关键词:聚酰亚胺;气凝胶;含氟聚合物;光学透明性;隔热性能;多因素分析;航空航天应用
光学透明性聚酰亚胺(PI)具有优异的综合性能,与其它光学聚合物材料相比,能够在更具挑战性的环境中发挥更明显的优势作用。PI气凝胶是一种高性能的多孔材料,具有轻质、良好隔热性能、低的介电常数等突出性能。为满足更先进高分子材料的应用需求,人们在尝试能否将光学透明PI与气凝胶结构结合,制备出具有良好透光率、颜色浅、高隔热且低收缩的韧性PI气凝胶。
近期,研究人员基于均苯二酐PMDA、含氟二酐6FDA与二甲基联苯二胺DMBZ进行共聚反应,并采用三酰氯BTC作为交联剂,成功制备了具有良好半透明性的PI气凝胶。其中,研究人员利用多变量的统计设计实验,对制备PI气凝胶的3个变量进行了系统比较研究,包括PI低聚物的重复单元数(n)、含氟二酐6FDA在总二酐的占比分数(0-50mol%)以及整体的聚合物溶液浓度(7-10wt%)。
研究结果表明,当PI主链结构中含氟二酐6FDA的分数为25mol%时,制备的PI气凝胶表现出高的光学透光率和低的雾度,并表现出较高的比表面积,这主要是由于气凝胶结构中的纳米孔更窄、孔径分布更均一。与此同时,用25mol%组分6FDA所制备的气凝胶也显示出较高的收缩率,导致其具有较高的密度和较低的孔隙率。
二酐6FDA含量:0、25%、50%
此外,研究还发现当聚合物骨架中含氟二酐6FDA用量增加时,气凝胶的模量、导热系数呈现降低趋势,而热分解温度则逐渐增大。由此可知,该系列PI气凝胶有望应用于同时要求高光学透明性和高热阻的场景,例如隔热窗格。未来的研究的重点将集中在如何保持良好热性能前提下,更有效地减少气凝胶的黄色问题,这将极大拓展PI气凝胶在众多光电、航空航天等领域的应用。
研究成果发表在国际学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces(2020,Published Online),第一作者和通讯作者为美国太空总署格林研究中心(NASA Glenn Research Center)的Stephanie L Vivod。
本文为聚酰亚胺科技®原创,欢迎分享!
本文内容仅用于交流,图片版权归作者及出版公司。
派博士微信号:PI-Doctor;QQ交流群:946804838。