Choć grafen nazywany jest często „panaceum”, nie można zaprzeczyć, że posiada doskonałe właściwości optyczne, elektryczne i mechaniczne, dlatego też przemysł tak chętnie wykorzystuje grafen jako nanowypełniacz w polimerach lub matrycach nieorganicznych. Choć nie ma on legendarnego efektu „zamieniania kamienia w złoto”, to potrafi też w pewnym zakresie poprawić część wydajności matrycy i poszerzyć zakres jej zastosowań.

 

Obecnie popularne materiały kompozytowe grafenowe można głównie podzielić na polimerowe i ceramiczne. Jest więcej badań na temat tego pierwszego.

 

Żywica epoksydowa (EP), jako powszechnie stosowana matryca żywiczna, ma doskonałe właściwości adhezyjne, wytrzymałość mechaniczną, odporność cieplną i właściwości dielektryczne, ale po utwardzeniu zawiera dużą liczbę grup epoksydowych, a gęstość usieciowania jest zbyt duża, dlatego otrzymany produkty są kruche i mają słabą odporność na uderzenia oraz słabą przewodność elektryczną i cieplną. Grafen jest najtwardszą substancją na świecie i ma doskonałą przewodność elektryczną i cieplną. Dlatego materiał kompozytowy wytworzony przez połączenie grafenu i EP ma zalety obu i ma dobrą wartość aplikacyjną.

 

     Nano grafenma dużą powierzchnię, a dyspersja grafenu na poziomie molekularnym może tworzyć silną granicę faz z polimerem. Grupy funkcyjne, takie jak grupy hydroksylowe i proces produkcyjny sprawią, że grafen stanie się pomarszczony. Te nieregularności w nanoskali wzmacniają interakcję między łańcuchami grafenu i polimeru. Powierzchnia funkcjonalizowanego grafenu zawiera grupy hydroksylowe, karboksylowe i inne grupy chemiczne, które mogą tworzyć silne wiązania wodorowe z polarnymi polimerami, takimi jak polimetakrylan metylu. Grafen ma unikalną dwuwymiarową strukturę i wiele doskonałych właściwości oraz ma ogromny potencjał aplikacyjny w zakresie poprawy właściwości termicznych, elektromagnetycznych i mechanicznych EP.

 

1. Grafen w żywicach epoksydowych – poprawa właściwości elektromagnetycznych

Grafen ma doskonałą przewodność elektryczną i właściwości elektromagnetyczne, a także charakteryzuje się niskim dawkowaniem i wysoką wydajnością. Jest potencjalnym modyfikatorem przewodzenia żywicy epoksydowej EP. Badacze wprowadzili GO poddany obróbce powierzchniowej do EP w drodze polimeryzacji termicznej na miejscu. Kompleksowe właściwości odpowiednich kompozytów GO/EP (takie jak właściwości mechaniczne, elektryczne i termiczne itp.) uległy znacznej poprawie, a przewodność elektryczna wzrosła o 6,5 rzędu wielkości.

 

Zmodyfikowany grafen łączy się z żywicą epoksydową, dodając 2% modyfikowanego grafenu, moduł zachowawczy epoksydowego materiału kompozytowego wzrasta o 113%, dodając 4%, wytrzymałość wzrasta o 38%. Opór czystej żywicy EP wynosi 10^17 omów.cm, a po dodaniu tlenku grafenu oporność spada o 6,5 rzędów wielkości.

 

2. Zastosowanie grafenu w żywicy epoksydowej – przewodność cieplna

Dodawanienanorurki węglowe (CNT)i grafenu do żywicy epoksydowej, po dodaniu 20% CNT i 20% PNB przewodność cieplna materiału kompozytowego może osiągnąć 7,3 W/mK.

 

3. Zastosowanie grafenu w żywicy epoksydowej – uniepalnianie

Po dodaniu 5% wag. organicznego funkcjonalizowanego tlenku grafenu wartość ognioodporności wzrosła o 23,7%, a po dodaniu 5% wag. wzrosła o 43,9%.

 

Grafen charakteryzuje się doskonałą sztywnością, stabilnością wymiarową i wytrzymałością. Jako modyfikator żywicy epoksydowej EP może znacznie poprawić właściwości mechaniczne materiałów kompozytowych i przezwyciężyć dużą ilość zwykłych wypełniaczy nieorganicznych oraz niską wydajność modyfikacji i inne niedociągnięcia. W badaniu zastosowano chemicznie modyfikowane nanokompozyty GO/EP. Gdy w(GO)=0,0375% wytrzymałość na ściskanie i udarność odpowiednich kompozytów wzrosła odpowiednio o 48,3% i 1185,2%. Naukowcy zbadali wpływ modyfikacji wytrzymałości zmęczeniowej i udarności układu GO/EP: gdy w(GO) = 0,1%, moduł sprężystości kompozytu wzrósł o około 12%; gdy w(GO) = 1,0%, sztywność na zginanie i wytrzymałość kompozytu wzrosły odpowiednio o 12% i 23%.

 


Czas publikacji: 21 lutego 2022 r

Wyślij do nas wiadomość:

Napisz tutaj swoją wiadomość i wyślij ją do nas