Механічні властивості поліепоксидних композитів з окисненим графеном та їх хімічна стійкість

  • N. V. Sigareva Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • D. L. Starokadomskiy Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • B. M. Gorelov Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
  • O. O. Tkachenko Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
Ключові слова: епоксидний композит, окиснений графен, механічні властивості, набухання

Анотація

Досліджені полімерні композитні матеріали на основі епоксидної смоли, наповненої окисненим графеном у вигляді блоків з мікрометровою базисною поверхнею та нанометровою товщиною при концентрації наповнення 1, 2 та 5 мас. %. Зразки були двох типів, які відрізнялись часом витримки (до 25 діб та 6 годин) у суміші рідкого полімеру з дисперсним наповнювачем. Після витримки додавали стверджувач в суміш та готували композиції. Хімічну стійкість композитних матеріалів визначали за ступенем набуханням в розчинах: ацетон – етилацетат та 25 %  розчині азотної кислоти. В даній роботі досліджено механічні параметри зразків: міцність на стиск, на відрив від сталевої поверхні, знос при стиранні на сталевій поверхні та міцності на згин. Встановлено, що механічні параметри та хімічна стійкість наповнених композитів мають немонотонну залежність від способу виготовлення матриці композиту та вмісту наповнювача. Показано, що введеня графенового наповнювача істотно погіршує хімічну стійкість композитів. Зразки з більшою витримкою наповнювача в полімерній матриці характеризуються підвищеною хімічною стійкістю до агресивних середовищ. Кореляції концентраційних залежностей набухання та механічних параметрів, які мають екстремум при концентрації наповнення С = 1 мас. % не спостеріга-ється.

Посилання

1. Rasheed Atif, Islam Shyha and Fawad Inam. Mechanical, Thermal, and Electrical Properties of Graphene-Epoxy Nanocomposites. Polymers. 2016. 8(8): 281. https://doi.org/10.3390/polym8080281

2. Jiacheng Wei, Thuc Vo and Fawad Inam. Epoxy/graphene nanocomposites – processing and properties: a review. RSC Advances. 2015. 90 (5): 73510. https://doi.org/10.1039/C5RA13897C

3. Velram Balaji Mohana, Kin-tak Laub, David Huic, Debes Bhattacharyya. Graphene-based materials and their composites: A review on production, applications and product limitations. Composites Part B: Engineering. 2018. 142(1): 200. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.01.013

4. Abdelrahman Hussein, Sourav Sarkar, Dongkwon Oh, Kwangju Lee, Byungki Kim. Epoxy/p-phenylenediamine functionalized graphene oxide composites and evaluation of their fracture toughness and tensile properties. App. Pol. Sci. 2016. 133 (34): 43821. https://doi.org/10.1002/app.43821

5. Shokrieh M. M., Ghoreishi S. M., Esmkhani M., Zha Z. Effects of graphene nanoplatelets and graphene nanosheets on fracture toughness of epoxy nanocomposites. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2014. 37 (10): 1116. https://doi.org/10.1111/ffe.12191

6. Wenbin Li, Tinghua Shang, Wengang Yang, Huichuan Yang, Song Lin, Xiaolong Jia, Qing Cai, and Xiaoping Yang. Effectively Exerting the Reinforcement of Dopamine Reduced Graphene Oxide on Epoxy-Based Composites via Strengthened Interfacial Bonding. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. 20 (8): 13037. https://doi.org/10.1021/acsami.6b02496

7. Mohammad A. Rafiee, Javad Rafiee, Zhou Wang, Huaihe Song, Zhong-Zhen Yu and Nikhil Koratkar. Enhanced Mechanical Properties of Nanocomposites at Low Graphene Content. *ACS Nano. 2009. 12 (3): 3884–3890.

