کاربرد گرافن در رزین - ایران گرافن

در این بخش به کاربرد گرافن در رزین خواهیم پرداخت

رزین چیست؟

اصطلاح رزین به دسته ای از ترکیبات نیمه جامد طبیعی و مصنوعی اشاره دارد که می توان آن ها را به یک ماده پلاستیکی بسیار با دوام تبدیل کرد. رزین ها معمولا مخلوط های کامپوزیتی هستند، به این معنی که از ترکیبی از ترکیبات آلی ساخته می شوند که با یک پیوند شیمیایی در کنار هم نگه داشته می شوند. این توانایی پیوند است که رزین را به یک ماده همه کاره برای کار در صنعت، هنر و کاربردهای دیگر تبدیل می کند، زیرا رزین علاوه بر آرایش ترکیبی خود می تواند با رنگدانه ها و افزودنی های دیگر ترکیب شود تا چیزی کاملا جدید ایجاد کند.

رزین ها را می توان به دوسته کوچکتر تقسیم کرد: رزین های طبیعی و رزین های مصنوعی

رزین های طبیعی نوعی ترشح گیاهی هستند و رنگ زرد یا قهوه ای دارند. همه یا بیشتر آن ها شفاف هستند. گیاهان رزین را به عنوان یک مکانیسم دفاعی آزاد می کنند. این ماده چسبنده برای دفع یا به دام انداختن آفات کاربرد دارد. به مرور زمان، رزین های طبیعی می توانند تحت واکنش های شیمیایی سخت شوند، که این سخت شدگی ممکن است زمان زیادی طول بکشد مانند کهربا که زمان آماده شدن آن دو تا ده میلیون سال طول می کشد.

رزین های مصنوعی در آزمایشگاه ساخته می شوند. از نظر شیمیایی با رزین طبیعی متفاوت هستند، اگر چه بسیاری از خواص فیزیکی مشابهی دارند. رزین های مصنوعی برای طیف گسترده ای از محصولات تجاری، از جمله پلاستیک نیمه جامدی که می تواند در شرایط مناسب سخت شود، چسب صنعتی، لاک ناخن و رزین هنری مورد استفاده در نقاشی و غیره استفاده می شود.

کاربردهای مختلف رزین

انواع مختلفی از رزین وجود دارد و همه آن ها خواص و کاربردهای منحصر به فردی دارند. برخی مانند رزین های پلی اتیلن، رزین های اکریلیک و رزین های پلی آمید عمدتا برای مقاصد صنعتی و تجاری استفاده می شود. در حالی که رزین های اپوکسی، پلی اورتان، سیلیکون و پلی استر (رزین فایبر گلاس) بیشتر در هنر کاربرد دارند. افزودن موادی مانند گرافن در رزین باعث بهبود خواص این ماده ارزشمند می شود.

برخی از کاربردهای رایج رزین عبارتند از:

1. چسب: رزین معمولا به عنوان چسب در کاربردهای مختلف از جمله صنایع چوبی، خودروسازی، دریایی و ساختمانی استفاده می شود.
2. کامپوزیت ها: رزین جزء حیاتی مواد کامپوزیتی است، مانند فایبرگلاس و پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن. رزین به عنوان یک عامل اتصال برای نگه داشتند الیاف در کنار هم و ایجاد سفتی و یکپارچگی ساختاری به کامپوزیت ها استفاده می شود.
3. پوشش ها: پوشش های مبتنی بر رزین برای محافظت از سطوح در برابر سایش، هوازدگی و خوردگی استفاده می شود. از پوشش های رزینی در کفپوش، رنگ دیوار و رنگ خودرو استفاده می شود.
4. عایق الکتریکی: رزین به عنوان یک عایق الکتریکی برای محافظت از اجزای الکتریکی در برابر رطوبت، گرد و غبار و سایر آلاینده ها استفاده می شود.
5. ریخته گری: از رزین برای ریخته گری اشیاء مختلف اعم از مجسمه، جواهرات و قطعات صنعتی استفاده می شود. ریخته گری رزین روشی محبوب برای تولید اجسامی است که تولید آن ها با استفاده از روش های مرسوم دشوار است.

