石墨烯：高分子材料應(yīng)用初露鋒芒
來源：中國化工報
在近日于青島即墨召開的由中國合成樹脂供銷協(xié)會主辦的2019即墨石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，與會專家表示，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?！笆┪⑵趶?fù)合材料中應(yīng)用具有低滲濾、耐磨、潤滑、光澤、高強度等優(yōu)勢?！比A僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(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)出較強的力學(xué)性能及較低的磨損率?！碧旖蚬I(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。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(dǎo)致材料導(dǎo)熱性缺陷，即添加大量普通填料實現(xiàn)導(dǎo)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(fù)合改性技術(shù)和工藝手段實現(xiàn)高導(dǎo)熱性能的同時，材料的機械性能不降低或不會大幅降低?！?/p>
市場潛力巨大
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，隨著電子機械高性能化、機械復(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。石墨烯本身具有導(dǎo)熱性高、比重輕等特點，作為填充型高導(dǎo)熱塑料的填充材料有很大應(yīng)用潛力。
市場調(diào)研顯示，隨著LED燈、輕型散熱器、電動汽車、醫(yī)療設(shè)備和輕型汽車對塑料的需求增加，2021年導(dǎo)熱塑料市場預(yù)計將達(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(zhàn)。同時復(fù)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(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)熱性和機械性能的提升。
