Разработка термореактивных смол, модифицированных графеном

Графен — это сотовый двумерный плоский материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, соединенных гибридным способом sp2. Он обладает множеством превосходных свойств, таких как высокая подвижность носителей, высокая светопропускаемость, высокая удельная площадь поверхности, высокий модуль Юнга, высокая прочность на излом и т. д. Эти свойства делают графен идеальным наполнителем для улучшения характеристик термореактивных смол. Термореактивные смоляные материалы привлекли широкое внимание промышленности и академических кругов благодаря своим преимуществам, таким как высокая удельная прочность, большой удельный модуль, хорошая термическая стабильность и коррозионная стойкость.

Существует два основных способа модификации поверхности графенового порошка: модификация ковалентных связей и модификация нековалентных связей.

Модификация ковалентных связей — это метод, который использует химические реакции для достижения ковалентного связывания модификаторов на поверхности графена или специальную обработку графена для образования новых функциональных групп или химических связей, тем самым улучшая совместимость и диспергируемость графенового порошка в матрице смолы.

Модификация нековалентной связи в основном объединяет модифицированную группу с графеном посредством укладки π-π связей для достижения эффективной модификации графена. Преимущество этого метода заключается в том, что он улучшает диспергируемость графена без изменения химической структуры графена или введения новых ковалентных связей.

Для различных типов матриц термореактивной смолы необходимо выбрать подходящий метод модификации, чтобы порошок графена мог быть равномерно распределен в смоле без влияния на эксплуатационные характеристики матрицы смолы.

Как новый тип армирующего наполнителя, графен может быть равномерно распределен в матрице термореактивной смолы для значительного улучшения механических свойств, стойкости к абляции, электрических свойств, коррозионной стойкости и износостойкости композитного материала, тем самым расширяя область применения композитных материалов на основе термореактивной смолы.

Механические свойства

Графен может значительно улучшить механические свойства материалов на основе термореактивной смолы, благодаря чему композитные материалы имеют важное прикладное значение в областях машиностроения и автомобильных структурных деталей.

Антиабляционные характеристики

Добавление оксида графена улучшит теплопроводность композитного материала и ускорит отвод тепла, снижая линейную скорость абляции композитного материала на 62,08%. Добавление оксида графена способствует образованию углеродного слоя в матрице во время процесса абляции, повышая степень графитизации матрицы и образуя теплоизоляционный слой для предотвращения расширения тепла в материал, тем самым снижая линейную скорость абляции композитного материала и улучшая сопротивление абляции смоляного композитного материала.

Электрические свойства

Графен — это углеродный материал с двумерной сотовой решетчатой ​​структурой, состоящей из sp2-гибридизованных атомов углерода. Превосходные структурные π-электроны обеспечивают сопряженный эффект, что значительно улучшает подвижность электронов. В то же время, в идеальных условиях, зона проводимости и валентная зона графена находятся в контакте в точке Дирака, так что электроны могут перемещаться между валентной зоной и зоной проводимости без энергетических помех, тем самым способствуя тому, чтобы графен имел превосходные электрические свойства.

Устойчивость к коррозии

Термореактивная смола является распространенным матричным материалом в материалах покрытий и имеет превосходную коррозионную стойкость, но отвержденный материал смолы будет образовывать микропоры или микрощели, что ослабляет защитные способности подложки. Химическая стабильность и барьерные свойства самого графена могут эффективно предотвращать проникновение едких агентов и предотвращать дальнейшую диффузию едких агентов в поверхность, когда они достигают поверхности металла, сводя к минимуму степень коррозионного повреждения защитной подложки, что делает его предпочтительным наполнителем для покрытий металлической подложки.

Применение термореактивной смолы, модифицированной графеном

В настоящее время термореактивная смола, модифицированная графеном, в основном используется в сверхпрочных антикоррозионных покрытиях, напыляемых на крупногабаритное оборудование (например, большие корабли, надводные платформы, ветряные турбины и т. д.) для предотвращения коррозии и продления срока службы; в будущем термореактивная смола, модифицированная графеном, также будет более широко использоваться в аэрокосмической промышленности, электронных компонентах и ​​других областях.