วิธีเพิ่มความเข้ากันได้ของผงกราไฟท์สังเคราะห์ด้วยโพลีเมอร์?

การเพิ่มความเข้ากันได้ของผงกราไฟท์สังเคราะห์ที่มีโพลีเมอร์เป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานอุตสาหกรรมต่างๆเช่นในการผลิตคอมโพสิตประสิทธิภาพสูงโพลีเมอร์นำไฟฟ้าและวัสดุขั้นสูง เป็นซัพพลายเออร์ของผงกราไฟท์สังเคราะห์ฉันได้เห็นความท้าทายและโอกาสในสาขานี้ ในบล็อกนี้ฉันจะแบ่งปันกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพบางอย่างเพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ระหว่างผงกราไฟท์สังเคราะห์และโพลีเมอร์

ทำความเข้าใจปัญหาความเข้ากันได้

ก่อนที่จะเจาะลึกลงไปในการแก้ปัญหาจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจว่าทำไมปัญหาความเข้ากันได้เกิดขึ้น ผงกราไฟท์สังเคราะห์มีโครงสร้างคาร์บอนที่ได้รับคำสั่งสูงซึ่งมักจะนำไปสู่พื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ ในทางกลับกันโพลีเมอร์สามารถมีขั้วที่หลากหลายและเคมีพื้นผิว ความไม่ตรงกันในคุณสมบัติพื้นผิวระหว่างผงกราไฟท์และเมทริกซ์พอลิเมอร์อาจส่งผลให้เกิดการกระจายตัวที่ไม่ดีการยึดเกาะที่อ่อนแอและในที่สุดคุณสมบัติเชิงกลและไฟฟ้าที่ด้อยกว่าของวัสดุคอมโพสิต

การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงกราไฟท์สังเคราะห์

หนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการเพิ่มความเข้ากันได้คือการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงกราไฟท์สังเคราะห์ มีหลายวิธีที่มีให้เลือกแต่ละข้อมีข้อดีและข้อ จำกัด ของตัวเอง

การรักษาด้วยออกซิเดชัน

การรักษาด้วยออกซิเดชันสามารถแนะนำออกซิเจน - ที่มีกลุ่มการทำงานเช่น carboxyl, hydroxyl และกลุ่ม carbonyl บนพื้นผิวของผงกราไฟท์ กลุ่มการทำงานเหล่านี้เพิ่มขั้วพื้นผิวของกราไฟท์ทำให้เข้ากันได้กับโพลีเมอร์ขั้วโลกมากขึ้น ตัวอย่างเช่นการรักษาผงกราไฟท์ด้วยสารออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่งเช่นกรดไนตริกหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถสร้างพื้นผิวที่ชอบน้ำ ออกซิเจน - กลุ่มที่บรรจุสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนหรือพันธะเคมีด้วยโซ่พอลิเมอร์ปรับปรุงการยึดเกาะของอินเทอร์เซียล

อย่างไรก็ตามการรักษาด้วยออกซิเดชันจะต้องมีการควบคุมอย่างระมัดระวัง Over - ออกซิเดชันสามารถสร้างความเสียหายต่อโครงสร้างของกราไฟท์ลดค่าการนำไฟฟ้าและความแข็งแรงเชิงกล ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องปรับสภาพออกซิเดชันให้เหมาะสมเช่นความเข้มข้นของสารออกซิไดซ์เวลาตอบสนองและอุณหภูมิ

การปลูกถ่ายอวัยวะ

อีกวิธีหนึ่งคือการปลูกถ่ายโซ่พอลิเมอร์ลงบนพื้นผิวของผงกราไฟท์ สิ่งนี้สามารถทำได้ผ่านการทำพอลิเมอไรเซชันใน - แหล่งกำเนิดหรือวิธีการปลูกถ่ายอวัยวะทางเคมี ใน - situ polymerization โมโนเมอร์จะถูกโพลีเมอร์ในที่ที่มีผงกราไฟท์และโซ่พอลิเมอร์ที่กำลังเติบโตสามารถติดกับพื้นผิวกราไฟท์ การปลูกถ่ายอวัยวะทางเคมีเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยากับพื้นผิวกราไฟท์ด้วยโพลีเมอร์ปฏิกิริยาหรือสารตั้งต้นของพอลิเมอร์

ตัวอย่างเช่นการปลูกถ่ายอวัยวะโพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) ลงบนพื้นผิวกราไฟท์สามารถปรับปรุงความเข้ากันได้กับน้ำพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ โซ่ PEG สามารถเพิ่มการกระจายตัวของผงกราไฟท์ในโพลิเมอร์เมทริกซ์และยังปรับปรุงการโต้ตอบแบบอินเทอร์เซียล โซ่พอลิเมอร์กราฟต์สามารถทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างกราไฟท์และโพลิเมอร์เมทริกซ์ช่วยอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนความเครียดและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของคอมโพสิต

