چگونه می توان سازگاری پودر گرافیت مصنوعی را با پلیمرها تقویت کرد؟

تقویت سازگاری پودر گرافیت مصنوعی با پلیمرها یک جنبه مهم در کاربردهای مختلف صنعتی ، مانند تولید کامپوزیت های با کارایی بالا ، پلیمرهای رسانا و مواد پیشرفته است. به عنوان تأمین کنندهپودر گرافیتی مصنوعی، من شاهد چالش ها و فرصت های موجود در این زمینه بوده ام. در این وبلاگ ، من برخی از استراتژی های مؤثر را برای بهبود سازگاری بین پودر گرافیت مصنوعی و پلیمرها به اشتراک می گذارم.

درک مسئله سازگاری

قبل از بررسی راه حل ها ، درک این مسئله که چرا مشکلات سازگاری رخ می دهد ضروری است. پودر گرافیت مصنوعی دارای ساختار کربن بسیار مرتب است که اغلب به یک سطح آبگریز منجر می شود. از طرف دیگر ، پلیمرها می توانند طیف گسترده ای از قطب ها و شیمیایی سطح را داشته باشند. عدم تطابق در خواص سطح بین پودر گرافیت و ماتریس پلیمر می تواند منجر به پراکندگی ضعیف ، چسبندگی بین سطحی ضعیف و در نهایت ، خصوصیات مکانیکی و الکتریکی تحتانی مواد کامپوزیت شود.

اصلاح سطح پودر گرافیت مصنوعی

یکی از مؤثرترین راهها برای تقویت سازگاری از طریق اصلاح سطح پودر گرافیت مصنوعی است. روش های مختلفی در دسترس است که هر کدام دارای مزایا و محدودیت های خاص خود هستند.

درمان اکسیژن

درمان اکسیداسیون می تواند اکسیژن - حاوی گروههای عملکردی مانند گروههای کربوکسیل ، هیدروکسیل و کربونیل را بر روی سطح پودر گرافیت معرفی کند. این گروه های عملکردی قطبیت سطح گرافیت را افزایش می دهند و باعث می شوند که آن را با پلیمرهای قطبی سازگارتر کند. به عنوان مثال ، درمان پودر گرافیت با عوامل اکسید کننده قوی مانند اسید نیتریک یا پراکسید هیدروژن می تواند یک سطح آبگریز ایجاد کند. گروه های حاوی اکسیژن می توانند پیوندهای هیدروژن یا پیوندهای شیمیایی با زنجیره های پلیمری تشکیل دهند و چسبندگی بین سطحی را بهبود بخشند.

با این حال ، درمان اکسیداسیون باید با دقت کنترل شود. بیش از حد - اکسیداسیون می تواند به ساختار گرافیت آسیب برساند و هدایت الکتریکی و استحکام مکانیکی آن را کاهش می دهد. بنابراین ، لازم است شرایط اکسیداسیون مانند غلظت ماده اکسید کننده ، زمان واکنش و دما بهینه شود.

زنجیرهای پلیمری پیوند

روش دیگر پیوند زنجیرهای پلیمری بر روی سطح پودر گرافیت است. این می تواند از طریق روش های پلیمریزاسیون درجا یا روشهای پیوند شیمیایی حاصل شود. در - پلیمریزاسیون درجا ، مونومرها در حضور پودر گرافیت پلیمری می شوند و زنجیره های پلیمری در حال رشد می توانند به سطح گرافیت وصل شوند. پیوند شیمیایی شامل واکنش به سطح گرافیت با پلیمرهای واکنشی یا پیش سازهای پلیمری است.

به عنوان مثال ، پیوند پلی اتیلن گلیکول (PEG) بر روی سطح گرافیت می تواند سازگاری آن را با پلیمرهای محلول در آب بهبود بخشد. زنجیره های PEG می توانند پراکندگی پودر گرافیت را در ماتریس پلیمر تقویت کرده و همچنین تعامل بین سطحی را بهبود بخشند. زنجیره های پلیمری پیوند زده می توانند به عنوان پلی بین گرافیت و ماتریس پلیمر عمل کنند و انتقال استرس و بهبود عملکرد کلی کامپوزیت را تسهیل می کنند.

