Obwohl Graphen oft als „Allheilmittel“ bezeichnet wird, ist es unbestreitbar, dass es hervorragende optische, elektrische und mechanische Eigenschaften besitzt, weshalb die Industrie so daran interessiert ist, Graphen als Nanofüllstoff in Polymeren oder anorganischen Matrizen zu dispergieren.Obwohl es nicht den legendären Effekt hat, „einen Stein in Gold zu verwandeln“, kann es in einem bestimmten Bereich auch einen Teil der Leistung der Matrix verbessern und ihren Anwendungsbereich erweitern.

Derzeit können die gängigen Graphen-Verbundwerkstoffe hauptsächlich in polymerbasierte und keramikbasierte Materialien unterteilt werden.Zu Ersterem gibt es weitere Studien.

Epoxidharz (EP) als häufig verwendete Harzmatrix weist hervorragende Haftungseigenschaften, mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit und dielektrische Eigenschaften auf, enthält jedoch nach dem Aushärten eine große Anzahl von Epoxidgruppen und die Vernetzungsdichte ist zu hoch, sodass das Ergebnis erhalten wird Produkte sind spröde und weisen eine schlechte Schlagfestigkeit sowie schlechte elektrische und thermische Leitfähigkeit auf.Graphen ist der härteste Stoff der Welt und verfügt über eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit.Daher bietet das durch die Verbindung von Graphen und EP hergestellte Verbundmaterial die Vorteile beider und weist einen guten Anwendungswert auf.

     Nano-Graphenhat eine große Oberfläche und die Dispersion von Graphen auf molekularer Ebene kann eine starke Grenzfläche mit dem Polymer bilden.Funktionelle Gruppen wie Hydroxylgruppen und der Produktionsprozess führen dazu, dass Graphen in einen faltigen Zustand übergeht.Diese nanoskaligen Unregelmäßigkeiten verstärken die Wechselwirkung zwischen Graphen und Polymerketten.Die Oberfläche von funktionalisiertem Graphen enthält Hydroxyl-, Carboxyl- und andere chemische Gruppen, die starke Wasserstoffbrückenbindungen mit polaren Polymeren wie Polymethylmethacrylat bilden können.Graphen verfügt über eine einzigartige zweidimensionale Struktur und viele hervorragende Eigenschaften und verfügt über ein großes Anwendungspotenzial zur Verbesserung der thermischen, elektromagnetischen und mechanischen Eigenschaften von EP.

1. Graphen in Epoxidharzen – Verbesserung der elektromagnetischen Eigenschaften

Graphen verfügt über eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und elektromagnetische Eigenschaften und zeichnet sich durch eine geringe Dosierung und einen hohen Wirkungsgrad aus.Es ist ein potenzieller Leitfähigkeitsmodifikator für Epoxidharz EP.Die Forscher führten oberflächenbehandeltes GO durch thermische In-situ-Polymerisation in EP ein.Die umfassenden Eigenschaften der entsprechenden GO/EP-Verbundwerkstoffe (wie mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften etc.) wurden deutlich verbessert und die elektrische Leitfähigkeit um 6,5 Größenordnungen erhöht.

Modifiziertes Graphen wird mit Epoxidharz vermischt, wobei 2 % modifiziertes Graphen hinzugefügt werden. Der Speichermodul des Epoxid-Verbundmaterials erhöht sich um 113 %, bei Zugabe von 4 % erhöht sich die Festigkeit um 38 %.Der Widerstand von reinem EP-Harz beträgt 10^17 Ohm.cm und der Widerstand sinkt nach Zugabe von Graphenoxid um 6,5 Größenordnungen.

2. Anwendung von Graphen in Epoxidharz – Wärmeleitfähigkeit

HinzufügenKohlenstoffnanoröhren (CNTs)und Graphen zu Epoxidharz kann die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials bei Zugabe von 20 % CNTs und 20 % GNPs 7,3 W/mK erreichen.

3. Anwendung von Graphen in Epoxidharz – Flammschutz

Bei Zugabe von 5 Gew.-% organisch funktionalisiertem Graphenoxid erhöhte sich der Flammschutzwert um 23,7 %, bei Zugabe von 5 Gew.-% sogar um 43,9 %.

Graphen zeichnet sich durch hervorragende Steifigkeit, Dimensionsstabilität und Zähigkeit aus.Als Modifikator für Epoxidharz EP kann es die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen erheblich verbessern und die große Menge gewöhnlicher anorganischer Füllstoffe sowie die geringe Modifikationseffizienz und andere Mängel überwinden.Die Forscher verwendeten chemisch modifizierte GO/EP-Nanokomposite.Bei w(GO)=0,0375 % stiegen die Druckfestigkeit und Zähigkeit der entsprechenden Verbundwerkstoffe um 48,3 % bzw. 1185,2 %.Die Wissenschaftler untersuchten den Modifikationseffekt der Ermüdungsbeständigkeit und Zähigkeit des GO/EP-Systems: Bei w(GO) = 0,1 % erhöhte sich der Zugmodul des Verbundwerkstoffs um etwa 12 %;Bei w(GO) = 1,0 % wurden die Biegesteifigkeit und die Festigkeit des Verbundwerkstoffs um 12 % bzw. 23 % erhöht.