Développement de résines thermodurcissables modifiées au graphène

Le graphène est un matériau plan bidimensionnel en nid d’abeille composé d’une seule couche d’atomes de carbone connectés de manière hybride sp2. Il possède de nombreuses excellentes propriétés, telles qu’une mobilité élevée des porteurs, une transmission lumineuse élevée, une surface spécifique élevée, un module de Young élevé, une résistance à la rupture élevée, etc. Ces propriétés font du graphène une charge idéale pour améliorer les performances des résines thermodurcissables. Les matériaux à base de résine thermodurcissable ont attiré l’attention de l’industrie et du monde universitaire en raison de leurs avantages tels qu’une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, une bonne stabilité thermique et une résistance à la corrosion.

Il existe deux principales façons de modifier la surface de la poudre de graphène : la modification par liaison covalente et la modification par liaison non covalente.

La modification par liaison covalente est une méthode qui utilise des réactions chimiques pour obtenir une liaison covalente de modificateurs sur la surface du graphène, ou un traitement spécial du graphène pour former de nouveaux groupes fonctionnels ou liaisons chimiques, améliorant ainsi la compatibilité et la dispersibilité de la poudre de graphène dans la matrice de résine.

La modification de liaison non covalente combine principalement le groupe modifié avec le graphène par l’empilement de liaisons π-π pour obtenir une modification efficace du graphène. L’avantage de cette méthode est qu’elle améliore la dispersibilité du graphène sans modifier la structure chimique du graphène ni introduire de nouvelles liaisons covalentes.

Pour différents types de matrices de résine thermodurcissable, il est nécessaire de sélectionner une méthode de modification appropriée afin que la poudre de graphène puisse être dispersée uniformément dans la résine sans affecter les performances de la matrice de résine.

En tant que nouveau type de charge de renforcement, le graphène peut être dispersé uniformément dans la matrice de résine thermodurcissable pour améliorer considérablement les propriétés mécaniques, la résistance à l’ablation, les propriétés électriques, la résistance à la corrosion et la résistance à l’usure du matériau composite, élargissant ainsi la gamme d’applications des matériaux composites à base de résine thermodurcissable.

Propriétés mécaniques

Le graphène peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques des matériaux en résine thermodurcissable, ce qui confère aux matériaux composites une valeur d’application importante dans les domaines des machines et des pièces structurelles automobiles.

Performances anti-ablation

L’ajout d’oxyde de graphène améliorera la conductivité thermique du matériau composite et accélérera l’extraction de chaleur, réduisant le taux d’ablation linéaire du matériau composite de 62,08 %. L’ajout d’oxyde de graphène est propice à induire la formation d’une couche de carbone dans la matrice pendant le processus d’ablation, améliorant le degré de graphitisation de la matrice et formant une couche d’isolation thermique pour empêcher la chaleur de se dilater dans le matériau, réduisant ainsi le taux d’ablation linéaire du matériau composite et améliorant la résistance à l’ablation du matériau composite en résine.

Propriétés électriques

Le graphène est un matériau carboné avec une structure en nid d’abeille bidimensionnelle composée d’atomes de carbone hybridés sp2. Les excellents électrons π structurels fournissent un effet conjugué, ce qui améliore considérablement la mobilité des électrons. Dans le même temps, dans des conditions idéales, la bande de conduction et la bande de valence du graphène sont en contact au point de Dirac, de sorte que les électrons peuvent se déplacer entre la bande de valence et la bande de conduction sans entrave énergétique, favorisant ainsi les excellentes propriétés électriques du graphène.

Résistance à la corrosion

La résine thermodurcissable est un matériau de matrice courant dans les matériaux de revêtement et présente une excellente résistance à la corrosion, mais le matériau de résine durci produira des micropores ou des micro-espaces, ce qui affaiblit la capacité de protection du substrat. La stabilité chimique et les propriétés barrières du graphène lui-même peuvent empêcher efficacement la pénétration d’agents corrosifs et empêcher une diffusion supplémentaire d’agents corrosifs dans la surface lorsqu’ils atteignent la surface métallique, minimisant ainsi le degré de dommage de corrosion du substrat protecteur, ce qui en fait la charge préférée pour les revêtements de substrat métallique.

Application de la résine thermodurcissable modifiée au graphène

À l’heure actuelle, la résine thermodurcissable modifiée au graphène est principalement utilisée dans les revêtements anticorrosion à usage intensif, pulvérisés sur de gros équipements (tels que les grands navires, les plates-formes de surface, les éoliennes, etc.) pour prévenir la corrosion et prolonger la durée de vie ; à l’avenir, la résine thermodurcissable modifiée au graphène sera également plus largement utilisée dans l’aérospatiale, les composants électroniques et d’autres domaines.