عوامل جفت سیلان

از عوامل اتصال سیلان به طور گسترده ای برای بهبود سازگاری بین پرکننده های معدنی و پلیمرها استفاده می شود. این عوامل دارای یک ساختار دوتایی کاربردی هستند که یک انتها قادر به واکنش با سطح گرافیت و انتهای دیگر با ماتریس پلیمر سازگار است. به عنوان مثال ، یک ماده اتصال سیلان با یک گروه آمینه می تواند با اکسیژن - گروههای حاوی روی سطح گرافیت اکسیده شده واکنش نشان دهد ، در حالی که آلکیل یا سایر گروههای عملکردی در انتهای دیگر می توانند با زنجیرهای پلیمری تعامل داشته باشند.

عوامل جفت سیلان می توانند یک پیوند شیمیایی قوی بین گرافیت و پلیمر ایجاد کنند و چسبندگی و پراکندگی بین سطحی را بهبود بخشند. آنها برای استفاده نسبتاً آسان هستند و می توانند در سیستم های مختلف پلیمری از جمله ترموپلاستیک و پلیمرهای ترموزاسیون استفاده شوند.

انتخاب پلیمرهای مناسب

انتخاب پلیمر همچنین نقش مهمی در تعیین سازگاری با پودر گرافیت مصنوعی دارد. پلیمرهای مختلف دارای قطب های مختلف ، ویسکوزیته و ساختارهای مولکولی هستند که می تواند بر پراکندگی و تعامل با پودر گرافیت تأثیر بگذارد.

پلیمرهای قطبی

پلیمرهای قطبی ، مانند پلی وینیل الکل (PVA) ، پلی آکریلونیتریل (PAN) و پلی آمید (PA) ، به طور کلی با پودر گرافیت اصلاح شده سطح سازگار هستند. گروه های قطبی در این پلیمرها می توانند از طریق پیوند هیدروژن یا تعامل دو قطبی - دو قطبی - با گروه های عملکردی در سطح گرافیت ارتباط برقرار کنند. به عنوان مثال ، PVA تعداد زیادی از گروه های هیدروکسیل دارد که می تواند پیوندهای هیدروژن با اکسیژن - گروههای حاوی در سطح گرافیت اکسیده شده را تشکیل دهد.

پلیمرهای غیر قطبی

برای پلیمرهای غیر قطبی ، مانند پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) ، دستیابی به سازگاری خوب با پودر گرافیت چالش برانگیزتر است. با این حال ، با استفاده از سازهای سازنده یا اصلاح سطح گرافیت با گروه های غیر قطبی ، می توان پراکندگی را بهبود بخشید. به عنوان مثال ، پیوند زنجیرهای هیدروکربن غیر قطبی بر روی سطح گرافیت می تواند سازگاری آن را با پلیمرهای غیر قطبی تقویت کند.

شرایط پردازش

شرایط پردازش در هنگام تهیه مواد کامپوزیت نیز بر سازگاری بین پودر گرافیت و پلیمر تأثیر می گذارد.

روشهای اختلاط

روشهای مناسب اختلاط برای اطمینان از پراکندگی یکنواخت پودر گرافیت در ماتریس پلیمر بسیار مهم هستند. مخلوط کردن برشی بالا ، مانند استفاده از یک اکسترودر پیچ دوقلو یا میکسر با سرعت بالا ، می تواند آگلومرهای پودر گرافیت را شکسته و پراکندگی آن را بهبود بخشد. از اختلاط اولتراسونیک نیز می توان برای پراکندگی پودر گرافیت در محلول پلیمری یا ذوب استفاده کرد.

با این حال ، برشی بیش از حد همچنین می تواند به ساختار گرافیت آسیب برساند یا باعث تخریب پلیمر شود. بنابراین ، لازم است پارامترهای بهینه اختلاط مانند سرعت اختلاط ، زمان و دما پیدا شود.

شرایط قالب ریزی

شرایط قالب گیری مانند دمای قالب گیری ، فشار و میزان خنک کننده می تواند بر خصوصیات نهایی مواد کامپوزیت تأثیر بگذارد. به عنوان مثال ، دمای قالب گیری بالاتر می تواند سیالیت پلیمر را افزایش داده و پراکندگی پودر گرافیت را تسهیل کند. با این حال ، دمای بیش از حد بالا می تواند باعث تخریب حرارتی پلیمر یا رابط گرافیت - پلیمر شود.