8. Tang L-C, Wan Y-J, Yan D, Pei Y-B, Zhao L, Li Y-B, et al. The effect of graphene dispersion on the mechanical properties of graphene/epoxy composites. Carbon. 2013. 60:16. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.03.050

9. Martin-Gallego M, Bernal MM, Hernandez M, Verdejo R, Lopez-Manchado MA. Comparison of filler percolation and mechanical properties in graphene and carbon nanotubes filled epoxy nanocomposites. Eur. Polym. J. 2013. 49(6): 1347. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.02.033

10. Shuai Zhao, Haiyan Chang, Shuju Chen, Jian Cui, Yehai Yan. High-performance and multifunctional epoxy composites filled with epoxide-functionalized graphene. European Polymer Journal. 2016. 84: 300. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.09.036

11. Katti P., Kundan K.V., Kumar S., Bose S., Improved mechanical properties through engineering the interface by poly (ether ether ketone) grafted graphene oxide in epoxy based nanocomposites. Polymer. 2017. 122: 184. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.06.059

12. Siyu Zhang, Hongliang Zhang, Hua Feng, Jiaqi Yan, Peng Liu and Zongren Peng. Relaxation Processes and Conduction Mechanism of Epoxy Resin Filled with Graphene Oxide. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2017. 24 (1): 519. https://doi.org/10.1109/TDEI.2016.005961

13. C. Sarathchandran, Michael Czajka, C. H. Chan, Robert A. Shanks, Sabu Thomas. Interfacial interactions of thermally reduced graphene in poly(trimethylene terephthalate)-epoxy resin based composites. Polymer. 2016. 106 (5): 140. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2016.10.035

14. J.M. Vazquez-Moreno, V. Yuste-Sancheza, R. Sanchez-Hidalgo, R. Verdejo, M.A. Lopez-Manchadoa, L. Fernández-García, C. Blanco, R. Menéndez. Customizing thermally-reduced graphene oxides for electrically conductive or mechanical reinforced epoxy nanocomposites. European Polymer Journal. 2017. 93: 1. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.05.026

16. Ye Li, Yan Zhao, Jianming Sun, Yue Hao, Jindong Zhang, Xiao Han. Mechanical and Electromagnetic Interference Shielding Properties of Carbon Fiber/Graphene Nanosheets/Epoxy Composite. Polymer Composites. 2016. 37 (8): 2494. https://doi.org/10.1002/pc.23436

17. R. Mikael Larsen and Erik Appel Jensen. Epoxy–graphite oxide nanocomposites: Mechanical properties. App. Pol. Sci. 2016. 133: 43591.

18. Xia Z. Y., Pezzini S., Treossi E., Giambastiani E., Corticelli F., Morandi V., Zanelli A., Bellani V., and Palermo V. The Exfoliation of Graphene in Liquids by Electrochemical, Chemical, and Sonication-Assisted Techniques: A Nanoscale Study. Adv. Funct. Mater. 2013. 23(37): 4684. https://doi.org/10.1002/adfm.201370188

19. Hummers W.S., Offeman R.E. Preparation of Graphitic Oxide. J. Am. Chem. Soc. 1958. 80(6): 1339. https://doi.org/10.1021/ja01539a017

20. Aysel Niftaliyeva, Erol Pehlivan, Safa Polat, Ahmet Avci. Chemical synthesis of single-layer graphene by using ball milling compared with NaBH4 and hydroquinone reductants. Micro & Nano Letters. 2018. 13(10): 1412. https://doi.org/10.1049/mnl.2018.5165

21. He H., Riedl T., Lerf A. et al. Solid-State NMR Studies of the structure of graphite oxide. J. Phys. Chem. 1996. 100(1): 19954. https://doi.org/10.1021/jp961563t

22. Druzbicki K., Natkaniec I. Inelastic neutron scattering of water retained in graphene oxide. At the laboratories of JINR. 2014. 2(1): 12.

23. Gavrilyuk N. A, Shevchuk O. M., Prikhod'ko G. P., Cartel M. T. Graphene oxide: obtaining, properties, application (review). Chemistry, physics and surface technology. 2015. 6(4): 413.

Опубліковано
2019-01-13
Як цитувати
Sigareva, N. V., Starokadomskiy, D. L., Gorelov, B. M., & Tkachenko, O. O. (2019). Механічні властивості поліепоксидних композитів з окисненим графеном та їх хімічна стійкість. Поверхня, (10(25), 142-152. https://doi.org/10.15407/Surface.2018.10.142
Розділ
Фізико-хімія поверхневих явищ