Фань Сяоцян, Хуан Инь (Carbon): Исследование влияния ориентированного расположения двумерных наноматериалов на усиление водоразбавляемых эпоксидных покрытий — изучение влияния полиэтиленимином-модифицированного оксида графена на повышение износостойкости водоразбавляемых эпоксидных покрытий 

Автор: «Новые горизонты полимерной науки»  Источник: «Новые горизонты полимерной науки»

По мере того как эксплуатационные условия высокоскоростного транспортного оборудования и его ключевых движущихся частей становятся всё более экстремальными, к защитным покрытиям предъявляются требования преодолеть множество прикладных ограничений, таких как адаптивность к различным средам, стабильность характеристик в экстремальных условиях эксплуатации и долговечность при воздействии многополевой связи, с тем чтобы обеспечить необходимые защитные свойства оборудования и его ключевых компонентов, включая коррозионную стойкость, износостойкость и высокую амортизацию. К счастью, двумерные наноматериалы, обладающие уникальными преимуществами как по структуре, так и по эксплуатационным характеристикам, открывают новые возможности в этом направлении. Будучи материалами, в которых электроны могут свободно перемещаться только в двух измерениях на не наномасштабном уровне, они благодаря высокому соотношению длины к ширине, многофункциональности и простоте обработки стали центром внимания в исследованиях и применении в области защиты материалов. Результаты предыдущих исследований (Composites Part B 231 (2022) 109581) показали, что ориентированное размещение двухмерных нанопластинок Ti3C2Tx в качестве наполнителя в эпоксидном покрытии позволяет значительно повысить его антикоррозионные и износостойкие свойства. Исходя из этого, для обеспечения высокой эффективности эксплуатации двухмерных наноармированных композитных покрытий мы продолжаем внедрять инновации и оптимизировать их, постоянно повышая защитные свойства эпоксидных покрытий, армированных двухмерными наноматериалами с ориентированным расположением, в следующих основных направлениях:

(1) Функциональная модификация повышает межфазную совместимость и стабильность дисперсии усиленных двумерных нанолистов в полимерной матрице.

(2) Технология модификации с помощью протонирования позволяет регулировать поверхностный заряд двумерных нанопластинок.

(3) С помощью электрофоретического осаждения обеспечивается ориентированное расположение двумерных нанопластинок в смоляной матрице.

(4) Расширение защитных свойств двухмерных нанолистовых/эпоксидных композитных покрытий.

Недавно исследовательская группа по изучению эксплуатационных характеристик и оценке безопасности материалов Юго-Западного университета транспорта синтезировала композитный материал PGO на основе оксида графена (GO), модифицированного полиэтиленимином (PEI), и внедрила его в водорастворимое эпоксидное покрытие для повышения его долговечности. Полученный композитный материал PGO демонстрирует хорошую стабильность дисперсии и совместимость в водной эпоксидной смоле. Результаты молекулярно-динамического моделирования показывают, что его стабильность дисперсии обусловлена образованием сети межмолекулярных водородных связей между PGO и полимерными цепями, что усиливает межфазное взаимодействие и, в свою очередь, способствует передаче напряжений в эпоксидном композитном покрытии. С помощью молекулярно-динамических расчетов были определены модуль Юнга, модуль сдвига и объемный модуль покрытия; механические свойства эпоксидного покрытия также значительно улучшились. Кроме того, при наблюдении под электронным микроскопом высокого разрешения поперечное сечение полученного композитного покрытия демонстрировало горизонтальную ориентацию нанопластинок в смоляном покрытии. Дальнейшие экспериментальные результаты показывают, что повышение механических свойств композитного покрытия, а также максимальное использование наполнителя, обеспечиваемое параллельно выровненными нанопластинами PGO, и образование графеновой подложки для переноса значительно повышают износостойкость эпоксидного покрытия на водной основе. Статья была недавно опубликована в известном журнале «Carbon» под названием «Experimental and theoretical evaluations on the parallel-aligned graphene oxide hybrid epoxy composite coating toward wear resistance» (Экспериментальная и теоретическая оценка параллельно выровненного гибридного эпоксидного композитного покрытия на основе оксида графена с целью повышения износостойкости). Первым автором статьи является магистрантка Юго-Западного транспортного университета Хэ Юйшань, а корреспондентскими авторами — профессор Фань Сяоцян и доцент Хуан Инь.