熱塑性襯里和金屬凸臺(tái)之間的低結(jié)合強(qiáng)度容易導(dǎo)致氫氣泄漏，這是IV型儲(chǔ)氫罐發(fā)展的最重要挑戰(zhàn)之一。在此，采用將石墨烯薄片（GFs）加入聚合物基體的方法來(lái)增強(qiáng)聚乙烯（PE）與不銹鋼之間的粘合力。粘接試驗(yàn)表明，與純PE相比，PE/0.5 wt% GFs復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度比不銹鋼提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)接觸角測(cè)試、數(shù)字圖像和SEM觀察，探討了粘附增強(qiáng)的機(jī)理。鑒定試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)合強(qiáng)度的提高歸因于GFs引起的機(jī)械聯(lián)鎖以及GFs與不銹鋼之間的強(qiáng)相互作用。該方法對(duì)Ⅳ型儲(chǔ)罐塑料襯里的制造具有重要的指導(dǎo)意義。
圖1. （a）搭接剪切試樣和（b）粘合拉伸試樣的示意圖。
圖2. 三種不銹鋼表面的高度圖、三維剖面圖和相應(yīng)的SEM圖像。（a）未經(jīng)處理的鏡面；用（b）1000目和（c）400目砂紙打磨粗糙表面。
圖3. （a）表面粗糙度對(duì)搭接剪切強(qiáng)度的影響；（b）機(jī)械聯(lián)鎖原理。
圖4. 與GFs濃度相關(guān)的搭接剪切強(qiáng)度。
圖5. 與GFs濃度相關(guān)的拉伸粘合強(qiáng)度。
圖6. 純PE和PE/GFs復(fù)合材料的（a）接觸角和（b）表面能。
圖7. （a）失效模式示意圖。（b）關(guān)于GFs含量的搭接剪切試樣斷裂面圖像。（c） 關(guān)于GFs含量的粘接拉伸接頭斷裂面圖像。
圖8. 失效表面的SEM圖像。（a）GFs濃度為0.5 wt%的粘接接頭的失效模式。（b） GFs濃度為0. 5wt%的復(fù)合材料嵌入不銹鋼表面的凹槽中。（c）GFs濃度為3.0 wt%的粘接接頭的微觀失效形態(tài)。（d）GFs濃度為5.0 wt%的粘接接頭的微觀失效形態(tài)。（e）嵌入槽中的GFs或（f）不銹鋼表面上的槽與不銹鋼表面重疊。
圖9. （a）含3.0 wt% GFs的PE/GFs復(fù)合材料和（b）含5.0 wt% GFs的PE/GFs復(fù)合材料的蝕刻斷面形貌的SEM圖像。（c）含3.0 wt% GFs的PE/GFs復(fù)合材料和（d）含5.0 wt% GFs的PE/GFs復(fù)合材料的PLM顯微照片。（e）非共價(jià)功能化GFs的TEM圖像。（f）復(fù)合材料熔體粘度增加引起的孔隙。（g）和（h）連續(xù)GFs網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖10. 連續(xù)GFs網(wǎng)絡(luò)阻止復(fù)合材料穿透凹槽的機(jī)理。
相關(guān)研究成果由哈爾濱工業(yè)大學(xué)特種環(huán)境復(fù)合材料技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Guanjun Liu等人于2021年發(fā)表在Journal of Energy Storage (https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103142)上。原文：Enhancement of bonding strength between polyethylene/graphene flakes composites and stainless steel and its application in type IV storage tanks。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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