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王晶晶:突破石墨烯在涂料领域的技术难点将是一项重大创新

2018-10-13 中国发展网

中国发展网 记者刘丹阳报道 10月13日,中船重工725所厦门分院副院长王晶晶在中国发展50人论坛-石墨烯专题研讨会,暨安德烈德通石墨烯金秋茶话会上发表致辞,她在演讲中指出,我们国家每年的海洋腐蚀非常严重,占到我们国家GDP的3%到4%,所以每年因腐蚀造成的损失是上万亿,而且就是因为这些腐蚀造成的损失完全可以建更多的装备,加强我们的国防建设以及我们的装备方面的建设。

王晶晶

中船重工725所厦门分院副院长王晶晶 安然摄影

以下为王晶晶的演讲原文:

尊敬的安德烈教授,尊敬的各位专家,今天我代表中船集团介绍一下我们前期石墨烯的相应工作。我首先介绍一下中船重工是我们经常听到的船舶行业的北方公司,首先我讲一下背景,实际上大家都知道,包括侯院士每年做的腐蚀检测,我们国家每年的海洋腐蚀非常严重,占到我们国家GDP的3%到4%,所以每年因腐蚀造成的损失是上万亿,而且就是因为这些腐蚀造成的损失完全可以建更多的装备,加强我们的国防建设以及我们的装备方面的建设。

为什么涂料会在这个里面占到很重要的位置?今天很多专家和前辈都介绍了涂料的防护,因为涂料的防护是一个非常简单经济有效的,所以它必不可少,每年仅船舶的用量就可以达到30多万吨。因为今天我讲的是石墨烯,石墨烯有很多的特点,所以我就结合它的三大特点介绍三类涂料的应用。

我们可以看到的这些区域,这只是民船,如果军船会看到更多腐蚀特别严重的,这些是什么呢?管道错综复杂,涂装难,而且很多地方经久失修,常年积水,腐蚀现象非常严重,另外再加上还有一类是我们电磁屏蔽,为什么我介绍腐蚀、耐高温、以及稀舶呢?石墨烯可以延缓腐蚀,导电性这块石墨烯新粉以及石墨烯导电涂料具有一定的潜力,我现在说的都是潜力,后面我会介绍一些我相应的研究,其实石墨烯在涂料里的研究并不是特别特别的乐观,它是一种好材料,但是我们怎么把它用好,最终替代我们原先的传统材料,这是比较大的知识难点,如果我们突破了的话也是比较大的创新点。

第三个就是我们的面积大,可以负载到一些磁性离子。

第四个就是散热性非常快,所以可以做一些耐高温屏蔽的涂料。

整个725所,厦门分部在厦门只是12个研究所之一,主攻的就是涂料,2015年开始在国家还有我们集团,还有厦门市政府,厦门市政府对石墨烯的支持力度也非常大。首先我介绍几类涂料,我的报告跟前面一些专家的报告不太一样,我可能会相对来说比较细,首先介绍一下我们的石墨烯无溶剂,这个是用在内舱,我们过去涂装的时候都会捂着鼻子,因为它非常臭,因为它是溶剂,现在我们国家出了标准,我们在内舱不能用溶剂,不能用熔剂这个怎么涂呢?另外我在很粘稠的状态下加上石墨烯,怎么用呢?所以我们做了一些改性方面的工作,通过一些化学接支,从而提高浮躁程度,第一提高分散性,第二就是说增加一些表面的输水性能,这样水不太容易渗透到底部。石墨烯的添加量不会超过0.5%,这是我们做下来实验的情况。

第二个低表面处理,很多地方没有办法进行除绣,就必须带绣涂装,就必须在这种涂料里面添加一些活性成分,这些活性的成分首先要能够跟我底下的一些绣层进行反应,进行片装结构,但是这种片装结构跟石墨烯不一样,石墨烯是微观层面的,它是宏观层面的来实现物理的隔绝和防腐,这是我们整个实验的情况,可以看到通过表面改性之后添加15%的石墨烯,分散性比较好。我们在这块有一个典型的实验室,耐中心延误实验,4千小时,它不是一个相对应的标准,下面也有一个外国专家讲到标准的建立,但是在船舶行业里面有这样一个定义,如果这4千小时达到了在船上使用8年是没有问题的。

