中国粉体网讯 石墨烯是由单层碳原子以 sp2 杂化方式连接而成的蜂窝状二维平面材料，其具备众多优异的特性，例如：高载流子迁移率、高透光性、高比表面积、高杨氏模量、高断裂强度等。这些特性使石墨烯成为提升热固性树脂性能的理想填料。 热固性树脂材料因具有比强度高、比模量大、热稳定性和抗腐蚀性能好等优点而受到工业界和学术界的广泛关注。
石墨烯结构示意图
1 石墨烯改性热固性树脂概述
石墨烯/热固性树脂是以石墨烯粉体作为增强体，热固性树脂作为基体构成的复合材料。通过石墨烯粉体的添加，可以明显的增强热固性树脂的力学、抗烧蚀、电学、耐腐蚀和耐磨性能。石墨烯粉体的有效分散是提升热固性树脂性能的关键所在。利用表面改性和合理的混料方式可以显著提高石墨烯在树脂基分散程度。
2 石墨烯粉体表面改性
石墨烯粉体的表面改性有两种主要方式：共价键改性和非共价键改性。
共价键改性是一种利用化学反应实现改性剂在石墨烯表面共价键结合，或对石墨烯进行特殊处理，形成新的官能团或化学键，从而提高石墨烯粉体在树脂基体中的相容性和分散性的方法。
非共价键改性主要是通过 π-π 键堆积作用将改性基团与石墨烯结合，实现对石墨烯的有效改性。这一方法的优点在于，不改变石墨烯化学结构或引入新的共价键的前提下，提高石墨烯的分散性。
针对不同种类的热固性树脂基体，需选择合适的改性方式，在不影响树脂基体性能的前提下，使得石墨烯粉体能够在树脂内实现均匀分散。
(a)石墨烯共价键修饰原理；(b)重氮盐法改性石墨烯；(c)开环反应改性石墨烯；
(d)石墨烯非共价键修饰原理；(e)π-π 键吸附改性 GO；(f)π-π 键吸附改性 rGO
3 石墨烯对树脂基体复合材料性能的影响
石墨烯作为一种新型增强体填料，将其均匀分散在热固性树脂基体中，可以显著提升复合材料的力学性能、耐烧蚀性能、电学性能、耐腐蚀性能以及耐磨性能，从而扩宽热固性树脂基复合材料的应用范围。
3.1 力学性能
石墨烯能够显著改善热固性树脂材料的机械性能，使复合材料在机械和汽车结构件等领域中具有重要的应用价值。
3.2 抗烧蚀性能
氧化石墨烯的添加会提高复合材料导热性并加速热量的导出，使复合材料的线性烧蚀速率降低 62.08%。氧化石墨烯的添加有利于诱导烧蚀过程中基体内炭层的形成，增强基体石墨化程度，并形成隔热层，阻止热量向材料内部扩展，从而降低复合材料的线状烧蚀速率，提高树脂复合材料的抗烧蚀能力。
3.3 电学性能
石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的二维蜂窝状晶格结构的碳材料，优异的结构π电子提供了共轭效应，极大的提高了电子的迁移率，同时在理想状态下，石墨烯的导带和价带在狄拉克点相接触，使电子能在无能量阻碍下，在价带和导带之间移动，从而促使石墨烯有着优异的电学性能。
3.4 耐腐蚀性能
热固性树脂是涂层材料中常见的基体材料，具有优异的耐腐蚀性能，但固化后的树脂材料会产生微孔或微隙，对基底的保护能力减弱。石墨烯自身的化学稳定性和阻隔性，既能有效阻止腐蚀剂的渗透，又能在腐蚀剂达到金属表面时防止其面内进一步的扩散，将保护基底的腐蚀损坏程度降到最低，使其成为金属基材涂层的优选填料。
4 石墨烯改性热固性树脂的应用
目前，石墨烯改性热固性树脂主要应用于重防腐涂料方面，喷涂在大型设备（如大型船舶，水面平台，风力发电机等）上防止腐蚀延长使用寿命；未来，石墨烯改性热固性树脂也将更多的应用在航空航天、电子零部件等领域。
成功运用石墨烯重防腐涂料的我国海上风电场风电机组塔筒
参考来源：
经济日报，给装备披上石墨烯防腐外衣
刘川海，探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用
乐祥和等，石墨烯改性热固性树脂复合材料研究进展
李伟等，石墨烯改性热固性树脂及其纤维复合材料的研究进展
（中国粉体网编辑整理/留白）
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