3.7 Andre skumstoffer
PEI er en højtydende polymer med en høj Tg (215°C), fremragende flammehæmmende egenskaber, lav røgudvikling og gode mekaniske egenskaber. PEI’s smeltetemperatur er så høj som 340-360 °C. Derfor blev der anvendt en vanddampinduceret faseadskillelsesproces til at fremstille mikrocellulære PEI/graphenkompositskum. Ling et al. og Shen et al. anvendte denne metode til at fremstille PEI/graphenkompositskum til EMI-afskærmning. Tætheden af PEI/grafen-nanokompositskum var ca. 300 kg m-3 med en gennemsnitlig cellediameter på mellem 15 og 9 μm for et grafenindhold på mellem 0 og 10 vægtprocent. PEI anvendes til elektronisk emballage på grund af sin lave elektriske ledningsevne (1,2 × 10-19 S cm-1). Tilsætningen af grafen øgede den elektriske ledningsevne dramatisk og nåede op på 2,2 × 10-5 S cm-1 ved 10 vægtprocent grafen i skummet. EMI SE for PEI/grafen-nanokompositskum med 10 vægtprocent grafen var ca. 11 dB. Den specifikke EMI SE for mikrocellulært PEI/GrFs var 36,1 dB cm3 g-1 for 7 vægt% og 44,1 dB cm3 g-1 for 10 vægt% i X-båndet (8-12 GHz). Denne type PEI/grafen-nanokompositskum udviste veldefinerede varmeisolerings- og trækegenskaber . PEI-skummene havde en varmeledningsevne på 0,053 og 0,067 W m-1 K-1 ved henholdsvis 50 og 200 °C. Med indførelsen af grafen faldt den termiske ledningsevne for PEI/grafen-nanokompositskum gradvist til 0,036 W m-1 K-1 ved 50 °C og 0,040 W m-1 K-1 ved 200 °C for mikrocellulært skum med 7 vægtprocent grafen. Young-modulet for mikrocellulært PEI-skum steg fra 180 MPa for rent PEI-skum til 290 MPa for PEI/GrF med 5 vægtprocent grafen. Endelig faldt trækstyrken for PEI/grafen-nanokompositskum dramatisk fra 8,2 til 3,5 MPa ved 7 vægtprocent.
Shen et al. mente, at Fe3O4-magnetiske nanopartikler kunne bidrage til grafenets høje værdier for kompleks permeabilitet på grund af deres store mætningsmagnetisering, hvilket forbedrede den elektromagnetiske bølgeabsorberende egenskab, hvilket førte til polymerkompositskum med stærk elektromagnetisk bølgeabsorption. Indførelsen af Fe3O4 FG (3O4) blev fremstillet ved hjælp af GrO i FeCl2-4H2O- og FeCl3-6H2O-opløsninger og reduceret med hydrazin. Resultaterne viste, at værdien steg til 11,2-14,3 dB for PEI/3O4-skum (7,0 vægtprocent) og en værdi på 14,3-18,2 dB for den samme type skum med 10 vægtprocent 3O4 i X-båndet (8-12 GHz). Det specifikke EMI SE for disse skum var 41,5 dB cm3 g-1 ved 8-12 GHz. Men en sammenligning af disse to resultater viser, at Fe3O4-partikler ikke forbedrede EMI-egenskaberne.
Gedler et al. brugte 0,5 vægtprocent GNP’er i PC-grafen-nanokompositskum med lav densitet (scCO2-skumning) for at forbedre deres termiske stabilitet. Det blev rapporteret, at den termiske stabilitet blev væsentligt forbedret for kompositskummene, hvilket var forbundet med en kombineret effekt af lav varmeoverførsel på grund af den cellulære struktur og tilsætning af grafenplader, der danner en fysisk barriere og forhindrer flygtige produkter i at slippe ud.
