Desenvolvimento de resinas termoendurecíveis modificadas com grafeno

O grafeno é um material planar bidimensional em favo de mel composto por uma única camada de átomos de carbono ligados de forma híbrida sp2. Possui muitas propriedades excelentes, tais como alta mobilidade do transportador, alta transmitância de luz, alta área superficial específica, alto módulo de Young, alta resistência à fratura, etc. Os materiais de resina termoendurecível têm atraído uma ampla atenção da indústria e da academia devido às suas vantagens, tais como a elevada resistência específica, o grande módulo específico, a boa estabilidade térmica e a resistência à corrosão.

Existem duas formas principais de modificar a superfície do pó de grafeno: modificação da ligação covalente e modificação da ligação não covalente.

A modificação da ligação covalente é um método que utiliza reações químicas para obter a ligação covalente de modificadores na superfície do grafeno, ou tratamento especial do grafeno para formar novos grupos funcionais ou ligações químicas, melhorando assim a compatibilidade e dispersibilidade do pó de grafeno na matriz de resina.

A modificação da ligação não covalente combina principalmente o grupo modificado com o grafeno através do empilhamento da ligação π-π para obter uma modificação eficaz do grafeno. A vantagem deste método é que melhora a dispersibilidade do grafeno sem alterar a estrutura química do grafeno ou introduzir novas ligações covalentes.

Para diferentes tipos de matrizes de resina termoendurecíveis, é necessário selecionar um método de modificação adequado para que o pó de grafeno possa ser uniformemente disperso na resina sem afetar o desempenho da matriz de resina.

Como um novo tipo de carga de reforço, o grafeno pode ser disperso uniformemente na matriz de resina termoendurecível para melhorar significativamente as propriedades mecânicas, a resistência à ablação, as propriedades elétricas, a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste do material compósito, expandindo assim a gama de aplicação da resina termoendurecível- materiais compósitos baseados.

Propriedades mecânicas

O grafeno pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas dos materiais de resina termoendurecíveis, fazendo com que os materiais compósitos tenham um importante valor de aplicação nas áreas de máquinas e peças estruturais automóveis.

Desempenho anti-ablação

A adição de óxido de grafeno irá melhorar a condutividade térmica do material compósito e acelerar a extração de calor, reduzindo a taxa de ablação linear do material compósito em 62,08%. A adição de óxido de grafeno contribui para induzir a formação de uma camada de carbono na matriz durante o processo de ablação, aumentando o grau de grafitização da matriz e formando uma camada de isolamento térmico para evitar que o calor se expanda para o material, reduzindo assim o taxa de ablação linear do material compósito e melhorando a resistência à ablação do material compósito de resina.

Propriedades elétricas

O grafeno é um material de carbono com uma estrutura em favo de mel bidimensional composta por átomos de carbono hibridizados sp2. Os excelentes eletrões π estruturais proporcionam um efeito conjugado, o que melhora muito a mobilidade dos eletrões. Ao mesmo tempo, em condições ideais, a banda de condução e a banda de valência do grafeno estão em contacto no ponto de Dirac, pelo que os eletrões se podem mover entre a banda de valência e a banda de condução sem impedimento de energia, promovendo assim o grafeno a ter excelentes propriedades elétricas.

Resistência à corrosão

A resina termoendurecível é um material de matriz comum nos materiais de revestimento e tem uma excelente resistência à corrosão, mas o material de resina curada produzirá microporos ou microgaps, o que enfraquece a capacidade de proteção do substrato. A estabilidade química e as propriedades de barreira do próprio grafeno podem prevenir eficazmente a penetração de agentes corrosivos e evitar uma maior difusão de agentes corrosivos na superfície quando estes atingem a superfície do metal, minimizando o grau de danos por corrosão no substrato protetor, tornando-o o enchimento preferencial para revestimentos de substratos metálicos.

Aplicação de resina termoendurecível modificada com grafeno

Atualmente, a resina termoendurecível modificada com grafeno é utilizada principalmente em revestimentos anticorrosivos pesados, pulverizados em equipamentos de grande porte (como grandes navios, plataformas de superfície, turbinas eólicas, etc.) para prevenir a corrosão e prolongar a vida útil; no futuro, a resina termoendurecível modificada com grafeno será também mais amplamente utilizada na indústria aeroespacial, componentes eletrónicos e outros campos.