3.7 Autres mousses
Le PEI est un polymère haute performance avec une Tg élevée (215°C), un excellent retardement de flamme, une faible génération de fumée et de bonnes propriétés mécaniques . La température de fusion du PEI est aussi élevée que 340-360°C. Par conséquent, un processus de séparation de phase induit par la vapeur d’eau a été appliqué pour préparer des mousses composites microcellulaires PEI/graphène. Ling et al. et Shen et al. ont utilisé cette méthode pour préparer des mousses composites PEI/graphène pour le blindage EMI. La densité des mousses nanocomposites PEI/graphène était d’environ 300 kg m-3 avec un diamètre moyen des cellules compris entre 15 et 9 μm pour des teneurs en graphène comprises entre 0 et 10 % en poids. Le PEI est utilisé pour les emballages électroniques en raison de sa faible conductivité électrique (1,2 × 10-19 S cm-1). L’ajout de graphène a considérablement augmenté la conductivité électrique volumique, atteignant 2,2 × 10-5 S cm-1 à 10% en poids de graphène dans les mousses. Le SE EMI des mousses nanocomposites PEI/graphène avec 10 % en poids de graphène était d’environ 11 dB. La SE EMI spécifique des PEI/GrFs microcellulaires était de 36,1 dB cm3 g-1 pour 7 % en poids et de 44,1 dB cm3 g-1 pour 10 % en poids dans la bande X (8-12 GHz). Ce type de mousses nanocomposites PEI/graphène présentait une isolation thermique et des propriétés de traction bien définies. Les mousses PEI avaient une conductivité thermique de 0,053 et 0,067 W m-1 K-1 à 50 et 200°C, respectivement. Avec l’introduction du graphène, la conductivité thermique des mousses nanocomposites PEI/graphène a progressivement diminué à 0,036 W m-1 K-1 à 50°C et 0,040 W m-1 K-1 à 200°C pour la mousse microcellulaire avec 7 % en poids de graphène. Le module d’Young de la mousse microcellulaire de PEI a augmenté de 180 MPa pour la mousse de PEI pure à 290 MPa pour le PEI/GrF avec 5 % en poids de graphène. Enfin, la résistance à la traction de la mousse nanocomposite PEI/graphène a diminué de façon spectaculaire de 8,2 à 3,5 MPa à 7 % en poids.
Shen et al. ont considéré que les nanoparticules magnétiques Fe3O4 pourraient contribuer aux valeurs élevées de perméabilité complexe du graphène en raison de leur grande magnétisation de saturation, améliorant la propriété d’absorption des ondes électromagnétiques, conduisant à des mousses composites polymères ayant une forte absorption des ondes électromagnétiques. L’introduction de Fe3O4 FG (3O4) a été produite par GrO dans des solutions de FeCl2-4H2O et FeCl3-6H2O et réduite par l’hydrazine. Les résultats ont montré que la valeur a augmenté à 11,2-14,3 dB pour la mousse PEI/3O4 (7,0 % en poids) et une valeur de 14,3-18,2 dB pour le même type de mousse avec 10 % en poids de 3O4 dans la bande X (8-12 GHz). Le SE EMI spécifique de ces mousses était de 41,5 dB cm3 g-1 à 8-12 GHz. Mais une comparaison de ces deux résultats montre que les particules Fe3O4 n’ont pas amélioré les propriétés EMI.
Gedler et al. ont utilisé 0,5 % en poids de GNP dans des mousses nanocomposites PC-graphène de faible densité (moussage scCO2) pour améliorer leur stabilité thermique. Il a été rapporté que la stabilité thermique s’est substantiellement améliorée pour les mousses composites, ce qui était associé à un effet combiné de faible transfert de chaleur dû à la structure cellulaire et à l’ajout de plaquettes de graphène, faisant une barrière physique et empêchant les produits volatils de s’échapper.
