石墨烯:高分子材料應用初露鋒芒

  在上周于青島即墨召開的由中國合成樹脂供銷協會主辦的2019即墨石墨烯產業發展論壇上,與會專家表示,現階段石墨烯在高分子材料中的應用已初露鋒芒。隨著高分子材料市場的需求變化,石墨烯未來將有更大的應用潛力。

  應用范圍廣泛

  石墨烯很大程度上可起到工業味精的作用。“石墨烯微片在復合材料中應用具有低滲濾、耐磨、潤滑、光澤、高強度等優勢。”華僑大學材料科學與工程學院教授陳國華表示,在工程塑料增強方面,石墨烯可以部分替代炭黑、二硫化鉬、碳纖維、碳納米管、氧化鋁等;在耐熱性增強方面,石墨烯加入到聚氨酯、尼龍、聚苯硫醚、聚甲醛、聚丙烯、聚乙烯等材料中可改善其耐熱性。此外,石墨烯的加入還可提升工程塑料的導熱、耐候、阻隔、導電等性能。

  常州第六元素材料科技股份有限公司賈云龍也表示,目前在非樹脂材料領域,石墨烯主要應用于金屬基復合材料、儲能、導熱膜、傳感器等;在樹脂領域,石墨烯應用于功能涂料、橡膠、塑料管材等。

  改性效果顯著

  使用石墨烯生產聚脲涂料的威海云山科技有限公司技術總監程瑾寧介紹,石墨烯和石墨烯微片結構能夠在涂層中形成層疊的屏蔽層,有效阻擋腐蝕介質滲透,大幅提高涂層防腐蝕能力。

  “與純的環氧樹脂相比較,添加了適量石墨烯的環氧樹脂復合材料表現出較強的力學性能及較低的磨損率。”天津工業大學材料科學與工程學院教授耿宏章介紹說。

  在導熱領域,石墨烯作為填充劑具有明顯優勢。北京市化學工業研究院有限責任公司副總經理、高級工程師賈義軍介紹說:“目前市面常見的以無機填料作為填充材料會導致材料導熱性缺陷,即添加大量普通填料實現導熱性后,材料的機械性能會大幅下降。而石墨烯采用填充、增強、阻燃等復合改性技術和工藝手段實現高導熱性能的同時,材料的機械性能不降低或不會大幅降低。”

  市場潛力巨大

  電子元器件的發展給化工材料提出了新要求。賈義軍表示,近些年,隨著電子機械高性能化、機械復合化,元器件向小型化和便攜式方向發展,產生了電子部件高放熱量的問題。以樹脂為原材料的改性塑料注塑成型件已經不能滿足這種散熱要求,開發新型導熱復合材料成為當前研究的熱點。石墨烯本身具有導熱性高、比重輕等特點,作為填充型高導熱塑料的填充材料有很大應用潛力。

  市場調研顯示,隨著LED燈、輕型散熱器、電動汽車、醫療設備和輕型汽車對塑料的需求增加,2021年導熱塑料市場預計將達到2.551億美元,前景可觀。

  “但其中仍有一些技術需要突破。”賈義軍指出,批量低成本制備高品質石墨烯材料,以及對石墨烯進行可控功能化處理以提高其在聚合物中的分散性仍具有挑戰。同時復合材料中石墨烯與聚合物之間相互作用機理也需要進行探討,并使之系統化、理論化,以減少相關研究工作的盲目性。此外,他還建議還要進一步考察石墨烯填充高導熱塑料導熱性能的影響因素,繼續深化材料導熱性能的研究。

  賈云龍表示,石墨烯在纖維增強熱固性復合材料和熱塑性材料中也有很大的應用潛力。一是用于回收塑料的生產制造,引入石墨烯可以提高回收塑料機械性能,還可增加回收次數;二是用于航空航天領域碳纖維復合材料的薄層預浸料制造;三是用于高性能軸承襯墊的制造,引入石墨烯有望獲得襯墊耐磨性、導熱性和機械性能的提升。


關鍵字:石墨烯
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