Microinjection-molding subjects the polymer melt to high cooling and shear rates, which significantly affects the crystallization behavior during solidification. In this work, fast scanning chip calorimetry, conventional differential scanning calorimetry, melt rheology experiments, and polarized light optical microscopy permitted drawing conclusions about the crystallization of polyoxymethylene under such processing conditions. Computer simulations and Cox–Merz experiments predict orientation of molecular segments and shear-induced formation of crystal nuclei in all regions of the component, that is, in both the skin and core. However, as the result of the interplay between the cooling rate/crystallization temperature and the chain relaxation time, the survival of nuclei is restricted to skin-near layers. In contrast to the fast cooling skin, in the slowly cooling core region, the initially oriented structure recovers to the random coil state due to the much shorter relaxation time compared to the crystallization time. The study suggests that structure formation of crystallizable polymers during melt processing, including microinjection molding, largely depends on the (temperature-dependent) ratio between the chain relaxation and chain crystallization time.

Polymer-based shielding materials have garnered attention due to their lightweightness, ease of fabrication, and tailorable performance. However, they tend to creep and deform when the materials are exposed to external heat, which may cause a catastrophic disaster due to mechanical failure. In this study, a hybrid loading of graphite (Gt) and boron nitride (BN) fillers was used to improve the thermal dissipation, neutron shielding, and tribological properties of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE), which demonstrate potential applications in nuclear sectors among others. The results revealed that the thermal conductivity of UHMWPE/BN 30 wt %/Gt 40 wt % composite (i.e., BN30Gt40) reached as high as 8.43 W/mK, which was 295% higher than UHMWPE/BN 30 wt %, 201% higher than UHMWPE/Gt 40 wt %, and 1700% higher than pure UHMWPE, respectively. Simulation analysis using Geant4 suggested that UHMWPE/BN/Gt composites exhibited excellent neutron-shielding performance due to the presence of abundant hydrogen and boron elements. In addition, the composites demonstrated excellent friction and wear performance due to the combined effects of constructing transfer film on the surface of the friction pair and timely removal of frictional heat that was generated at the sliding interface.

Microinjection molding (μIM) is an important technique to fabricate microparts for applications in the fields of automotive and microelectromechanical systems. However, the prevailing high shear conditions in μIM are unfavorable for constructing intact electrically conductive networks because the added fillers tend to be preferentially aligned along the melt flow direction. In this work, a series of polypropylene/polyamide 6/carbon black (PP/PA6/CB) composites with a selective localization of CB in the PA6 phase were used as the model system to prepare electrically conductive microparts. The prevailing high shearing and extensional flow effects in μIM were utilized to deform CB-rich phase with an aim to in situ construct electrically conductive network, thereby improving the electrical conductivity (σ) of subsequent moldings. The results indicated that a higher σ was achieved for PP/PA6/CB microparts when compared with their PP/CB and PA6/CB counterparts, at a lower filler content (<10 wt%). The influence of blending sequence of various components (i.e., PP, PA6, and CB) and annealing treatment on the σ of microparts was also studied. This work provided an approach to the design and preparation of electrically conductive microparts that can be potentially used in high-tech sectors.

The full arrival of 5G and advances in electronic integration make efficient heat dissipation crucial for stable operation and longer product lifespan. In this study, a vacuum-assisted filtration process was employed to fabricate ammoniated alumina/MXene/bacterial cellulose (Al2O3-NH2/MXene/BC) composite films that display a unique integration of properties, encompassing ultra-high thermal conductivity (λ), mechanical flexibility, and high photothermal conversion performance. By leveraging the bridging effect among spherical Al2O3-NH2 and MXene nanosheets, a densely packed "point-surface" structure was constructed in BC by using a one-step preparation process. When the mass fraction of Al2O3-NH2/MXene (1:3, w/w) is 40 wt%, the O-BAl1M3 exhibited an in-plane λ of 20.02 W m–1 K–1, which was 436% and 94% higher than that of pure BC and T-BAl1M3 (prepared by a two-step method), respectively. Furthermore, constructing an intact thermal conductive network within BC notably promoted photothermal and photoelectric conversion performance. The maximum surface temperature and voltage of the O-BAl1M3 film reached 106.9°C and 48.34 mV when a sample with an area of 1.56 cm2 was exposed under a light intensity of 200 mW cm–2. By applying O-BAl1M3 film, the temperature inside a self-built greenhouse model reached up to 64.8°C within 1200 s under a light intensity of 100 mW cm–2, which validated the practical application of the composite films and offered a novel approach for creating flexible films with superior photothermal conversion capability. This work provided insights into preparing functional composite films for efficient thermal management and photothermal conversion applications.

