Grafen modifiyeli termoset reçinelerin geliştirilmesi
Grafen, sp2 hibrit bir şekilde bağlanmış tek bir karbon atomu katmanından oluşan petek iki boyutlu düzlemsel bir malzemedir. Yüksek taşıyıcı hareketliliği, yüksek ışık geçirgenliği, yüksek özgül yüzey alanı, yüksek Young modülü, yüksek kırılma mukavemeti vb. gibi birçok mükemmel özelliğe sahiptir. Bu özellikler, grafeni termoset reçinelerin performansını iyileştirmek için ideal bir dolgu maddesi yapar. Termoset reçine malzemeleri, yüksek özgül mukavemet, büyük özgül modül, iyi termal kararlılık ve korozyon direnci gibi avantajları nedeniyle endüstri ve akademiden yaygın ilgi görmüştür.
Grafen tozunun yüzeyini değiştirmenin iki ana yolu vardır: kovalent bağ modifikasyonu ve kovalent olmayan bağ modifikasyonu.
Kovalent bağ modifikasyonu, grafen yüzeyindeki değiştiricilerin kovalent bağlanmasını sağlamak için kimyasal reaksiyonlar kullanan veya yeni fonksiyonel gruplar veya kimyasal bağlar oluşturmak için grafenin özel işlenmesini sağlayan ve böylece reçine matrisindeki grafen tozunun uyumluluğunu ve dağılabilirliğini iyileştiren bir yöntemdir.
Kovalent olmayan bağ modifikasyonu, esas olarak modifiye edilmiş grubu π-π bağı istiflemesi yoluyla grafenle birleştirerek grafenin etkili modifikasyonunu elde eder. Bu yöntemin avantajı, grafenin kimyasal yapısını değiştirmeden veya yeni kovalent bağlar eklemeden grafenin dağılabilirliğini iyileştirmesidir.
Farklı tipteki termoset reçine matrisleri için, reçine matrisinin performansını etkilemeden grafen tozunun reçinede eşit şekilde dağılabilmesi için uygun bir modifikasyon yöntemi seçmek gerekir.
Yeni bir takviye dolgusu türü olarak, grafen, kompozit malzemenin mekanik özelliklerini, ablasyon direncini, elektriksel özelliklerini, korozyon direncini ve aşınma direncini önemli ölçüde iyileştirmek için termoset reçine matrisinde eşit şekilde dağılabilir ve böylece termoset reçine bazlı kompozit malzemelerin uygulama aralığı genişletilebilir.
Mekanik özellikler
Grafen, termoset reçine malzemelerinin mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebilir ve kompozit malzemeleri makine ve otomotiv yapısal parçaları alanlarında önemli uygulama değerine sahip hale getirebilir.
Anti-ablasyon performansı
Grafen oksit eklenmesi, kompozit malzemenin termal iletkenliğini artıracak ve ısı çıkarımını hızlandıracak, kompozit malzemenin doğrusal ablasyon oranını %62,08 oranında azaltacaktır. Grafen oksit eklenmesi, ablasyon işlemi sırasında matriste bir karbon tabakasının oluşumunu teşvik etmeye, matrisin grafitleşme derecesini artırmaya ve ısının malzemeye yayılmasını önlemek için bir ısı yalıtım tabakası oluşturmaya elverişlidir, böylece kompozit malzemenin doğrusal ablasyon oranını azaltır ve reçine kompozit malzemenin ablasyon direncini iyileştirir.
Elektriksel özellikler
Grafen, sp2 hibritlenmiş karbon atomlarından oluşan iki boyutlu petek kafes yapısına sahip bir karbon malzemedir. Mükemmel yapısal π elektronları, elektronların hareketliliğini büyük ölçüde iyileştiren konjuge bir etki sağlar. Aynı zamanda, ideal koşullar altında, grafenin iletkenlik bandı ve değerlik bandı Dirac noktasında temas halindedir, böylece elektronlar değerlik bandı ile iletkenlik bandı arasında enerji engeli olmadan hareket edebilir ve böylece grafenin mükemmel elektriksel özelliklere sahip olması sağlanır.
Korozyon direnci
Termoset reçine, kaplama malzemelerinde yaygın bir matris malzemesidir ve mükemmel korozyon direncine sahiptir, ancak kürlenmiş reçine malzemesi mikro gözenekler veya mikro boşluklar üretecektir, bu da alt tabakanın koruma yeteneğini zayıflatır. Grafenin kimyasal kararlılığı ve bariyer özellikleri, aşındırıcı maddelerin nüfuz etmesini etkili bir şekilde önleyebilir ve aşındırıcı maddeler metal yüzeye ulaştığında yüzeyde daha fazla yayılmasını önleyebilir, koruyucu alt tabakaya verilen korozyon hasarının derecesini en aza indirerek onu metal alt tabaka kaplamaları için tercih edilen dolgu maddesi haline getirir.
Grafen modifiyeli termoset reçinenin uygulaması
Şu anda, grafen modifiyeli termoset reçine esas olarak ağır hizmet tipi korozyon önleyici kaplamalarda, korozyonu önlemek ve hizmet ömrünü uzatmak için büyük ekipmanlara (büyük gemiler, yüzey platformları, rüzgar türbinleri vb. gibi) püskürtülerek kullanılmaktadır; gelecekte, grafen modifiyeli termoset reçine havacılık, elektronik bileşenler ve diğer alanlarda da daha yaygın olarak kullanılacaktır.