from 0.018 W m−1 K−1 to 0.023 W m−1 K−1 at room temperature. These high-mechanical-strength aerogels with high thermal stability and low thermal conductivity render them potential candidates for various aerospace applications.

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