成果简介
在这项研究中，我们探索了使用液态热塑性 Elium® 树脂制造高浓度石墨烯纳米板（GNP）薄膜的潜力。本文，阿联酋哈利法大学R. Umer等研究人员在《COMPOS COMMUN》期刊发表名为“Co-cured GNP films with liquid thermoplastic/glass fiber composites for superior EMI shielding and impact properties for space applications”的论文，研究采用了一种新颖的方法，将制造的 GNP 薄膜与玻璃纤维增强的 Elium®复合材料共同固化，以获得优异的电磁干扰（EMI）屏蔽和抗冲击性能。在Elium®树脂中混合不同浓度（2 和 5 wt.%）的 GNP，制备出柔性GNP薄膜。通过灌注液态热塑性树脂并同时在加热的树脂灌注工具表面共固化制得的GNP薄膜而制备玻璃纤维/Elium®复合材料。
GNP 薄膜被放置在复合材料的不同位置，即作为 EMI 屏蔽的外层和作为冲击性能的层压板内层。树脂灌注后，在高于 Elium® 树脂玻璃化转变温度的条件下热压冲击试样，使 GNP 在复合材料中更好地分散。与原始玻璃纤维增强聚合物复合材料（GFRPC）相比，制造出的复合材料表现出卓越的电磁干扰屏蔽效果（超过 32 dB），冲击能量吸收、强度和刚度分别提高了 105%、48% 和 45%。这些结果揭示了所提出的制造技术的巨大潜力，即在不同空间相关应用中，GNP 颗粒在高浓度下不会产生团聚问题，从而实现 GFRPCs 优越的、可定制的电磁干扰屏蔽和抗冲击性能。
图文导读
图1.GNPs/Elium®薄膜的逐步制备和复合材料制造程序的示意图。
图2. (a) 原始样品；(b) 经过机械热压后的原始样品；(c) 具有 GNP/Elium® 表面薄膜的 EMI 屏蔽样品；(d, e) 热压前具有 GNP/Elium® 薄膜的冲击样品；(f) 经过机械热压后具有分散 GNPs 的冲击样品的横截面光学显微照片。
图3. 复合材料试样的EMI屏蔽效果
图4。（a） 在50 J的冲击能级下，原始GFRP和GNP/GFRP试样的典型接触力-位移曲线，（b）力-时间响应，以及（b）原始GFRP及GNP/GFRF复合材料试样的能量-时间历程。
图5。（a） 冲击后复合材料试样，显示冲击变形剖面的照片（b）原始GFRPC试样，（c）2 wt.%GNP/GFRPC试样和（d）5 wt.%GNP/GFRPC试样。
小结
本研究提出并成功实施了一种新方法，利用 Elium® 树脂和剥离石墨烯纳米片（GNPs）在可灌注热塑性复合材料中实现优异的电磁干扰（EMI）屏蔽和抗冲击性。通过在 Elium® 树脂中混合不同浓度的 GNP，制备了薄而柔韧的 GNP/Elium® 纳米复合薄膜（厚度为 0.3 毫米），随后在室温下固化。GFRPC 试样是通过与 GNP/Elium® 薄膜共同灌注和共同固化复合材料制备的，目的是在复合材料试样上实现均匀的 GNP 表面涂层。带有表面薄膜的复合材料具有出色的电磁干扰屏蔽效果（即超过 32 dB），超过了实际应用的要求。此外，GNP/Elium® 膜被嵌入玻璃纤维层的层压板中，然后在机械压力机中通过高温高压辅助互渗工艺分散 GNP。与原始的玻璃纤维增强塑料复合材料相比，所制成的多功能复合材料在冲击能量吸收（即增加 105%）、强度（即增加 48%）和刚度（即增加 45%）方面均表现出卓越的性能。这些结果表明，所提出的技术在连续纤维增强聚合物复合材料中实现可定制的电磁干扰屏蔽和抗冲击性能方面具有极大的潜力，而且不会产生任何过滤或聚结问题。
文献：https://doi.org/10.1016/j.coco.2023.101767
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