Phát triển nhựa nhiệt rắn biến tính graphene
Graphene là vật liệu phẳng hai chiều dạng tổ ong bao gồm một lớp nguyên tử carbon đơn lẻ được kết nối theo kiểu lai sp2. Nó có nhiều đặc tính tuyệt vời, chẳng hạn như tính di động của hạt mang cao, độ truyền sáng cao, diện tích bề mặt riêng cao, mô đun Young cao, độ bền gãy cao, v.v. Những đặc tính này khiến graphene trở thành chất độn lý tưởng để cải thiện hiệu suất của nhựa nhiệt rắn. Vật liệu nhựa nhiệt rắn đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ ngành công nghiệp và học viện do những ưu điểm của chúng như độ bền riêng cao, mô đun riêng lớn, độ ổn định nhiệt tốt và khả năng chống ăn mòn.
Có hai cách chính để biến đổi bề mặt bột graphene: biến đổi liên kết cộng hóa trị và biến đổi liên kết không cộng hóa trị.
Biến đổi liên kết cộng hóa trị là phương pháp sử dụng phản ứng hóa học để đạt được liên kết cộng hóa trị của chất biến đổi trên bề mặt graphene hoặc xử lý đặc biệt graphene để tạo thành nhóm chức năng hoặc liên kết hóa học mới, do đó cải thiện khả năng tương thích và khả năng phân tán của bột graphene trong ma trận nhựa.
Biến đổi liên kết không cộng hóa trị chủ yếu kết hợp nhóm biến đổi với graphene thông qua xếp chồng liên kết π-π để đạt được biến đổi graphene hiệu quả. Ưu điểm của phương pháp này là cải thiện khả năng phân tán của graphene mà không làm thay đổi cấu trúc hóa học của graphene hoặc tạo ra các liên kết cộng hóa trị mới.
Đối với các loại ma trận nhựa nhiệt rắn khác nhau, cần phải lựa chọn phương pháp biến tính phù hợp để bột graphene có thể phân tán đều trong nhựa mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của ma trận nhựa.
Là một loại chất độn gia cường mới, graphene có thể phân tán đều trong ma trận nhựa nhiệt rắn để cải thiện đáng kể các tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn, tính chất điện, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống mài mòn của vật liệu composite, do đó mở rộng phạm vi ứng dụng của vật liệu composite gốc nhựa nhiệt rắn.
Tính chất cơ học
Graphene có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu nhựa nhiệt rắn, giúp vật liệu composite có giá trị ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực máy móc và các bộ phận kết cấu ô tô.
Hiệu suất chống ăn mòn
Việc bổ sung oxit graphene sẽ cải thiện độ dẫn nhiệt của vật liệu composite và tăng tốc độ trích nhiệt, giảm tốc độ ăn mòn tuyến tính của vật liệu composite xuống 62,08%. Việc bổ sung oxit graphene có lợi cho việc tạo ra lớp carbon trong ma trận trong quá trình cắt bỏ, tăng cường mức độ than hóa của ma trận và tạo thành lớp cách nhiệt để ngăn nhiệt lan tỏa vào vật liệu, do đó làm giảm tốc độ cắt bỏ tuyến tính của vật liệu composite và cải thiện khả năng chống cắt bỏ của vật liệu composite nhựa.
Tính chất điện
Graphene là vật liệu carbon có cấu trúc mạng lưới tổ ong hai chiều bao gồm các nguyên tử carbon lai hóa sp2. Các electron π có cấu trúc tuyệt vời tạo ra hiệu ứng liên hợp, giúp cải thiện đáng kể tính di động của các electron. Đồng thời, trong điều kiện lý tưởng, dải dẫn và dải hóa trị của graphene tiếp xúc tại điểm Dirac, do đó các electron có thể di chuyển giữa dải hóa trị và dải dẫn mà không bị cản trở năng lượng, do đó thúc đẩy graphene có các tính chất điện tuyệt vời.
Khả năng chống ăn mòn
Nhựa nhiệt rắn là vật liệu ma trận phổ biến trong vật liệu phủ và có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, nhưng vật liệu nhựa đã đóng rắn sẽ tạo ra các lỗ rỗng hoặc khe hở nhỏ, làm suy yếu khả năng bảo vệ của chất nền. Bản thân tính ổn định hóa học và đặc tính rào cản của graphene có thể ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của các tác nhân ăn mòn và ngăn chặn sự khuếch tán thêm của các tác nhân ăn mòn trên bề mặt khi chúng tiếp cận bề mặt kim loại, giảm thiểu mức độ hư hỏng do ăn mòn đối với lớp nền bảo vệ, khiến nó trở thành chất độn được ưa chuộng cho lớp phủ nền kim loại.
Ứng dụng của nhựa nhiệt rắn biến tính graphene
Hiện nay, nhựa nhiệt rắn biến tính graphene chủ yếu được sử dụng trong lớp phủ chống ăn mòn chịu tải nặng, được phun trên các thiết bị lớn (như tàu lớn, bệ nổi, tua bin gió, v.v.) để chống ăn mòn và kéo dài tuổi thọ; trong tương lai, nhựa nhiệt rắn biến tính graphene cũng sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong hàng không vũ trụ, linh kiện điện tử và các lĩnh vực khác.