3.7 Altre schiume
PEI è un polimero ad alte prestazioni con un’alta Tg (215°C), un eccellente ritardo di fiamma, una bassa generazione di fumo e buone proprietà meccaniche. La temperatura di fusione del PEI è di 340-360°C. Pertanto, è stato applicato un processo di separazione di fase indotta dal vapore acqueo per preparare schiume composite microcellulari PEI/grafene. Ling et al. e Shen et al. hanno usato questo metodo per preparare schiume composite PEI/grafene per la schermatura EMI. La densità delle schiume nanocomposite PEI/grafene era di circa 300 kg m-3 con un diametro medio delle cellule tra 15 e 9 μm per contenuti di grafene tra 0 e 10 wt.%. Il PEI è usato per l’imballaggio elettronico a causa della sua bassa conducibilità elettrica (1,2 × 10-19 S cm-1). L’aggiunta di grafene ha aumentato drammaticamente la conduttività elettrica di volume raggiungendo 2,2 × 10-5 S cm-1 al 10% in peso di grafene nelle schiume. EMI SE delle schiume nanocomposite PEI/grafene con grafene al 10 wt.% era di circa 11 dB. Il SE EMI specifico di PEI/GrFs microcellulari era 36,1 dB cm3 g-1 per il 7 wt.% e 44,1 dB cm3 g-1 per il 10 wt.% nella banda X (8-12 GHz). Questo tipo di schiume nanocomposite PEI/grafene presentavano proprietà ben definite di isolamento termico e di trazione. Le schiume PEI avevano una conduttività termica di 0,053 e 0,067 W m-1 K-1 a 50 e 200°C, rispettivamente. Con l’introduzione del grafene, la conduttività termica delle schiume nanocomposite PEI/grafene è diminuita gradualmente a 0,036 W m-1 K-1 a 50°C e 0,040 W m-1 K-1 a 200°C per la schiuma microcellulare con 7 wt.% di grafene. Il modulo di Young della schiuma PEI microcellulare è aumentato da 180 MPa per la schiuma PEI pura a 290 MPa per PEI/GrF con 5 wt.% di grafene. Infine, la resistenza alla trazione della schiuma nanocomposita PEI/grafene è diminuita drasticamente da 8,2 a 3,5 MPa al 7 wt.%.
Shen et al. hanno considerato che le nanoparticelle magnetiche Fe3O4 potrebbero contribuire agli alti valori di permeabilità complessa del grafene a causa della loro grande magnetizzazione di saturazione, migliorando la proprietà di assorbimento delle onde elettromagnetiche, portando a schiume composite polimeriche con forte assorbimento delle onde elettromagnetiche. L’introduzione di Fe3O4 FG (3O4) è stata prodotta da GrO in soluzioni FeCl2-4H2O e FeCl3-6H2O e ridotta da idrazina. I risultati hanno mostrato che il valore è aumentato a 11.2-14.3 dB per la schiuma PEI/3O4 (7.0 wt.%) e un valore di 14.3-18.2 dB per lo stesso tipo di schiuma con 10 wt.% 3O4 nella banda X (8-12 GHz). Il SE EMI specifico di queste schiume era 41,5 dB cm3 g-1 a 8-12 GHz. Ma un confronto di questi due risultati mostra che le particelle Fe3O4 non hanno migliorato le proprietà EMI.
Gedler et al. hanno usato 0,5 wt.% GNPs in schiume a bassa densità PC-grafene nanocomposito (scCO2 foaming) per migliorare la loro stabilità termica. È stato riportato che la stabilità termica è migliorata sostanzialmente per le schiume composite, il che è stato associato all’effetto combinato di un basso trasferimento di calore dovuto alla struttura cellulare e all’aggiunta di piastrine di grafene, creando una barriera fisica e impedendo ai prodotti volatili di uscire.
Zegeye et al. hanno usato piastrine di grafene per migliorare le proprietà meccaniche delle schiume sintattiche. Le schiume sintattiche sono fabbricate disperdendo microballoons cavi (cenosfere) in una matrice polimerica a base epossidica. Le schiume sintattiche possono essere applicate nelle industrie aerospaziali come materiali di base e rivestimenti di barriera ablativi. Tuttavia, le schiume sintattiche sono molto duttili in compressione ma estremamente fragili in tensione a causa della presenza di questi microballoons rigidi. I risultati hanno mostrato che un miglioramento del 26% nel modulo di compressione e del 15% nel modulo di trazione è stato ottenuto con l’aggiunta di 0,3 vol.% GP (0,68 wt.%) rispetto ai campioni puri (30 vol.% microballoons cavi). La resistenza alla trazione delle schiume sintattiche è stata anche migliorata del 16% con l’aggiunta di 0,1 vol.% (0,23 wt.%) GP, mentre la resistenza alla compressione è rimasta costante. Pertanto, le proprietà meccaniche delle schiume sintattiche possono essere aumentate migliorando la dispersione del GP.
