中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石墨烯是由單層碳原子以 sp2 雜化方式連接而成的蜂窩狀二維平面材料,，其具備眾多優(yōu)異的特性，例如：高載流子遷移率,、高透光性,、高比表面積、高楊氏模量,、高斷裂強(qiáng)度等,。這些特性使石墨烯成為提升熱固性樹(shù)脂性能的理想填料。 熱固性樹(shù)脂材料因具有比強(qiáng)度高、比模量大,、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)而受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注,。
石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖
1 石墨烯改性熱固性樹(shù)脂概述
石墨烯/熱固性樹(shù)脂是以石墨烯粉體作為增強(qiáng)體，熱固性樹(shù)脂作為基體構(gòu)成的復(fù)合材料,。通過(guò)石墨烯粉體的添加,，可以明顯的增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂的力學(xué)、抗燒蝕,、電學(xué),、耐腐蝕和耐磨性能。石墨烯粉體的有效分散是提升熱固性樹(shù)脂性能的關(guān)鍵所在,。利用表面改性和合理的混料方式可以顯著提高石墨烯在樹(shù)脂基分散程度,。
2 石墨烯粉體表面改性
石墨烯粉體的表面改性有兩種主要方式：共價(jià)鍵改性和非共價(jià)鍵改性。
共價(jià)鍵改性是一種利用化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)改性劑在石墨烯表面共價(jià)鍵結(jié)合,，或?qū)κ┻M(jìn)行特殊處理,，形成新的官能團(tuán)或化學(xué)鍵，從而提高石墨烯粉體在樹(shù)脂基體中的相容性和分散性的方法,。
非共價(jià)鍵改性主要是通過(guò) π-π 鍵堆積作用將改性基團(tuán)與石墨烯結(jié)合,，實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的有效改性。這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于,，不改變石墨烯化學(xué)結(jié)構(gòu)或引入新的共價(jià)鍵的前提下,，提高石墨烯的分散性。
針對(duì)不同種類的熱固性樹(shù)脂基體,，需選擇合適的改性方式,，在不影響樹(shù)脂基體性能的前提下，使得石墨烯粉體能夠在樹(shù)脂內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻分散,。
(a)石墨烯共價(jià)鍵修飾原理,；(b)重氮鹽法改性石墨烯；(c)開(kāi)環(huán)反應(yīng)改性石墨烯,；
(d)石墨烯非共價(jià)鍵修飾原理,；(e)π-π 鍵吸附改性 GO；(f)π-π 鍵吸附改性 rGO
3 石墨烯對(duì)樹(shù)脂基體復(fù)合材料性能的影響
石墨烯作為一種新型增強(qiáng)體填料,，將其均勻分散在熱固性樹(shù)脂基體中,，可以顯著提升復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐燒蝕性能,、電學(xué)性能,、耐腐蝕性能以及耐磨性能，從而擴(kuò)寬熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍,。
3.1 力學(xué)性能
石墨烯能夠顯著改善熱固性樹(shù)脂材料的機(jī)械性能,，使復(fù)合材料在機(jī)械和汽車結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價(jià)值,。
3.2 抗燒蝕性能
氧化石墨烯的添加會(huì)提高復(fù)合材料導(dǎo)熱性并加速熱量的導(dǎo)出，使復(fù)合材料的線性燒蝕速率降低 62.08%,。氧化石墨烯的添加有利于誘導(dǎo)燒蝕過(guò)程中基體內(nèi)炭層的形成,，增強(qiáng)基體石墨化程度，并形成隔熱層,，阻止熱量向材料內(nèi)部擴(kuò)展,，從而降低復(fù)合材料的線狀燒蝕速率，提高樹(shù)脂復(fù)合材料的抗燒蝕能力,。
3.3 電學(xué)性能
石墨烯是由sp2雜化的碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳材料,，優(yōu)異的結(jié)構(gòu)π電子提供了共軛效應(yīng)，極大的提高了電子的遷移率,，同時(shí)在理想狀態(tài)下,，石墨烯的導(dǎo)帶和價(jià)帶在狄拉克點(diǎn)相接觸，使電子能在無(wú)能量阻礙下,，在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間移動(dòng)，從而促使石墨烯有著優(yōu)異的電學(xué)性能,。
3.4 耐腐蝕性能
熱固性樹(shù)脂是涂層材料中常見(jiàn)的基體材料,，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，但固化后的樹(shù)脂材料會(huì)產(chǎn)生微孔或微隙,，對(duì)基底的保護(hù)能力減弱,。石墨烯自身的化學(xué)穩(wěn)定性和阻隔性，既能有效阻止腐蝕劑的滲透,，又能在腐蝕劑達(dá)到金屬表面時(shí)防止其面內(nèi)進(jìn)一步的擴(kuò)散,，將保護(hù)基底的腐蝕損壞程度降到最低，使其成為金屬基材涂層的優(yōu)選填料,。
4 石墨烯改性熱固性樹(shù)脂的應(yīng)用
目前,，石墨烯改性熱固性樹(shù)脂主要應(yīng)用于重防腐涂料方面，噴涂在大型設(shè)備（如大型船舶,，水面平臺(tái),，風(fēng)力發(fā)電機(jī)等）上防止腐蝕延長(zhǎng)使用壽命；未來(lái),，石墨烯改性熱固性樹(shù)脂也將更多的應(yīng)用在航空航天,、電子零部件等領(lǐng)域。
成功運(yùn)用石墨烯重防腐涂料的我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組塔筒
參考來(lái)源：
經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào),，給裝備披上石墨烯防腐外衣
劉川海,，探析石墨烯的表面改性及其在涂層中的應(yīng)用
樂(lè)祥和等，石墨烯改性熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料研究進(jìn)展
李偉等,，石墨烯改性熱固性樹(shù)脂及其纖維復(fù)合材料的研究進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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