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石墨烯增強復(fù)合材料:力學(xué)性能提升10%以上

文章出處:江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 www.buzyq.cn責任編輯:江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 www.buzyq.cn人氣:-發(fā)表時間:2018-07-14 09:00【

近年來,碳纖維復(fù)合材料由于重量輕、耐高溫等特點,在航天航空等眾多領(lǐng)域越來越受到垂青。

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石墨烯納米增強新型復(fù)合材料

納米增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)作為顛覆性提升材料性能的重要途徑,一直是近年來材料領(lǐng)域的研究熱點。一般傳統(tǒng)的做法是用碳納米管作為增強結(jié)構(gòu),但是這種方法存在許多技術(shù)瓶頸和局限性,最顯著的問題就是碳納米管具有較強的流動性,易產(chǎn)生“團聚”現(xiàn)象,材料均勻性較差,難以制成大尺寸的材料,而且材料質(zhì)地比較脆,容易發(fā)生斷裂。

據(jù)項目負責人吳迪介紹,石墨烯納米增強新型復(fù)合材料,就是在碳纖維復(fù)合材料中,增加了納米級的石墨烯,進一步提高了碳纖維材料的韌性、強度、剛度等性能。與傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料相比,除了力學(xué)性能的提升,它還具有以下幾方面的優(yōu)點:

  • 導(dǎo)電性能好:該材料的導(dǎo)電性能,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的復(fù)合材料,能夠有效避免傳統(tǒng)復(fù)合材料與金屬材料連接的接觸面上,容易積累電荷產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的情況,大幅提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)耐久性能。

  • 電磁屏蔽功能:該新型復(fù)合材料具有很好的電磁屏蔽功能,可以用于制備儀器設(shè)備殼體,與傳統(tǒng)金屬材料殼體相比,既能保護內(nèi)部電子元器件不被電磁輻射干擾,又能達到減重的效果。

  • 防潮防水功能:該材料具有極強的疏水性能,可以用于制備防潮結(jié)構(gòu),提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力,為產(chǎn)品在潮濕環(huán)境下的長期貯存和提升耐久性提供支撐。

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石墨烯納米增強新型復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)

這種石墨烯納米增強新型復(fù)合材料,是以氧化石墨烯為材料,制備出石墨烯海綿,這種石墨烯海綿具有三維生長性,彼此之間相互連接,能夠非常均勻地與碳纖維復(fù)合材料進行融合。

在這個材料的研制過程中,運載火箭研究院研發(fā)中心主要負責前期的仿真設(shè)計,哈工大主要負責材料的制備。該材料的成功研制,顛覆性地提高了現(xiàn)有復(fù)合材料的性能水平,為納米增強復(fù)合材料技術(shù)研究開辟了新的途徑,為未來航空航天飛行器輕質(zhì)化設(shè)計奠定了材料基礎(chǔ)。

可以看出,這是一種典型的三元復(fù)合材料,其中石墨烯海綿相當于骨骼,碳纖維相當于肌肉纖維,而樹脂則相當于結(jié)締組織。從顯微圖可以看出,這種材料的結(jié)構(gòu)是在三維尺度上縱橫交錯高度融合的,因此它擁有比碳纖維復(fù)合材料更好的力學(xué)和理化性能是應(yīng)有之義。

這種材料目前的問題是產(chǎn)業(yè)化,因為如何以量產(chǎn)的規(guī)模和效率實現(xiàn)石墨烯海綿的高質(zhì)量三維生長及其與碳纖維-樹脂復(fù)合材料的高度融合,對于任何一個國家來說都是極大的挑戰(zhàn),因此這種材料的小批量應(yīng)用可能很快就會開始,但是真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有一段較長的路要走。另外這種材料的生產(chǎn)工藝特殊,成本高昂,因此在可預(yù)見的將來并無民用化的可能性。而且說實話民用的場合不需要,也用不起。

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