Applying suitable sizing agents is effective in improving the interfacial performance of carbon fiber reinforced composites (CFRPs). However, the poor thermal stability of conventional epoxy-based sizing agent limits their application at elevated temperatures for preparing advanced CFRPs. The question could lead to interfacial damage of composites at high temperatures, thus deteriorating their mechanical properties. In this work, diethanolamine (DEA) was selected to modify E51 resin to obtain a high-temperature resistant sizing agent (E51@DEA). The decomposition temperature of E51@DEA was 320 °C, which was 140 °C higher than that of E51. Furthermore, the resultant composites treated by E51@DEA 2 % showed robust interfacial performance (ILSS = 74.32 MPa, IFSS = 100.70 MPa), which was both increased by about 25 % compared to unmodified samples. In addition, the modified fiber could completely retain their interfacial reinforcement after treatment at 300 °C for 4 h. The prepared composites combined excellent thermal and interfacial properties, further expanding the application range of CFRPs.

Abstract With the rapid development of science and technology, there is an increasing demand for lightweight materials with excellent electromagnetic interference (EMI) shielding and infrared stealth performance for space applications. In this study, a series of polyimide/silica (PI/SiO 2 ) aerogels were fabricated by blending, which were dried using supercritical CO 2 drying method. Then, PI/SiO 2 composite aerogels were carbonized to prepare carbon aerogels with superior thermal insulation and EMI shielding properties. The carbonized PI/SiO 2 aerogels contained mesopores which enhanced the interfacial thermal resistance and improved the thermal insulation performance by 69% when compared with those samples without SiO 2 . The presence of mesopores adjusted the impedance matching of carbon aerogels, which allowed more EM waves to enter inside of the aerogels and dissipate through multiple reflections, thereby achieving absorption‐dominant EMI shielding performance. This study proposed a viable approach to preparing PI‐based carbon aerogels with excellent infrared stealth and EMI shielding performance, which show promising applications in aerospace and related industries. Highlights The introduction of SiO 2 regulated the microstructure of carbon aerogels. The thermal conductivity of carbon aerogels reached as low as 0.10 W/mK with 3 wt% SiO 2 . The EMI performance of carbon aerogel was enhanced from 22.4 to 33.5 dB.

In this study, lightweight polyimide foam (PIF) with anisotropic pore structure were fabricated by adopting microwave-assisted foaming technique. Afterward, lightweight PIF/PI aerogel/silica aerogel (PIF/PIA/SiA) composite foams with anisotropic hierarchical pore structures was prepared by impregnation and directional freeze-drying method. The directional growth of foam pores and ice crystals endowed PIF/PIA/SiA composite foams with anisotropic skeleton structures and hierarchical porous filling structures, leading to anisotropic mechanical and thermal insulation performances. PIF/PIA/SiA composite foams presented mechanical robustness in vertical direction and mechanical flexibility in horizontal direction due to its unique pore structure. In addition, PIF/PIA/SiA composite foams showed outstanding thermal stability and flame retardancy, suggesting a promising application in the field of high temperature fire protection. The PIF/PIA/SiA composite foams exhibited superior thermal insulation performance with thermal conductivities ranging from 0.0253 to 0.0523 W/(m·K) between 25 and 300 °C. Therefore, a facile strategy was developed to fabricate PIF-based composite foams for mechanical, flame retardancy and thermal insulation applications in high-end engineering fields.

Abstract In this paper, highly electrically and thermally conductive copper powders (Cu) and electrically insulative yet thermally conductive silicon carbide whiskers (SiCw) were selected as functional fillers and high‐density polyethylene (HDPE) was used as the matrix to prepare thermal conductive composites. By controlling the amount of Cu at 30 vol% which is below percolation threshold, the volume resistivity of the composites is maintained above 10 14 Ω cm. The results showed that SiCws entered the area which was not occupied by Cu particles and they played a bridging effect among Cu particles, thereby promoting the formation of intact thermal conductive pathways that contributed to improving the thermal conductivity of corresponding composites. The combination of SiCw:Cu = 3:1 at a filler content of 30 vol% resulted in a thermal conductivity as high as 1.921 W/mK, which is 380% higher than pure HDPE.

Abstract Silicone rubber‐based materials are important thermal protection materials for high‐temperature applications. In this work, a holistic analysis of silicone rubber‐based materials was conducted with an aim to comparatively study the ablative performance of different rubber matrices using the oxyacetylene flame. Six types of silicone rubber‐based composites were prepared in large quantities using a customized device, and the relationship between the ablative properties and influencing factors was elucidated, which was useful in guiding the design and preparation of flexible ablative materials for thermal protection purpose. The expansion and ceramicization of char layer, which was realized by introducing expandable graphite and alumina was found helpful in reducing line ablation rate. The increase in the thickness of char layer and the decrease in surface roughness indicated a successful implementation of the above strategy, which led to a significant decrease in line ablation rate and an increase in thermal insulation performance of the studied system. Moreover, a thermal ablative composite with excellent moldability after ablation process was prepared which showed a promising application as a reusable thermal protection material. This work provided guidelines for developing flexible thermal ablative composites, which can be targeted for practical applications in aerospace and fire protection sectors.