熱塑性襯里和金屬凸臺之間的低結合強度容易導致氫氣泄漏，這是IV型儲氫罐發展的最重要挑戰之一。在此，采用將石墨烯薄片（GFs）加入聚合物基體的方法來增強聚乙烯（PE）與不銹鋼之間的粘合力。粘接試驗表明，與純PE相比，PE/0.5 wt% GFs復合材料的結合強度比不銹鋼提高了一個數量級。通過接觸角測試、數字圖像和SEM觀察，探討了粘附增強的機理。鑒定試驗結果表明，結合強度的提高歸因于GFs引起的機械聯鎖以及GFs與不銹鋼之間的強相互作用。該方法對Ⅳ型儲罐塑料襯里的制造具有重要的指導意義。
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、三維剖面圖和相應的SEM圖像。（a）未經處理的鏡面；用（b）1000目和（c）400目砂紙打磨粗糙表面。
圖3. （a）表面粗糙度對搭接剪切強度的影響；（b）機械聯鎖原理。
圖4. 與GFs濃度相關的搭接剪切強度。
圖5. 與GFs濃度相關的拉伸粘合強度。
圖6. 純PE和PE/GFs復合材料的（a）接觸角和（b）表面能。
圖7. （a）失效模式示意圖。（b）關于GFs含量的搭接剪切試樣斷裂面圖像。（c） 關于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。（d）GFs濃度為5.0 wt%的粘接接頭的微觀失效形態。（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復合材料和（b）含5.0 wt% GFs的PE/GFs復合材料的蝕刻斷面形貌的SEM圖像。（c）含3.0 wt% GFs的PE/GFs復合材料和（d）含5.0 wt% GFs的PE/GFs復合材料的PLM顯微照片。（e）非共價功能化GFs的TEM圖像。（f）復合材料熔體粘度增加引起的孔隙。（g）和（h）連續GFs網絡結構。
圖10. 連續GFs網絡阻止復合材料穿透凹槽的機理。
相關研究成果由哈爾濱工業大學特種環境復合材料技術國家級重點實驗室Guanjun Liu等人于2021年發表在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。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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