Zegeye et al. ont utilisé des plaquettes de graphène pour améliorer les propriétés mécaniques des mousses syntactiques. Les mousses syntactiques sont fabriquées en dispersant des microballons creux (cénosphères) dans une matrice polymère à base d’époxy. Les mousses syntactiques peuvent être utilisées dans l’industrie aérospatiale comme matériaux d’âme et revêtements de barrière ablatifs. Cependant, les mousses syntactiques sont très ductiles en compression mais extrêmement fragiles en tension en raison de la présence de ces microballons rigides. Les résultats ont montré qu’une amélioration de 26 % du module de compression et de 15 % du module de traction a été obtenue avec l’ajout de 0,3 vol. de GP (0,68 % en poids) par rapport aux échantillons purs (30 vol. de microballons creux). La résistance à la traction des mousses syntactiques a également été améliorée de 16 % avec l’ajout de 0,1 % en volume (0,23 % en poids) de GP, tandis que la résistance à la compression est restée constante. Par conséquent, les propriétés mécaniques des mousses syntactiques peuvent être augmentées en améliorant la dispersion du GP.
Ellingham et al. ont utilisé le traitement assisté par gaz sous-critique (SGAP) pour exfolier le graphène dans les nanocomposites polypropylène (PP)/graphène par extrusion à double vis. Les résultats ont montré que cette méthode de traitement était capable d’obtenir une bonne exfoliation et dispersion dans le PP par rapport à l’exfoliation par solvant. La Tg a augmenté de -20,5 à -19,3 et -18,2°C, la Tdeg-max de 452 à 455 et 460°C, et la conductivité thermique de 0,235 à 0,235 et 0,215 W m-1 K-1 à 100°C pour le PP, le PP + 0,5% de graphène, et le PP + 0,5% de graphène par SGAP, respectivement. La viscosité a diminué au cours du traitement par fusion, en comparant le graphène à 0,5 % en poids et celui du SGAP. La résistance à la traction des échantillons SGAP chargés en graphène s’est légèrement améliorée en raison de la faible teneur en graphène utilisée.
Chen et al. ont développé des mousses composites polydiméthylsiloxane (PDMS)/graphène légères et flexibles pour des applications de blindage EMI. Le graphène a d’abord été cultivé sur une mousse de nickel par CVD de méthane à 1000°C sous pression ambiante, qui a copié la structure de la mousse de nickel et a formé un réseau 3D. Une solution de PDMS a été préparée en dopant un agent de base et un agent de durcissement dans un solvant d’acétate d’éthyle à un rapport de 10:1:100. Ensuite, une fine couche de PDMS a été déposée sur la surface du graphène. Après, le substrat de mousse de nickel a été décapé par HCl ; la mousse composite graphène/PDMS a été obtenue. La teneur en graphène dépendait du débit de méthane pendant la croissance du graphène par CVD. La conductivité électrique est passée de 0,6 à 2 S cm-1 lorsque la teneur en graphène a atteint 0,8 % en poids. Ce composite s’est avéré avoir un SE EMI de 20 dB dans la gamme de fréquences de la bande X (8-12 GHz), et le SE EMI spécifique de cette mousse composite graphène/PDMS peut atteindre 333 dB cm3 g-1 en raison de sa très faible densité (0,06 g cm-3).
Zhao et al. ont étudié les propriétés thermiques des composites mousse de graphène (GF)/PDMS. Le graphène a d’abord été fabriqué sur des gabarits en mousse de nickel par CVD. Un échantillon de mousse de graphène de 10 × 10 × 1 mm3 a d’abord été infiltré avec du PDMS liquide (Sylgard 184, Dow Corning, agent de base/agent de polymérisation = 10/1 en poids) à température ambiante. Ensuite, il a été séché et durci à 80°C pendant 4 heures pour obtenir un composite GF/PDMS avec un GF de 0,7 % en poids Un composite GS/PDMS a également été produit par mélange en solution. Les résultats montrent que les composites GF/PDMS ont de meilleures propriétés thermiques que la feuille de graphène (GS)/PDMS et le PDMS pur. La conductivité thermique du composite GF/PDMS atteint 0,56 W m-1 K-1, soit environ 300% de celle du PDMS pur et 20% de plus que les composites GS/PDMS avec la même charge de graphène (0,7% en poids). Le coefficient de dilatation thermique est de 80-137 × 10-6K-1 dans la gamme de 25-150°C, beaucoup plus bas que le composite GS/PDMS et le PDMS pur. L’analyse TGA a montré que la T20% du GF/PDMS est passée de 515 à 530 et 578°C (PDMS pur et GS/PDMS). Les auteurs ont considéré que le composite GF/PDMS peut être utilisé comme un matériau d’interface thermique prometteur pour la gestion thermique dans les applications électroniques et photoniques.