Ellingham et al. hanno utilizzato la lavorazione subcritica assistita da gas (SGAP) per esfoliare il grafene nei nanocompositi di polipropilene (PP)/grafene mediante estrusione a doppia vite. I risultati hanno mostrato che questo metodo di lavorazione è stato in grado di ottenere una buona esfoliazione e dispersione nel PP rispetto all’esfoliazione con solvente. La Tg è aumentata da -20,5 a -19,3 e -18,2°C, la Tdeg-max da 452 a 455 e 460°C, e la conducibilità termica da 0,235 a 0,235 e 0,215 W m-1 K-1 a 100°C per PP, PP + 0,5% grafene, e PP + 0,5% grafene da SGAP, rispettivamente. La viscosità è diminuita durante il processo di fusione, confrontando il grafene 0,5 wt.% e quello di SGAP. La resistenza alla trazione dei campioni SGAP caricati con grafene è migliorata leggermente a causa del basso contenuto di grafene utilizzato.
Chen et al. hanno sviluppato schiume composite in polidimetilsilossano (PDMS)/grafene leggere e flessibili per applicazioni di schermatura EMI. Il grafene è stato prima coltivato su una schiuma di nichel tramite CVD di metano a 1000°C sotto pressione ambiente, che ha copiato la struttura della schiuma di nichel e formato una rete 3-D. Una soluzione di PDMS è stata preparata drogando un agente di base e un agente indurente nel solvente acetato di etile in un rapporto 10:1:100. Poi, un sottile strato di PDMS è stato rivestito sulla superficie del grafene. In seguito, il substrato di schiuma di nichel è stato rimosso con HCl; la schiuma composita grafene/PDMS è stata ottenuta. Il contenuto di grafene dipendeva dalla velocità del flusso di metano durante la crescita del grafene usando il CVD. La conducibilità elettrica è aumentata da 0,6 a 2 S cm-1 quando il contenuto di grafene è aumentato a 0,8 wt.%. Questo composito ha dimostrato di avere un EMI SE di 20 dB nella gamma di frequenza della banda X (8-12 GHz), e l’EMI SE specifico di questa schiuma composita grafene/PDMS può raggiungere 333 dB cm3 g-1 grazie alla sua densità molto bassa (0,06 g cm-3).
Zhao et al. hanno studiato le proprietà termiche dei compositi grafene schiuma (GF)/PDMS. Il grafene è stato prima fabbricato su modelli di schiuma di nichel usando il CVD. Un campione di GF delle dimensioni di 10 × 10 × 1 mm3 è stato prima infiltrato con PDMS liquido (Sylgard 184, Dow Corning, agente di base/agente polimerizzante = 10/1 in peso) a temperatura ambiente. Poi, è stato asciugato e polimerizzato a 80°C per 4 ore per ottenere un composito GF/PDMS con GF di 0,7 wt.% Il composito GS/PDMS è stato prodotto anche mediante miscelazione in soluzione. I risultati hanno mostrato che i compositi GF/PDMS hanno migliori proprietà termiche rispetto al foglio di grafene (GS)/PDMS e al PDMS puro. La conducibilità termica del composito GF/PDMS raggiunge 0,56 W m-1 K-1, che è circa il 300% di quella del PDMS puro e il 20% più alta dei compositi GS/PDMS con lo stesso carico di grafene (0,7 wt.%). Il coefficiente di espansione termica è 80-137 × 10-6K-1 nell’intervallo di 25-150 ° C, molto più basso di GS / PDMS composito e PDMS puro. L’analisi TGA ha mostrato che il T20% di GF/PDMS è aumentato da 515 a 530 e 578°C (PDMS puro e GS/PDMS). Gli autori hanno considerato che il composito GF/PDMS può essere usato come un promettente materiale di interfaccia termica per la gestione termica nelle applicazioni elettroniche e fotoniche.