Sebbene il grafene sia spesso soprannominato “la panacea”, è innegabile che abbia eccellenti proprietà ottiche, elettriche e meccaniche, motivo per cui l’industria è così desiderosa di disperdere il grafene come nanoriempitivo in polimeri o matrici inorganiche. Sebbene non abbia l’effetto leggendario di “trasformare una pietra in oro”, può anche migliorare parte delle prestazioni della matrice entro un certo intervallo ed ampliarne il campo di applicazione.
Allo stato attuale, i comuni materiali compositi in grafene possono essere principalmente suddivisi in a base polimerica e a base ceramica. Ci sono più studi sul primo.
La resina epossidica (EP), come matrice resinosa comunemente usata, ha eccellenti proprietà di adesione, resistenza meccanica, resistenza al calore e proprietà dielettriche, ma contiene un gran numero di gruppi epossidici dopo l'indurimento e la densità di reticolazione è troppo elevata, quindi il risultato ottenuto i prodotti sono fragili e hanno scarsa resistenza agli urti e scarsa conduttività elettrica e termica. Il grafene è la sostanza più dura al mondo e ha un'eccellente conduttività elettrica e termica. Pertanto, il materiale composito realizzato combinando grafene ed EP presenta i vantaggi di entrambi e ha un buon valore applicativo.
Nanografeneha un'ampia area superficiale e la dispersione a livello molecolare del grafene può formare una forte interfaccia con il polimero. Gruppi funzionali come i gruppi idrossilici e il processo di produzione trasformeranno il grafene in uno stato rugoso. Queste irregolarità su scala nanometrica migliorano l’interazione tra il grafene e le catene polimeriche. La superficie del grafene funzionalizzato contiene idrossile, carbossile e altri gruppi chimici, che possono formare forti legami idrogeno con polimeri polari come il polimetilmetacrilato. Il grafene ha una struttura bidimensionale unica e molte proprietà eccellenti e ha un grande potenziale applicativo nel migliorare le proprietà termiche, elettromagnetiche e meccaniche dell'EP.
1. Grafene nelle resine epossidiche: miglioramento delle proprietà elettromagnetiche
Il grafene ha un'eccellente conduttività elettrica e proprietà elettromagnetiche e ha le caratteristiche di basso dosaggio e alta efficienza. È un potenziale modificatore conduttivo per la resina epossidica EP. I ricercatori hanno introdotto il GO trattato in superficie nell'EP mediante polimerizzazione termica in situ. Le proprietà complessive dei corrispondenti compositi GO/EP (come proprietà meccaniche, elettriche e termiche, ecc.) sono state significativamente migliorate e la conduttività elettrica è stata aumentata di 6,5 ordini di grandezza.
Il grafene modificato è composto con resina epossidica, aggiungendo il 2% di grafene modificato, il modulo di conservazione del materiale composito epossidico aumenta del 113%, aggiungendo il 4%, la resistenza aumenta del 38%. La resistenza della resina EP pura è 10^17 ohm.cm e la resistenza diminuisce di 6,5 ordini di grandezza dopo l'aggiunta di ossido di grafene.
2. Applicazione del grafene nella resina epossidica – conduttività termica
Aggiuntananotubi di carbonio (CNT)e grafene alla resina epossidica, aggiungendo il 20% di CNT e il 20% di GNP, la conduttività termica del materiale composito può raggiungere 7,3 W/mK.
3. Applicazione del grafene nella resina epossidica – ritardante di fiamma
Aggiungendo il 5% in peso di ossido di grafene organico funzionalizzato, il valore di ritardante di fiamma è aumentato del 23,7% e quando si aggiunge il 5% in peso è aumentato del 43,9%.
Il grafene ha le caratteristiche di eccellente rigidità, stabilità dimensionale e tenacità. Come modificatore della resina epossidica EP, può migliorare significativamente le proprietà meccaniche dei materiali compositi e superare la grande quantità di riempitivi inorganici ordinari, la bassa efficienza di modifica e altri difetti. I ricercatori hanno applicato nanocompositi GO/EP modificati chimicamente. Quando w(GO)=0,0375%, la resistenza alla compressione e la tenacità dei compositi corrispondenti sono aumentate rispettivamente del 48,3% e del 1185,2%. Gli scienziati hanno studiato l'effetto di modifica della resistenza a fatica e della tenacità del sistema GO/EP: quando w(GO) = 0,1%, il modulo di trazione del composito è aumentato di circa il 12%; quando w(GO) = 1,0%, la rigidità alla flessione e la resistenza del composito sono aumentate rispettivamente del 12% e del 23%.
Orario di pubblicazione: 21 febbraio 2022