第三个就是水线以下,前面我讲了带绣涂装都是我的石墨烯直接添加的,实际上我们在实验的工作中发现如果我是石墨烯的样品直接添加到涂料里面,其实是非常难分散的,所以我们最理想的状况其实还是说如果能做成溶剂型的,可以利用溶剂先跟数字进行复合形成浆料,这样下一步分散到整个涂层里面来比较均匀,这样可以实现石墨烯在涂层内部均匀的分散,所以我们把它制成浆料性质。首先接触角是明显的增大,同时附着力从原来的4兆帕提高到5兆帕。从宏观的性能状态我们可以看到一个月的电阻实验可以保持在10的9次方以上,这个5千小时就相当于10年的寿命,都是非常良好的。

为什么说石墨烯从2015年开展这个工作,国内很多做石墨烯的厂商都会找到我们,说我下一步能不能应用,但为什么很难推动呢?整个情况是我们实验室级别的,如果我们把它放到工业生产的话,是不是依旧保证它在这个里面分散的很均匀,能够百分之百发挥石墨烯的作用呢?我们举个最典型的例子,这个环氧锌粉涂料也是一个梦想,因为锌粉非常贵,环氧锌粉用的非常多,桥梁、船舶,用量非常大,我们的锌粉在里面可以高达80%,只有10%是树脂粉,锌粉近些年涨价非常高,第二环保。现在有个想法,如果石墨烯能够在这个里面均匀分散,形成一个电路的桥接,类似于这个,相当于最优势的状态,可以起到什么作用呢?我把锌粉充分的利用起来,刚才说的80%的环氧锌粉涂料,实际上到最后涂料失效的时候去测,锌粉的使用率不超过50%,也就是说40%的锌粉在这里面是浪费的,为什么呢?锌粉在使用的过程中会形成氧化锌,氧化锌把锌粉包覆了,也会包覆未使用的锌粉,所以剩下的锌粉是浪费的。如果我们可以利用石墨烯把锌粉的量减少,同时提高效率,这是非常好的。同时锌粉不用那么多了,我的溶剂也大量减少,也符合环保的要求。

这个是我们整个做下来的实验,从附着力,这里有一个更典型的实验,因为前面为什么不做华舱呢?2000小时,腐蚀扩散只有1.4毫米,所以它是非常优异的性能。这张图对比非常明显,锌粉含量可以从原来的80%降到50%,附着力也提升了,延误性这块的对比也是比较明显的。

第四个是耐高温的,这个我简单介绍一下,因为这个是除了石墨烯以外,石墨烯只是提供一个均匀分散温度的作用,其实还是要跟高耐温进行实验,我们可以看到把常规的涂料环氧性提高到400度左右,而且附着力还非常高

这块是电池屏蔽,这块工作就是跟德通公司合作的,我们拿的他们的样品进行一个磁性的例子,均匀的分布在石墨烯表面,我们可以把这个原料的最低损耗做到25DB,所以你看一下这张图,大家可以记一下这张图,这是无石墨烯的状况,我们正常情况下锡箔只有负10个DB,如果加了石墨烯,强度可以做到负18DB,而且随着厚度增加的话,锡箔的曲线也是低屏,这是我们一直说的宽屏区,轻量,高效的锡箔涂料。

最后我讲一下,也是我们现在存在的问题,国内现在有很多的厂家提供石墨烯的原料,也在说我这个石墨烯加到涂料里面要用一些标准的实验方法,然后来进行检验,是不是说它是这个。所以他们建立了一系列的标准,但这些标准其实对于这些检测,尤其是加到涂料里面,我觉得是有一些异议的,为什么?因为涂料的主体成分也是碳,石墨烯的主体成分也是碳,我做进去之后怎么样分析呢?作为原材料是非常简单的,比如从一些碳氧碳可以直观的看到。

但是做到石墨烯的防腐涂料里面来,这也是我一直想跟其他的专家同行请教的,就是说我们可能是找出一些曲线图来进行证明,但是它是不是整体都是这样的状态,这也是我们一直质疑的,另外说的石墨烯、锌粉涂料的话,如果石墨烯添加到一定的量,形成电量回路是不是也会加速金属的腐蚀,金属变成了阳极,涂料变成了阴极,这是我们目前一直在做的工作,我也希望如果有一些同行、专家知道这些的话,能给我多一些的指导。我的汇报就到此,谢谢大家。