Zegeye et al. brugte grafenplader til at forbedre de mekaniske egenskaber af syntaktisk skum. Syntaktisk skum fremstilles ved at dispergere hule mikroballoner (cenosfærer) i en epoxybaseret polymermatrix. Syntaktisk skum kan anvendes i luft- og rumfartsindustrien som kernematerialer og ablative barrierebelægninger. Syntaktisk skum er imidlertid meget duktilt i kompression, men ekstremt skørt i spænding på grund af tilstedeværelsen af disse stive mikroballoner. Resultaterne viste, at der blev opnået en forbedring på 26 % af kompressionsmodulet og 15 % af trækmodulet ved tilsætning af 0,3 vol.% GP (0,68 vægtprocent) sammenlignet med de rene prøver (30 vol.% hule mikroballoner). De syntaktiske skumers trækstyrke blev også forbedret med 16 % ved tilsætning af 0,1 vol.% (0,23 vægt%) GP, mens trykstyrken var konstant. Derfor kan de mekaniske egenskaber af syntaktisk skum øges ved at forbedre GP-dispersionen.
Ellingham et al. brugte underkritisk gasassisteret behandling (SGAP) til at exfoliere grafen i polypropylen (PP)/grafen-nanokompositter ved dobbeltskrueekstrudering. Resultaterne viste, at denne forarbejdningsmetode var i stand til at opnå en god exfoliering og dispersion i PP sammenlignet med opløsningsmiddelekspolering. Tg steg fra -20,5 til -19,3 og -18,2 °C, Tdeg-max fra 452 til 455 og 460 °C, og varmeledningsevnen fra 0,235 til 0,235 og 0,215 W m-1 K-1 ved 100 °C for henholdsvis PP, PP + 0,5 % grafen og PP + 0,5 % grafen ved SGAP. Viskositeten faldt under smeltebehandlingen ved sammenligning af 0,5 vægt% grafen og SGAP. Trækstyrken af de grafenbelastede SGAP-prøver med grafen forbedredes en smule på grund af det anvendte lave grafenindhold.
Chen et al. udviklede lette og fleksible polydimethylsiloxan (PDMS)/grafenkompositskum til EMI-afskærmningsanvendelser. Grafen blev først dyrket på et nikkelskum ved CVD af methan ved 1000 °C under omgivende tryk, som kopierede strukturen af nikkelskummet og dannede et 3D-netværk. Der blev fremstillet en PDMS-opløsning ved at dotere et basismiddel og et hærdemiddel i et ethylacetatopløsningsmiddel i forholdet 10:1:100. Derefter blev der påført et tyndt lag PDMS på grafenets overflade. Derefter blev nikkelskumssubstratet ætset væk med HCl, hvorefter grafen/PDMS-kompositskummet blev fremstillet. Grafenindholdet var afhængigt af metanflowhastigheden under grafenvæksten ved hjælp af CVD. Den elektriske ledningsevne steg fra 0,6 til 2 S cm-1 , når grafenindholdet steg til 0,8 vægtprocent. Denne komposit blev vist at have en EMI SE på 20 dB i X-båndsfrekvensområdet (8-12 GHz), og den specifikke EMI SE for dette grafen/PDMS-kompositskum kan nå op på 333 dB cm3 g-1 på grund af dets meget lave densitet (0,06 g cm-3).
Zhao et al. undersøgte de termiske egenskaber af kompositter af graphenskum (GF)/PDMS-kompositter. Grafen blev først fremstillet på nikkelskumskabeloner ved hjælp af CVD. En GF-prøve med dimensioner på 10 × 10 × 1 mm3 blev først infiltreret med flydende PDMS (Sylgard 184, Dow Corning, grundstof/hærdningsmiddel = 10/1 efter vægt) ved omgivelsestemperatur. Derefter blev den tørret og hærdet ved 80 °C i 4 timer for at få GF/PDMS-komposit med GF på 0,7 vægtprocent GS/PDMS-komposit blev også fremstillet ved blanding i opløsning. Resultaterne viste, at GF/PDMS-kompositter har bedre termiske egenskaber end grafenplader (GS)/PDMS og rent PDMS. Den termiske ledningsevne for GF/PDMS-kompositmateriale når op på 0,56 W m-1 K-1, hvilket er ca. 300 % af PDMS og 20 % højere end GS/PDMS-kompositmaterialer med samme grafenbelastning (0,7 vægtprocent). Den termiske udvidelseskoefficient er 80-137 × 10-6K-1 i området 25-150 °C, hvilket er meget lavere end GS/PDMS-komposit og ren PDMS. TGA-analyse viste, at T20% af GF/PDMS steg fra 515 til 530 og 578°C (ren PDMS og GS/PDMS). Forfatterne mente, at GF/PDMS-komposit kan anvendes som et lovende termisk grænseflademateriale til termisk styring i elektroniske og fotoniske applikationer.