کاربرد گرافن در PVC - ایران گرافن

در سال هاي اخير، استفاده از نانوصفحه هاي گرافن در PVC و دیگر ماتريسهاي پليمري به دليل مدول و استحكام بسيار زياد، سطح ويژه و خواص الكتريكي مناسب و رسانايي خوب مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. مشكل اصلي استفاده از اين نانوذرات، پخش مناسب آنها در ماتريس پليمري است. به علت سطح ويژه زياد، اين مواد تمايل شديدي به کلوخه شدن دارند كه در صورت تشكيل اين كلوخه ها از كارايي آنها به شدت كاسته مي شود. براي جلوگيري از اين پديده معمولا عاملداركردن سطوح اين ذرات با گروههاي عاملي نظير آمينها و استرها مد نظر قرار ميگيرد.

نانوکامپوزیت های PVC بر پایه گرافن، از لحظه اکتشاف تاکنون مورد توجه محققان زیادی در سراسر جهان بوده اند. گرافن به علت قابلیت پراکندگی در ماتریس پلیمری گوناگون و داشتن خواص شیمیایی و فیزیکی فوق العاده مانند خواص سطحی بالا، تحرک بالای حامل، انعطاف پذیری بالا و  رسانای حرارتی بالا کاربرد گسترده ای دارد. در کاربرد های بسیار کم مناسب بوده و می تواند به بهبود خواص قابل توجهی مانند خواص فیزیکی پلیمرهای میزبان دست یافت. گرافن از یک ورقه تک اتمی متشکل از ساختار کربن پیوندی SP² با خواص عالی کریستالی و الکترونیکی تشکیل شده است. می توان در تولید فولرن های صفر بُعدی (0D)، نانولوله های یک بعدی (1D) و حتی تشکیل گرافیت سه بعدی (3D) استفاده کرد.تأثیر گرافن در سیستم های پلیمری مختلف مانند پلی استایرن (PS)، پلی کربنات (PC)، پلی یورتان (PU)،  پلی آنیلین (PANI)، پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)، نافیون و غیره به دقت با هدف توسعه عملکرد گرافن براساس کاربرد گستردۀ نانوکامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفته است.

نانوکامپوزیت‌های PVC پر شده از گرافن دارای استحکام مکانیکی بالا، پایداری حرارتی و رسانایی خوب هستند.

پلی وینیل کلراید (PVC)، به عنوان یک محصول مهم مصرف گاز کلر در صنعت کلر قلیایی، نقشی ضروری در اقتصاد ملی ایفا می کند. به دلیل استحکام مکانیکی بالا، مقاومت شیمیایی گسترده، تاخیر در شعله خوب، خواص مانع عالی، هزینه نسبتا کم و غیره، PVC به عنوان سومین پلاستیک مصنوعی بزرگ پس از پلی اتیلن و پلی پروپیلن، به طور گسترده برای مصالح داخلی، روکش کابل، ساخت و ساز استفاده شده است.پ

نکته قابل توجه، در میان نانوذرات، گرافن به عنوان یک پرکننده چندمنظوره امیدوارکننده، استحکام مکانیکی بی‌نظیری، رسانایی الکتریکی و حرارتی فوق‌العاده، جذب خوب مایکروویو و خاصیت بازدارندگی شعله است.

با افزودن گرافن 0.3 درصد وزنی، استحکام تسلیم، مدول کششی و استحکام ضربه PVC به حداکثر مقادیر خود به ترتیب 50.5 مگاپاسکال، 2.68 گیگا پاسکال و 3.25 کیلوژول متر مربع می رسد که 11 درصد افزایش می یابد، 8 درصد. و 7٪ در مقایسه با مقادیر برای PVC به همراه دارد.علاوه بر این، ضریب نفوذپذیری اکسیژن PVC با بارگذاری 1 درصد وزنی گرافن نسبت به PVC معمولی 63.3 درصد کاهش می‌یابد.

همانطور که در بالا ذکر شد، گرافن به عنوان یک پرکننده عملکردی در بهبود عملکرد مختلف PVC چشمگیر است.

گرافن در پلیمر در یافته های علمی:

یانهو و همکارانش دریافتند که نانوکامپوزیت‌های لاستیک طبیعی جدا شده/ اکسید گرافن احیا شده (RGO) خواص الکتریکی بهتری نسبت به نمونه‌های تصادفی از خود نشان می‌دهند.

لیچوان جیا و همکارانش گزارش داد که عملکرد محافظ الکتریکی و EMI نانوکامپوزیت‌های پلی اتیلن/نانولوله کربنی جدا شده به طور قابل‌توجهی بهتر از نمونه‌های معمولی است.

یون و همکارانش در یافتند که به دلیل کنترل منطقی و همزمان حالت پراکندگی، یکپارچگی ساختاری گرافن و برهمکنش سطحی بین گرافن و PVC، در ماتریس PVC پر شده با مقدار بسیار کم گرافن، خواص مکانیکی و رسانایی الکتریکی (σ) نسبت به همتای خود بدون گرافن بهبود یافته است.

لی و همکارانش PVC منعطف را با اکسید گرافن فعال شده به عنوان پرکننده تقویت‌کننده با مخلوط کردن آماده کردند که استحکام کششی، چقرمگی و سد گازی را به طور قابل‌توجهی افزایش داد. در مقایسه با PVC پلاستیکی معمولی، استحکام کششی، چقرمگی، دمای انتقال شیشه PVCG با 3 درصد وزنی بارگذاری (از 13.8 به 15.9 MPa)، 14.5٪ (از 28.1 به 32.9 MJ m3)، 5.2 افزایش یافت.

منبع:

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.107775