گرافن در رزین

گرافن اخیراً به دلیل عملکرد عالی در کاربردهای مکانیکی، الکتریکی و حرارتی مورد توجه دانشگاهیان و صنعتگران حوزه رزین قرار گرفته است. گرافن در رزین نیز کاربرد دارد و به عنوان تقویت کننده در برخی از انواع رزین ها استفاده می شود. به طور خاص، اغلب گرافن در رزین اپوکسی استفاده می شود. گرافن به دلیل اینکه فوق العاده قوی، سفت، سبک و انعطاف پذیر است، به عنوان افزودنی برای رزین تبدیل شده زیرا می تواند خواص مکانیکی کامپوزیت حاصل را بهبود ببخشد.

گرافن را می توان به روش های مختلفی به رزین اضافه کرد، از جمله مخلوط کردن گرافن در رزین یا اعمال مستقیم گرافن روی سطح بستر مورد نظر و سپس اعمال رزین بر روی آن. هنگامی که گرافن در رزین اضافه می شود، می تواند سفتی، استحکام و خواص چقرمگی آن را بهبود بخشد. به عنوان مثال، می توان استحام کششی و مدول رزین را افزایش دهد و آن را در برابر تغییر شکل و شکستگی مقاوم تر کند.

رزین های تقویت شده با گرافن کاربردهای گسترده ای دارند، از جمله در صنایع هوافضا، خودروسازی، ساخت و ساز و تجهیزات ورزشی. گرافن علاوه بر خواص مکانیکی، می تواند هدایت حرارتی و الکتریکی مواد کامپوزیت را نیز بهبود بخشد. از ویژگی هایی که با افزودن گرافن در رزین ها می تواند بهبود یابد می توان به چند مورد اشاره کرد:

1. استحکام مکانیکی: گرافن دارای استحکام کششی و مدول بالایی است که آن را به یک افزودنی ایده آل برای افزایش استحکام رزین ها تبدیل می کند. افزودن گرافن در رزین ها می تواند به طور قابل توجهی استحکام مکانیکی و چقرمگی مواد را بهبود ببخشد.
2. رسانایی حرارتی: گرافن دارای رسانایی حرارتی بالایی است که با افزودن گرافن به عنوان افزودنی می تواند به رزین ها منتقل شود. همین موضوع گرافن را به ماده ای امیدوار کننده برای بهبود خواص اتلاف حرارت رزین ها تبدیل می کند.
3. خاصیت مانع: گرافن دارای سطح بالایی است که می تواند به افزایش خاصیت بازدارندگی رزین ها کمک کند. افزودن گرافن به رزین ها می تواند به طور قابل توجهی خواص بازدارندگی آن ها را بهبود بخشد و آن ها را در برابر آب، اکسیژن و سایر گازها مقاوم تر کند.

به طور خلاصه افزودن گرافن در رزین ها می تواند به طور قابل توجهی خواص آن ها را افزایش دهد و آن ها را برای طیف گسترده ای از کاربردها مناسب تر کند.

در حال حاضر رزین های مبتنی بر گرافن با پراکندگی نانو پلاکت های گرافن (GNPs) در ماتریس های رزینی مختلف مانند رزین های اپوکسی، پلی اورتان و پلی استر ساخته می شوند. استفاده از پر کننده های GNP می تواند خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی کامپوزیت های رزین را بهبود دهند. با این حال ساخت رزین های مبتنی بر گرافن با پراکندگی خوب گرافن در رزین از چالش هایی است که تولید این نوع رزین ها را تحت تاثیر قرار می دهد، زیرا GNPها تمایل به تجمع و تشکیل گره ها دارند. این می تواند خواص مکانیکی مواد کامپوزیت را تحت تاثیر قرار دهد.

چالش دیگر یافتن یک راه مقرون به صرفه برای تولید مقادیر زیادی از GNP و ترکیب آن ها در ماتریس رزین به شیوه ای کنترل شده است. در نهایت، نگرانی های بهداشتی و ایمنی کار با GNP و اثرات سمی بالقوه آن ها باید در طول فرآیند تولید به دقت مدیریت شود.

با وجود چالش هایی که در زمینه استفاده از گرافن در رزین ها پیشروی صنعتگران و پژوهشگران این حوزه است، با این حال استفاده از گرافن فرصت های جدیدی را برای تولید مواد پیشرفته باز کرده است از این رو تحقیقات در این زمینه ادامه دارد.

منبع:

https://www.mdpi.com/1422-0067/16/1/2239

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X20304759