高強高密度聚醯亞胺海綿材料

2021-01-16 聚醯亞胺科技

PI研究：聚醯亞胺；海綿材料；電紡纖維；高密度；3D結構；孔隙率；壓縮強度；熱穩定性；碳化

由電紡纖維製成的3D纖維海綿因其網絡多孔結構，具有重量輕、密度低、孔隙率高等特點，在溶劑吸收、油水分離、隔熱及隔音、藥物及催化劑載體等領域具有良好應用前景。然而，絕大多數的3D海綿都存在較差的機械性能，極大限制了其實際應用。


近期，研究人員基於「自粘」概念工藝將短切電紡纖維組裝而成，即用PAA溶液將短切PI納米纖維粘合到一起，經冷凍乾燥、加熱醯亞胺化法製備了高密度聚醯亞胺纖維海綿（HDPISG），重點考察了HDPISG的機械性能、熱穩定性能等。

結果表明，HDPISG的密度高達280mg/cm3，孔隙率>80%，並顯示出良好的透氣性。隨著海綿密度的增加，抗壓強度和導熱係數顯著提高，而孔隙率呈線性降低趨勢。


密度為280mg/cm3的HDPISG在50%和80%壓縮率下，最高壓縮強度分別為5190kPa和35900kPa。小型HDPISG甚至可以承受超過自身一萬倍的重量。

研究發現，HDPISG具有出色的熱穩定性，即使在450℃加熱1小時後仍可保持相同的形狀。此外，HDPISG在熱處理後還仍具有出色的機械性能，在300℃加熱30小時後壓縮強度幾乎沒有損失。


此類聚醯亞胺基海綿還可以高溫碳化為碳基海綿。HDPISG經900℃/2小時碳化後，仍可以保持其主要形狀，轉化為有自支撐性的多孔碳基海綿。該方法所製備的HDPISG及其碳化海綿有望作為多孔電極材料，應用於隔熱、儲能等領域。


研究成果發表在國際學術期刊 ACS Applied Materials & Interfaces （2020，Published Online），第一作者和通訊作者分別為南京林業大學和德國拜羅伊特大學的S.H. Jiang和A. Greiner。

 

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文獻DOI: 10.1021/acsami.0c02004

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