การพัฒนาเรซินเทอร์โมเซตติ้งที่ดัดแปลงด้วยกราฟีน

กราฟีนเป็นวัสดุระนาบสองมิติรูปรังผึ้งที่ประกอบด้วยชั้นเดียวของอะตอมคาร์บอนที่เชื่อมต่อกันในลักษณะไฮบริด sp2 กราฟีนมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมาย เช่น ความคล่องตัวของตัวพาสูง การส่งผ่านแสงสูง พื้นที่ผิวจำเพาะสูง โมดูลัสของยังสูง ความแข็งแรงในการแตกหักสูง เป็นต้น คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้กราฟีนเป็นสารตัวเติมที่เหมาะสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของเรซินเทอร์โมเซตติ้ง วัสดุเรซินเทอร์โมเซตติ้งดึงดูดความสนใจอย่างกว้างขวางจากอุตสาหกรรมและสถาบันการศึกษาเนื่องจากข้อได้เปรียบ เช่น ความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะสูง เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และทนต่อการกัดกร่อน

มีสองวิธีหลักในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงกราฟีน: การปรับเปลี่ยนพันธะโควาเลนต์และการปรับเปลี่ยนพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์

การปรับเปลี่ยนพันธะโควาเลนต์เป็นวิธีการที่ใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์ของตัวปรับเปลี่ยนบนพื้นผิวของกราฟีน หรือการบำบัดพิเศษกับกราฟีนเพื่อสร้างกลุ่มฟังก์ชันใหม่หรือพันธะเคมี จึงปรับปรุงความเข้ากันได้และการกระจายตัวของผงกราฟีนในเมทริกซ์เรซิน
การดัดแปลงพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์นั้นส่วนใหญ่จะรวมกลุ่มที่ดัดแปลงแล้วกับกราฟีนผ่านการเรียงซ้อนพันธะ π-π เพื่อให้เกิดการดัดแปลงกราฟีนที่มีประสิทธิภาพ ข้อดีของวิธีนี้คือช่วยปรับปรุงการกระจายตัวของกราฟีนโดยไม่เปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของกราฟีนหรือเพิ่มพันธะโควาเลนต์ใหม่

สำหรับเมทริกซ์เรซินเทอร์โมเซตติ้งประเภทต่างๆ จำเป็นต้องเลือกวิธีการดัดแปลงที่เหมาะสมเพื่อให้ผงกราฟีนกระจายตัวได้อย่างสม่ำเสมอในเรซินโดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเมทริกซ์เรซิน

ในฐานะของสารตัวเติมเสริมแรงประเภทใหม่ กราฟีนสามารถกระจายตัวได้อย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์เรซินเทอร์โมเซตติ้งเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกล ความต้านทานการสึกกร่อน คุณสมบัติทางไฟฟ้า ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานการสึกหรอของวัสดุคอมโพสิตอย่างมีนัยสำคัญ จึงขยายขอบเขตการใช้งานของวัสดุคอมโพสิตที่ใช้เรซินเทอร์โมเซตติ้งได้อย่างมาก

คุณสมบัติเชิงกล

กราฟีนสามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุเรซินเทอร์โมเซตติ้งได้อย่างมาก ทำให้วัสดุคอมโพสิตมีมูลค่าการใช้งานที่สำคัญในด้านเครื่องจักรและชิ้นส่วนโครงสร้างยานยนต์

ประสิทธิภาพการป้องกันการสึกกร่อน

การเติมกราฟีนออกไซด์จะช่วยเพิ่มการนำความร้อนของวัสดุคอมโพสิตและเร่งการสกัดความร้อน ลดอัตราการสึกกร่อนเชิงเส้นของวัสดุคอมโพสิตลง 62.08% การเติมกราฟีนออกไซด์ช่วยกระตุ้นการสร้างชั้นคาร์บอนในเมทริกซ์ระหว่างกระบวนการสึกกร่อน เพิ่มระดับการสร้างกราฟีนของเมทริกซ์ และสร้างชั้นฉนวนกันความร้อนเพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนขยายตัวเข้าไปในวัสดุ จึงลดอัตราการสึกกร่อนเชิงเส้นของวัสดุคอมโพสิตและปรับปรุงความต้านทานการสึกกร่อนของวัสดุคอมโพสิตเรซิน

คุณสมบัติทางไฟฟ้า

กราฟีนเป็นวัสดุคาร์บอนที่มีโครงสร้างตาข่ายรังผึ้งสองมิติประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนไฮบริด sp2 อิเล็กตรอน π โครงสร้างที่ยอดเยี่ยมให้เอฟเฟกต์คอนจูเกต ซึ่งปรับปรุงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้อย่างมาก ในเวลาเดียวกัน ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม แถบการนำและแถบวาเลนซ์ของกราฟีนจะสัมผัสกันที่จุดดิแรก ทำให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ระหว่างแถบวาเลนซ์และแถบการนำได้โดยไม่มีพลังงานมาขัดขวาง จึงส่งเสริมให้กราฟีนมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม

ความต้านทานการกัดกร่อน

เรซินเทอร์โมเซตติ้งเป็นวัสดุเมทริกซ์ทั่วไปในวัสดุเคลือบและมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม แต่เรซินที่บ่มแล้วจะผลิตรูพรุนขนาดเล็กหรือช่องว่างขนาดเล็ก ซึ่งทำให้ความสามารถในการป้องกันของพื้นผิวลดลง คุณสมบัติความเสถียรทางเคมีและการป้องกันของกราฟีนเองสามารถป้องกันการแทรกซึมของสารกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันการแพร่กระจายเพิ่มเติมของสารกัดกร่อนบนพื้นผิวเมื่อไปถึงพื้นผิวโลหะ ลดระดับความเสียหายจากการกัดกร่อนต่อพื้นผิวป้องกัน ทำให้เป็นสารตัวเติมที่ต้องการสำหรับการเคลือบพื้นผิวโลหะ

การประยุกต์ใช้เรซินเทอร์โมเซตติ้งที่ดัดแปลงด้วยกราฟีน

ปัจจุบัน เรซินเทอร์โมเซตติ้งที่ดัดแปลงด้วยกราฟีนใช้เป็นหลักในสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนสำหรับงานหนัก พ่นบนอุปกรณ์ขนาดใหญ่ (เช่น เรือขนาดใหญ่ แท่นผิวน้ำ กังหันลม เป็นต้น) เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและยืดอายุการใช้งาน ในอนาคต เรซินเทอร์โมเซตติ้งที่ดัดแปลงด้วยกราฟีนจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ และสาขาอื่นๆ