К вопросу о свойствах композиционных материалов, модифицированных графеном

Широкое распространение композиционных материалов в различных областях промышленности делает актуальной задачу повышения их механических и теплофизических свойств. Одним из способов решения этой задачи является модификация материала наноразмерными частицами. Перспективным материалом — модификатором композитов — служит наноразмерный графен, однако в исследовательских и обзорных научных отечественных работах наблюдается дисбаланс в сторону альтернативных наномодификаторов. Дан обзор информационных источников, посвященных изучению механических и теплофизических свойств композиционных материалов, модифицированных графеном. Особенное внимание уделено влиянию модификации на свойства полиэтиленов и полимерных композитов. Рассмотрены различные способы модификации — введения наночастиц в композиционный материал, — так как для получения наибольшего эффекта от нее необходимо обеспечить равномерное диспергирование модификатора по объему материала. Результаты рассмотренных исследований показывают, что графен является перспективным модификатором в задачах повышения тепло-и электропроводности композитов, а также их жесткости, прочности при разрыве и усталостной прочности.
EDN: MMMUMZ, https://elibrary/mmmumz

Литература

[1] Нелюб В.А. Многофункциональные полимерные композиты на основе металлизированных углеродных волокнистых материалов. Дисс. ... док. техн. наук. Москва, МИРЭА, 2020. 310 с.

[2] Николаева Е.А., Тимофеев А.Н., Михайловский К.В. Способы повышения коэффициентов теплопроводности полимеров и полимерных композиционных материалов. Информационно-технологический вестник, 2018, № 1, с. 156–168.

[3] Галиновский А.Л., Моисеев В.А., Проваторов А.С. и др. Разработка ультраструйной технологии получения суспензий с углеродными нанотрубками. Упрочняющие технологии и покрытия, 2016, № 11, с. 37?43.

[4] Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Попков О.В. и др. Физико-механические свойства нанокомпозитов с УНТ (обзор). Труды ВИАМ, 2016, № 5, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-5-8-8

[5] Алексенко А.Г. Графен. Москва, Лаборатория знаний, 2025. 179 с.

[6] Гудков М.В., Столярова Д.Ю., Шиянова К.А. и др. Полимерные композиты с графеном и его производными как функциональные материалы будущего. Высокомолекулярные соединения. Сер. С, 2022, т. 64, № 1, с. 45?68.

[7] Баженов С.Л., Берлин А.А., Кульков А.А. и др. Полимерные композиционные материалы. Долгопрудный, Интеллект, 2010. 352 с.

[8] Ташкинов М.А., Добрыднева А.Д., Матвеенко В.П. и др. Моделирование эффективных электропроводящих свойств полимерных нанокомпозитов со случайным расположением частиц графена. Вестник ПНИПУ. Механика, 2021, № 2, с. 167?180, doi: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.2.15

[9] Wang Y., Yang Y., Zhao S. et. al. Graphene origami reinforced polyethylene nanocomposite under ballistic impact. Comput. Mater. Sci., 2025, vol. 259, art. 114181, doi: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2025.114181

[10] Рустамова Е.Г., Губин С.П. Композиты графен-полиэтилен высокого давления и их свойств. РЭНСИТ, 2021, т. 13, № 3, с. 369–376.

[11] Luz P.A.C., Siqueira D.D., Braga N.F. et. al. High-density polyethylene/graphene polymer nanocomposites used as geogrids. Polym. Compos., 2025, doi: https://doi.org/10.1002/pc.70305

[12] Liu C.Y., Ishigami A., Kurose T. et al. Wear resistance of graphene reinforced ultra-high molecular weight polyethylene nanocomposites prepared by octa-screw extrusion process. Compos. B. Eng., 2021, vol. 215, art. 108810, doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108810

[13] Xue Z., Brown K.R., Harell T.M. et. al. Graphene reinforced UHMWPE fibers. J. Polym. Res., 2025, vol. 32, no. 4, art. 99, doi: https://doi.org/10.1007/s10965-025-04319-x

[14] Usman C., Mabrouk A., Abdala A. Enhanced thermal conductivity of polyethylene nanocomposites with graphene, granulated graphene, graphene nanoplatelet, and their hybrids. Int. J. Energy Res., 2021, doi: https://doi.org/10.1002/er.7147

[15] de Fim F.C., Basso N.R.S., Graebin A.P. et. al. Thermal, electrical, and mechanical properties of polyethylene–graphene nanocomposites obtained by in situ polymerization. J. Appl. Polym. Sci., 2012, vol. 128, no. 5, pp. 2630–2637, doi: https://doi.org/10.1002/app.38317

[16] Song S., Li X., Shen C. et. al. Graphene-modified C/C composites for enhanced directional thermal conductivity. J. Mater. Res. Technol., 2025, vol. 36, pp. 4043–4052, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.04.089

[17] Хлаинг Зо У., Яковлева К.А., Костромина Н.В. Свойства модифицированной эпоксидной смолы ЭД-20. Успехи в химии и химической технологии, 2020, т. 34, № 7, с. 114?116.

[18] Aradhana R., Mohanty S., Nayak S.K. Comparison of mechanical, electrical and thermal properties in graphene oxide and reduced graphene oxide filled epoxy nanocomposite adhesives. Polymer, 2018, vol. 141, pp. 109–123, doi: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2018.03.005

[19] Shelar M.L., Bhosale D.G., Bhatkar V.D. et al. Experimental investigations of the effect of graphene reinforcement on the mechanical properties of epoxy resin. Hybrid Advances, 2025, vol. 9, art. 100422, doi: https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2025.100422

[20] Pathak A.K., Borah M., Gupta A. et. al. Improved mechanical properties of carbon fiber/graphene oxide-epoxy hybrid composites. Compos. Sci. Technol., 2016, vol. 135, pp. 28?38, doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2016.09.007

[21] Srivastava A.K., Singh A. An unexpected hardening behaviour of carbon-fiber epoxy composites under flexural fatigue loading and its intensification by graphene nanofillers. Int. J. Fatigue, 2024, vol. 182, art. 108177, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2024.108177

[22] Srivastava A.K., Gupta V., Yerramalli C.S. et. al. Flexural strength enhancement in carbon-fiber epoxy composites through graphene nano-platelets coating on fibers. Compos. B Eng., 2019, vol. 179, art. 107539, doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107539

[23] Leow C., Kreider P.B., Sommacal S. et. al. Electrical and thermal conductivity in graphene-enhanced carbon-fibre/PEEK: the effect of interlayer loading. Carbon, 2023, vol. 215, art. 118463, doi: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118463

[24] Zhou S., Wei W., Li L. et. al. In situ growth of graphene on carbon fibers to enhance the mechanical and thermal conductivity of epoxy composites. Appl. Surf. Sci., 2025, vol 680, art. 161299, doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161299

[25] Ubaid J., Andrew J.J., Cantwell W.J. et. al. Performance evaluation of GNP-modified epoxy/carbon fiber composites after cryogenic thermal cycling for hydrogen storage applications. Int. J. Hydrog. Energy, 2025, vol. 159, art. 150574, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.150574

[26] Hassin M.S., Faruk M.O., Ali M.I. et. al. Evaluation of physical and mechanical properties of graphene oxide reinforced epoxy/Kevlar hybrid composites. Hybrid Advances, 2024, vol. 6, art. 100217, doi: https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2024.100217

[27] Hussain S., Yorucu C., Ahmed I. et. al. Surface modification of aramid fibres by graphene oxide nano-sheets for multiscale polymer composites. Surf. Coat. Technol., 2014, vol. 258, pp. 458–466, doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.08.054