Chociaż grafen jest często nazywany „panaceum”, niezaprzeczalne jest, że ma on doskonałe właściwości optyczne, elektryczne i mechaniczne, dlatego przemysł tak chętnie rozprasza grafen jako nanowypełniacz w polimerach lub matrycach nieorganicznych.Chociaż nie ma legendarnego efektu „zamieniania kamienia w złoto”, może również poprawić część wydajności matrycy w pewnym zakresie i rozszerzyć zakres jej zastosowania.

Obecnie powszechne materiały kompozytowe grafenowe można podzielić głównie na polimerowe i ceramiczne.Istnieje więcej badań dotyczących tego pierwszego.

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

     Nano Grafenma dużą powierzchnię, a dyspersja grafenu na poziomie molekularnym może tworzyć silne połączenie z polimerem.Grupy funkcyjne, takie jak grupy hydroksylowe i proces produkcji zmienią grafen w stan 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 zastosowań w poprawie właściwości termicznych, elektromagnetycznych i mechanicznych EP.

1. Grafen w żywicach epoksydowych – poprawa właściwości elektromagnetycznych

Grafen ma doskonałe przewodnictwo elektryczne i właściwości elektromagnetyczne oraz charakteryzuje się niskim dawkowaniem i wysoką wydajnością.Jest potencjalnym modyfikatorem przewodzącym dla żywicy epoksydowej EP.Naukowcy wprowadzili GO poddane obróbce powierzchniowej do EP poprzez polimeryzację termiczną in situ.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 kompozytu epoksydowego wzrasta o 113%, dodając 4%, wytrzymałość wzrasta o 38%.Rezystancja czystej żywicy EP wynosi 10^17 ohm.cm, a po dodaniu tlenku grafenu rezystancja 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% GNP przewodność cieplna materiału kompozytowego może osiągnąć 7,3 W/mK.

3. Zastosowanie grafenu w żywicy epoksydowej – trudnopalność

Po dodaniu 5% mas. organicznego funkcjonalizowanego tlenku grafenu wartość uniepalniania wzrosła o 23,7%, a po dodaniu 5% mas. 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.Naukowcy zastosowali modyfikowane chemicznie 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 efekt modyfikacji odporności na zmęczenie i udarności systemu GO/EP: gdy w(GO) = 0,1%, moduł sprężystości przy rozciąganiu kompozytu wzrósł o około 12%;gdy w(GO) = 1,0%, sztywność i wytrzymałość na zginanie kompozytu wzrosły odpowiednio o 12% i 23%.