Desarrollo de resinas termoendurecibles modificadas con grafeno
El grafeno es un material plano bidimensional en forma de panal compuesto por una sola capa de átomos de carbono conectados de manera híbrida sp2. Tiene muchas propiedades excelentes, como alta movilidad de portadores, alta transmitancia de luz, alta área de superficie específica, alto módulo de Young, alta resistencia a la fractura, etc. Estas propiedades hacen del grafeno un relleno ideal para mejorar el rendimiento de las resinas termoendurecibles. Los materiales de resina termoendurecible han atraído la atención generalizada de la industria y el mundo académico debido a sus ventajas, como alta resistencia específica, gran módulo específico, buena estabilidad térmica y resistencia a la corrosión.
Hay dos formas principales de modificar la superficie del polvo de grafeno: modificación de enlace covalente y modificación de enlace no covalente.
La modificación de enlace covalente es un método que utiliza reacciones químicas para lograr la unión covalente de modificadores en la superficie del grafeno, o un tratamiento especial del grafeno para formar nuevos grupos funcionales o enlaces químicos, mejorando así la compatibilidad y dispersabilidad del polvo de grafeno en la matriz de resina.
La modificación de enlaces no covalentes combina principalmente el grupo modificado con grafeno a través del apilamiento de enlaces π-π para lograr una modificación eficaz del grafeno. La ventaja de este método es que mejora la dispersabilidad del grafeno sin cambiar la estructura química del grafeno ni introducir nuevos enlaces covalentes.
Para diferentes tipos de matrices de resina termoendurecible, es necesario seleccionar un método de modificación adecuado para que el polvo de grafeno se pueda dispersar uniformemente en la resina sin afectar el rendimiento de la matriz de resina.
Como un nuevo tipo de relleno de refuerzo, el grafeno se puede dispersar uniformemente en la matriz de resina termoendurecible para mejorar significativamente las propiedades mecánicas, la resistencia a la ablación, las propiedades eléctricas, la resistencia a la corrosión y la resistencia al desgaste del material compuesto, ampliando así el rango de aplicación de los materiales compuestos a base de resina termoendurecible.
Propiedades mecánicas
El grafeno puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas de los materiales de resina termoendurecible, lo que hace que los materiales compuestos tengan un valor de aplicación importante en los campos de la maquinaria y las piezas estructurales de automoción.
Rendimiento anti-ablación
La adición de óxido de grafeno mejorará la conductividad térmica del material compuesto y acelerará la extracción de calor, reduciendo la tasa de ablación lineal del material compuesto en un 62,08%. La adición de óxido de grafeno favorece la inducción de la formación de una capa de carbono en la matriz durante el proceso de ablación, mejorando el grado de grafitización de la matriz y formando una capa de aislamiento térmico para evitar que el calor se expanda hacia el material, reduciendo así la tasa de ablación lineal del material compuesto y mejorando la resistencia a la ablación del material compuesto de resina.
Propiedades eléctricas
El grafeno es un material de carbono con una estructura reticular bidimensional en forma de panal compuesta por átomos de carbono hibridados sp2. Los excelentes electrones π estructurales proporcionan un efecto conjugado, que mejora en gran medida la movilidad de los electrones. Al mismo tiempo, en condiciones ideales, la banda de conducción y la banda de valencia del grafeno están en contacto en el punto de Dirac, de modo que los electrones pueden moverse entre la banda de valencia y la banda de conducción sin impedimentos de energía, lo que promueve que el grafeno tenga excelentes propiedades eléctricas.
Resistencia a la corrosión
La resina termoendurecible es un material de matriz común en los materiales de revestimiento y tiene una excelente resistencia a la corrosión, pero el material de resina curado producirá microporos o microhuecos, lo que debilita la capacidad de protección del sustrato. La estabilidad química y las propiedades de barrera del propio grafeno pueden prevenir eficazmente la penetración de agentes corrosivos y evitar una mayor difusión de agentes corrosivos en la superficie cuando alcanzan la superficie del metal, minimizando el grado de daño por corrosión al sustrato protector, lo que lo convierte en el relleno preferido para revestimientos de sustratos metálicos.
Aplicación de la resina termoendurecible modificada con grafeno
En la actualidad, la resina termoendurecible modificada con grafeno se utiliza principalmente en recubrimientos anticorrosión de alta resistencia, que se aplican en equipos de gran tamaño (como grandes barcos, plataformas de superficie, turbinas eólicas, etc.) para evitar la corrosión y prolongar la vida útil; en el futuro, la resina termoendurecible modificada con grafeno también se utilizará más ampliamente en la industria aeroespacial, los componentes electrónicos y otros campos.