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石墨烯：高分子材料應(yīng)用初露鋒芒
在近日于青島即墨召開的由中國(guó)合成樹脂供銷協(xié)會(huì)主辦的2019即墨石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，與會(huì)專家表示，現(xiàn)階段石墨烯在高分子材料中的應(yīng)用已初露鋒芒。隨著高分子材料市場(chǎng)的需求變化，石墨烯未來將有更大的應(yīng)用潛力。
應(yīng)用范圍廣泛
石墨烯很大程度上可起到工業(yè)味精的作用。“石墨烯微片在復(fù)合材料中應(yīng)用具有低滲濾、耐磨、潤(rùn)滑、光澤、高強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)。”華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授陳國(guó)華表示，在工程塑料增強(qiáng)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(qiáng)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(dǎo)熱、耐候、阻隔、導(dǎo)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(lǐng)域，石墨烯主要應(yīng)用于金屬基復(fù)合材料、儲(chǔ)能、導(dǎo)熱膜、傳感器等;在樹脂領(lǐng)域，石墨烯應(yīng)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(chǎn)聚脲涂料的威海云山科技有限公司技術(shù)總監(jiān)程瑾寧介紹，石墨烯和石墨烯微片結(jié)構(gòu)能夠在涂層中形成層疊的屏蔽層，有效阻擋腐蝕介質(zhì)滲透，大幅提高涂層防腐蝕能力。
“與純的環(huán)氧樹脂相比較，添加了適量石墨烯的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表現(xiàn)出較強(qiáng)的力學(xué)性能及較低的磨損率。”天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授耿宏章介紹說。
在導(dǎo)熱領(lǐng)域，石墨烯作為填充劑具有明顯優(yōu)勢(shì)。北京市化學(xué)工業(yè)研究院有限責(zé)任公司副總經(jīng)理、高級(jí)工程師賈義軍介紹說：“目前市面常見的以無機(jī)填料作為填充材料會(huì)導(dǎo)致材料導(dǎo)熱性缺陷，即添加大量普通填料實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱性后，材料的機(jī)械性能會(huì)大幅下降。而石墨烯采用填充、增強(qiáng)、阻燃等復(fù)合改性技術(shù)和工藝手段實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性能的同時(shí)，材料的機(jī)械性能不降低或不會(huì)大幅降低。”
市場(chǎng)潛力巨大
電子元器件的發(fā)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(jī)械高性能化、機(jī)械復(fù)合化，元器件向小型化和便攜式方向發(fā)展，產(chǎn)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(jīng)不能滿足這種散熱要求，開發(fā)新型導(dǎo)熱復(fù)合材料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。石墨烯本身具有導(dǎo)熱性高、比重輕等特點(diǎn)，作為填充型高導(dǎo)熱塑料的填充材料有很大應(yīng)用潛力。
市場(chǎng)調(diào)研顯示，隨著LED燈、輕型散熱器、電動(dòng)汽車、醫(yī)療設(shè)備和輕型汽車對(duì)塑料的需求增加，2021年導(dǎo)熱塑料市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到2.551億美元，前景可觀。
“但其中仍有一些技術(shù)需要突破。”賈義軍指出，批量低成本制備高品質(zhì)石墨烯材料，以及對(duì)石墨烯進(jìn)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(zhàn)。同時(shí)復(fù)合材料中石墨烯與聚合物之間相互作用機(jī)理也需要進(jìn)行探討，并使之系統(tǒng)化、理論化，以減少相關(guān)研究工作的盲目性。此外，他還建議還要進(jìn)一步考察石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料導(dǎo)熱性能的影響因素，繼續(xù)深化材料導(dǎo)熱性能的研究。
賈云龍表示，石墨烯在纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料和熱塑性材料中也有很大的應(yīng)用潛力。一是用于回收塑料的生產(chǎn)制造，引入石墨烯可以提高回收塑料機(jī)械性能，還可增加回收次數(shù);二是用于航空航天領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料的薄層預(yù)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(dǎo)熱性和機(jī)械性能的提升。
