生物基环氧树脂为何需要实验室真空脱气室？消除空隙与最大化强度

实验室真空脱气室对于保持生物基环氧树脂和石墨烯复合材料的结构完整性至关重要。在制备阶段，机械搅拌和超声分散不可避免地会在树脂体系中夹带微小的气泡。如果不在真空下将其去除，这些气泡会硬化成永久性缺陷，严重损害材料的密度和机械强度。

核心要点：虽然分散石墨烯需要混合，但它会通过充气产生一个次要问题。脱气是关键的纠正步骤，可防止这些气穴成为应力集中点，确保最终复合材料达到其最大潜在强度。

加工过程的后果

要理解真空室的必要性，必须了解复合材料是如何制成的。

分散的副作用

为了获得高质量的混合物，研究人员必须使用机械搅拌和超声分散。

虽然这些方法能有效地将石墨烯分布在环氧树脂中，但它们也充当了充气机制。它们会将空气机械地压入粘稠的树脂中，形成微小气泡的悬浮液，这些气泡在树脂固化前不会自然逸出。

从气泡到微孔缺陷

如果在搅拌后立即固化混合物，捕获的空气将被固定在原位。

这些气泡会在固体复合材料中转变为微孔缺陷。结果是，肉眼看起来是实心的材料，内部却充满了空隙。

对机械性能的影响

气泡的存在不仅仅是美观问题；它是一种结构上的隐患。

产生应力集中点

均匀的材料能平均分配载荷。然而，微孔缺陷充当应力集中点。

当复合材料承受载荷时，应力会在这些空隙处迅速累积，而不是通过基体分散。这会导致裂纹萌生和过早的机械失效，其失效载荷远低于材料的理论极限。

确保搭接剪切强度

脱气直接关系到最终产品的搭接剪切强度。

通过去除空隙，真空过程确保了连续的固体基体。这种连续性对于在树脂和石墨烯增强材料之间有效传递应力至关重要。

最大化密度

充满气泡的复合材料比实心复合材料的密度低。

为了获得一致、可重复的密度指标，必须抽出空气。这确保了测得的性能反映了生物基环氧树脂和石墨烯的真实性质，而不是捕获空气的体积。

了解风险

跳过或仓促进行脱气阶段会在您的研究中引入显著的变量。

强度的假象

没有脱气，研究人员可能会将材料失效归因于生物基树脂或石墨烯浓度。

实际上，失效可能完全由加工缺陷（气泡）引起。这会导致对材料可行性得出错误的结论。

不完全抽空

仅仅施加真空有时是不够的；过程必须彻底。

如果真空不足，最小的气泡——通常是最难从粘稠环氧树脂中去除的——仍然会存在。这些残留的缺陷仍然可能成为失效点，抵消混合过程中所做的努力。

为您的目标做出正确选择

为确保您的复合材料按预期性能工作，请根据您的具体目标应用以下指南：

• 如果您的主要重点是最大耐用性：确保完整的真空循环，以消除应力集中点并优化搭接剪切强度。
• 如果您的主要重点是基础研究：标准化您的脱气程序，以防止微孔缺陷在您的样品之间产生可变的密度数据。

通过严格去除捕获的空气，您可以确保您的复合材料的性能由其化学性质定义，而不是由其缺陷定义。

总结表：

工艺阶段	脱气效果	对最终复合材料的影响
混合后	去除捕获的气泡	消除内部微孔缺陷
固化	形成连续的固体基体	防止引起裂纹的应力点
最终测试	标准化材料密度	最大化搭接剪切强度和机械强度

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参考文献

1. Sheikh Rehman, Panagiotis Karagiannidis. Βio-Based Epoxy/Amine Reinforced with Reduced Graphene Oxide (rGO) or GLYMO-rGO: Study of Curing Kinetics, Mechanical Properties, Lamination and Bonding Performance. DOI: 10.3390/nano12020222

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