برنامه های سازگاری بهبود یافته

تقویت سازگاری پودر گرافیت مصنوعی با پلیمرها کاربردهای بی شماری در صنایع مختلف دارد.

پلیمرهای رسانا

در زمینه پلیمرهای رسانا ، سازگاری بهبود یافته می تواند منجر به هدایت الکتریکی بهتر و خصوصیات مکانیکی شود. به عنوان مثال ، در تولید پلاستیک های آنتیستاتیک یا مواد محافظ الکترومغناطیسی ، پودر گرافیت پراکنده در ماتریس پلیمر می تواند یک شبکه رسانا مداوم را تشکیل دهد. چسبندگی بین سطحی پیشرفته بین گرافیت و پلیمر همچنین می تواند استحکام مکانیکی و دوام کامپوزیت های پلیمری رسانا را بهبود بخشد.

کامپوزیت های عملکردی بالا

در کامپوزیت های با کارایی بالا ، مانند پلیمرهای تقویت شده فیبر کربن ، پودر گرافیت مصنوعی می تواند به عنوان یک پرکننده برای بهبود هدایت حرارتی ، هدایت الکتریکی و خصوصیات مکانیکی استفاده شود. با تقویت سازگاری بین پودر گرافیت و ماتریس پلیمر ، عملکرد کلی کامپوزیت را می توان به طور قابل توجهی بهبود بخشید. به عنوان مثال ، در برنامه های هوافضا و خودرو ، کامپوزیت های با کارایی بالا با سازگاری بهبود یافته می توانند در ضمن حفظ استحکام و سفتی بالا ، برای کاهش وزن استفاده شوند.

دستگاه های ذخیره انرژی

در دستگاه های ذخیره انرژی ، مانند باتری های لیتیوم - یونی ، سازگاری بین مواد آند گرافیت و چسب پلیمری بسیار مهم است. سازگاری خوب می تواند پایداری دوچرخه سواری را بهبود بخشد و عملکرد باتری را ارزیابی کند. چسبندگی بین سطحی پیشرفته بین گرافیت و اتصال دهنده می تواند از جدا شدن ذرات گرافیت در طی فرآیند تخلیه بار جلوگیری کند و عملکرد کلی باتری را بهبود بخشد.

پایان

تقویت سازگاری پودر گرافیت مصنوعی با پلیمرها یک کار پیچیده اما قابل دستیابی است. با استفاده از تکنیک های اصلاح سطح ، انتخاب پلیمرهای مناسب و بهینه سازی شرایط پردازش ، می توانیم پراکندگی و چسبندگی سطحی بین پودر گرافیت و ماتریس پلیمر را بهبود بخشیم. به عنوان تأمین کنندهپودر گرافیتی مصنوعیباپودر گرافیت با خلوص بالاوتپودر گرافیت UHP، ما متعهد به ارائه محصولات با کیفیت بالا و پشتیبانی فنی هستیم تا به مشتریان خود در حل مشکلات سازگاری کمک کنیم.

اگر به محصولات ما علاقه مند هستید یا در مورد تقویت سازگاری پودر گرافیت با پلیمرها سؤالی دارید ، لطفاً برای تهیه و بحث بیشتر با ما تماس بگیرید. ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم تا راه حل های نوآورانه در کاربردهای مختلف صنعتی را توسعه دهیم.

منابع

1. Tjong ، SC (2006). "مکانیسم های شکستگی و سخت شدن در کامپوزیت های کربن - نانولوله/پلیمری." علوم و فناوری کامپوزیت ، 66 (15 - 16) ، 2363 - 2386.
2. Njuguna ، J. ، Pielichowski ، K. ، & Pielichowska ، K. (2013). "کامپوزیت های پلیمری رسانا برای محافظت از تداخل الکترومغناطیسی (EMI): یک بررسی." پیشرفت در علوم مواد ، 58 (7) ، 1091 - 1133.
3. Yang ، Y. ، & Wang ، X. (2011). "اصلاح سطح نانولوله های کربن و کاربرد آن در کامپوزیت های پلیمری: یک بررسی." Composites قسمت A: علوم و ساخت کاربردی ، 42 (10) ، 1392 - 1401.