Хотя графен часто называют «панацеей», нельзя отрицать, что он обладает превосходными оптическими, электрическими и механическими свойствами, поэтому промышленность так стремится диспергировать графен в качестве нанонаполнителя в полимерах или неорганических матрицах. Хоть он и не обладает легендарным эффектом «превращения камня в золото», но также может улучшить часть характеристик матрицы в определенном диапазоне и расширить диапазон ее применения.
В настоящее время распространенные композиционные материалы графена можно в основном разделить на полимерные и керамические. По первому вопросу есть больше исследований.
Эпоксидная смола (ЭП), как обычно используемая смоляная матрица, обладает отличными адгезионными свойствами, механической прочностью, термостойкостью и диэлектрическими свойствами, но после отверждения содержит большое количество эпоксидных групп, а плотность сшивки слишком высока, поэтому получаемая изделия хрупкие, обладают плохой ударопрочностью, электро- и теплопроводностью. Графен — самое твердое вещество в мире и обладает превосходной электро- и теплопроводностью. Таким образом, композитный материал, изготовленный путем соединения графена и EP, имеет преимущества обоих и имеет хорошую прикладную ценность.
Нано Графенимеет большую площадь поверхности, а дисперсия графена на молекулярном уровне может образовывать прочный интерфейс с полимером. Функциональные группы, такие как гидроксильные группы, и производственный процесс превратят графен в сморщенное состояние. Эти наноразмерные неоднородности усиливают взаимодействие между графеном и полимерными цепями. Поверхность функционализированного графена содержит гидроксильные, карбоксильные и другие химические группы, которые могут образовывать прочные водородные связи с полярными полимерами, такими как полиметилметакрилат. Графен имеет уникальную двумерную структуру и множество превосходных свойств, а также имеет большой потенциал применения для улучшения тепловых, электромагнитных и механических свойств EP.
1. Графен в эпоксидных смолах – улучшение электромагнитных свойств
Графен обладает превосходной электропроводностью и электромагнитными свойствами, а также низкой дозировкой и высокой эффективностью. Это потенциальный проводящий модификатор для эпоксидной смолы EP. Исследователи внедрили ГО с обработанной поверхностью в EP путем термической полимеризации на месте. Комплексные свойства соответствующих композитов ГО/ЭП (такие как механические, электрические, термические свойства и т. д.) были существенно улучшены, а электропроводность увеличена на 6,5 порядка.
Модифицированный графен компаундируют с эпоксидной смолой, добавляя 2% модифицированного графена, модуль упругости эпоксидного композиционного материала увеличивается на 113%, добавляя 4%, прочность увеличивается на 38%. Сопротивление чистой EP-смолы составляет 10^17 Ом·см, а после добавления оксида графена сопротивление падает на 6,5 порядков.
2. Применение графена в эпоксидной смоле – теплопроводность.
Добавлениеуглеродные нанотрубки (УНТ)и графена к эпоксидной смоле, при добавлении 20 % УНТ и 20 % ЗНЧ теплопроводность композиционного материала может достигать 7,3 Вт/мК.
3. Применение графена в эпоксидной смоле – огнестойкость.
При добавлении 5 мас.% органического функционализированного оксида графена огнезащитный показатель увеличился на 23,7%, а при добавлении 5 мас.% - на 43,9%.
Графен обладает характеристиками превосходной жесткости, стабильности размеров и прочности. В качестве модификатора эпоксидной смолы EP он может значительно улучшить механические свойства композиционных материалов и преодолеть большое количество обычных неорганических наполнителей, низкую эффективность модификации и другие недостатки. Исследователи применили химически модифицированные нанокомпозиты GO/EP. При w(GO)=0,0375% прочность на сжатие и ударная вязкость соответствующих композитов увеличились на 48,3% и 1185,2% соответственно. Ученые изучили эффект модификации сопротивления усталости и ударной вязкости системы GO/EP: при w(GO) = 0,1% модуль упругости композита увеличился примерно на 12%; при w(GO) = 1,0% жесткость при изгибе и прочность композита увеличились на 12% и 23% соответственно.
Время публикации: 21 февраля 2022 г.