ตัวแทนการมีเพศสัมพันธ์ของไซเลน

สารเชื่อมต่อไซเลนถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ระหว่างฟิลเลอร์อนินทรีย์และโพลีเมอร์ ตัวแทนเหล่านี้มีโครงสร้างที่ใช้งานได้สองด้านโดยมีปลายด้านหนึ่งที่สามารถทำปฏิกิริยากับพื้นผิวกราไฟท์และปลายอีกด้านที่เข้ากันได้กับโพลิเมอร์เมทริกซ์ ตัวอย่างเช่นสารเชื่อมต่อไซเลนที่มีกลุ่มอะมิโนสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจน - ที่มีกลุ่มบนพื้นผิวกราไฟท์ออกซิไดซ์ในขณะที่อัลคิลหรือกลุ่มการทำงานอื่น ๆ ที่ปลายอีกด้านสามารถโต้ตอบกับโซ่พอลิเมอร์

สารเชื่อมต่อไซเลนสามารถสร้างพันธะทางเคมีที่แข็งแกร่งระหว่างกราไฟท์และพอลิเมอร์ปรับปรุงการยึดเกาะและการกระจายตัว พวกมันค่อนข้างใช้งานง่ายและสามารถนำไปใช้ในระบบพอลิเมอร์ต่างๆรวมถึงเทอร์โมพลาสติกและพอลิเมอร์เทอร์โมเซตติ้ง

การเลือกโพลีเมอร์ที่เหมาะสม

ทางเลือกของพอลิเมอร์ยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความเข้ากันได้กับผงกราไฟท์สังเคราะห์ โพลีเมอร์ที่แตกต่างกันมีขั้วที่แตกต่างกันความหนืดและโครงสร้างโมเลกุลซึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อการกระจายตัวและการมีปฏิสัมพันธ์กับผงกราไฟท์

โพลีเมอร์ขั้วโลก

โพลีเมอร์โพลีเมอร์เช่นโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA), polyacrylonitrile (PAN) และ polyamide (PA) โดยทั่วไปจะเข้ากันได้กับผงกราไฟท์ - ดัดแปลงพื้นผิว กลุ่มขั้วโลกในโพลีเมอร์เหล่านี้สามารถโต้ตอบกับกลุ่มการทำงานบนพื้นผิวกราไฟท์ผ่านพันธะไฮโดรเจนหรือไดโพล - ปฏิกิริยาไดโพล ตัวอย่างเช่น PVA มีกลุ่มไฮดรอกซิลจำนวนมากซึ่งสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับออกซิเจน - ที่มีกลุ่มบนพื้นผิวกราไฟท์ออกซิไดซ์

ไม่ใช่โพลิเมอร์ขั้วโลก

สำหรับโพลีเมอร์ที่ไม่ใช่โพลาร์เช่นโพลีเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพีลีน (PP) มันเป็นสิ่งที่ท้าทายมากขึ้นในการเข้ากันได้ดีกับผงกราไฟท์ อย่างไรก็ตามด้วยการใช้ compatibilizers หรือปรับเปลี่ยนพื้นผิวกราไฟท์ด้วยกลุ่มที่ไม่ใช่ขั้วโลกมันเป็นไปได้ที่จะปรับปรุงการกระจายตัว ตัวอย่างเช่นการต่อกิ่งโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ใช่ขั้วโลกบนพื้นผิวกราไฟท์สามารถเพิ่มความเข้ากันได้กับโพลิเมอร์ที่ไม่ใช่ขั้วโลก

เงื่อนไขการประมวลผล

เงื่อนไขการประมวลผลในระหว่างการเตรียมวัสดุคอมโพสิตยังส่งผลต่อความเข้ากันได้ระหว่างผงกราไฟท์และพอลิเมอร์

วิธีการผสม

วิธีการผสมที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าการกระจายตัวของผงกราไฟท์ในโพลิเมอร์เมทริกซ์ การผสมแรงเฉือนสูงเช่นการใช้เครื่องอัดรีดสกรูคู่หรือเครื่องผสมความเร็วสูงสามารถสลาย agglomerates ของผงกราไฟท์และปรับปรุงการกระจายตัวของมัน การผสมอัลตราโซนิกยังสามารถใช้ในการกระจายผงกราไฟท์ในสารละลายพอลิเมอร์หรือละลาย

อย่างไรก็ตามแรงเฉือนที่มากเกินไปสามารถทำลายโครงสร้างกราไฟท์หรือทำให้เกิดการย่อยสลายของพอลิเมอร์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องค้นหาพารามิเตอร์การผสมที่ดีที่สุดเช่นความเร็วการผสมเวลาและอุณหภูมิ

เงื่อนไขการขึ้นรูป

เงื่อนไขการขึ้นรูปเช่นอุณหภูมิการปั้นความดันและอัตราการระบายความร้อนสามารถมีผลต่อคุณสมบัติสุดท้ายของวัสดุคอมโพสิต ตัวอย่างเช่นอุณหภูมิการขึ้นรูปที่สูงขึ้นสามารถเพิ่มความลื่นไหลของพอลิเมอร์ซึ่งอำนวยความสะดวกในการกระจายตัวของผงกราไฟท์ อย่างไรก็ตามอุณหภูมิที่สูงเกินไปอาจทำให้เกิดการย่อยสลายความร้อนของพอลิเมอร์หรืออินเตอร์เฟสพอลิเมอร์กราไฟท์

แอปพลิเคชันของความเข้ากันได้ดีขึ้น

การเพิ่มความเข้ากันได้ของผงกราไฟท์สังเคราะห์ที่มีโพลีเมอร์มีแอพพลิเคชั่นมากมายในอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน

โพลีเมอร์นำไฟฟ้า

ในสาขาโพลีเมอร์นำไฟฟ้าความเข้ากันได้ที่ดีขึ้นสามารถนำไปสู่การนำไฟฟ้าที่ดีขึ้นและคุณสมบัติเชิงกล ตัวอย่างเช่นในการผลิตพลาสติก antistatic หรือวัสดุป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าผงกราไฟท์ที่กระจายตัวในโพลิเมอร์เมทริกซ์สามารถสร้างเครือข่ายนำไฟฟ้าต่อเนื่อง การยึดเกาะที่เพิ่มขึ้นระหว่างกราไฟท์และพอลิเมอร์ยังสามารถปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลและความทนทานของคอมโพสิตพอลิเมอร์นำไฟฟ้า

คอมโพสิตประสิทธิภาพสูง

ในคอมโพสิตที่มีประสิทธิภาพสูงเช่นคาร์บอนไฟเบอร์ - พอลิเมอร์เสริมแรง, ผงกราไฟท์สังเคราะห์สามารถใช้เป็นฟิลเลอร์เพื่อปรับปรุงการนำความร้อนการนำไฟฟ้าและคุณสมบัติเชิงกล ด้วยการเพิ่มความเข้ากันได้ระหว่างผงกราไฟท์และโพลิเมอร์เมทริกซ์ประสิทธิภาพโดยรวมของคอมโพสิตสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นในแอปพลิเคชันการบินและอวกาศและยานยนต์คอมโพสิตประสิทธิภาพสูงที่มีความเข้ากันได้ที่ดีขึ้นสามารถใช้เพื่อลดน้ำหนักในขณะที่ยังคงความแข็งแรงและความแข็งสูง

อุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน

ในอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานเช่นแบตเตอรี่ลิเธียม - ไอออนความเข้ากันได้ระหว่างวัสดุกราไฟท์ขั้วบวกและสารยึดเกาะพอลิเมอร์เป็นสิ่งสำคัญ ความเข้ากันได้ที่ดีสามารถปรับปรุงความเสถียรในการขี่จักรยานและประสิทธิภาพอัตราของแบตเตอรี่ การยึดเกาะที่เพิ่มขึ้นระหว่างกราไฟท์และสารยึดเกาะสามารถป้องกันไม่ให้อนุภาคกราไฟท์หลุดออกระหว่างกระบวนการชาร์จ - การคายประจุช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่

บทสรุป

การเพิ่มความเข้ากันได้ของผงกราไฟท์สังเคราะห์ที่มีโพลีเมอร์เป็นงานที่ซับซ้อน แต่ทำได้ ด้วยการใช้เทคนิคการปรับเปลี่ยนพื้นผิวการเลือกโพลีเมอร์ที่เหมาะสมและปรับสภาพการประมวลผลให้เหมาะสมเราสามารถปรับปรุงการกระจายตัวและการยึดเกาะระหว่างผงกราไฟท์และโพลิเมอร์เมทริกซ์ เป็นซัพพลายเออร์ของผงกราไฟท์สังเคราะห์-ผงกราไฟท์ที่มีความบริสุทธิ์สูง, และผงกราไฟท์ UHPเรามุ่งมั่นที่จะให้บริการผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงและการสนับสนุนด้านเทคนิคเพื่อช่วยให้ลูกค้าของเราแก้ปัญหาความเข้ากันได้

หากคุณมีความสนใจในผลิตภัณฑ์ของเราหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับการเพิ่มความเข้ากันได้ของผงกราไฟท์กับโพลีเมอร์โปรดติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อและการอภิปรายเพิ่มเติม เราหวังว่าจะได้ทำงานร่วมกับคุณเพื่อพัฒนาโซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรมในแอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรมต่างๆ

การอ้างอิง

1. Tjong, SC (2006) “ กลไกการแตกหักและการแกร่งในคาร์บอน - คอมโพสิตนาโน/โพลิเมอร์” คอมโพสิตวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, 66 (15 - 16), 2363 - 2386
2. Njuguna, J. , Pielichowski, K. , & Pielichowska, K. (2013) “ คอมโพสิตโพลีเมอร์นำไฟฟ้าสำหรับการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) การป้องกัน: การทบทวน” ความคืบหน้าในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ, 58 (7), 1091 - 1133
3. Yang, Y. , & Wang, X. (2011) “ การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของท่อนาโนคาร์บอนและการประยุกต์ใช้ในคอมโพสิตพอลิเมอร์: การตรวจสอบ” คอมโพสิตส่วน A: วิทยาศาสตร์ประยุกต์และการผลิต, 42 (10), 1392 - 1401