3.7 Otras espumas
El PEI es un polímero de alto rendimiento con una alta Tg (215°C), excelente retardancia a la llama, baja generación de humo y buenas propiedades mecánicas . La temperatura de fusión del PEI alcanza los 340-360°C. Por lo tanto, se aplicó un proceso de separación de fases inducido por vapor de agua para preparar espumas compuestas microcelulares de PEI/grafeno. Ling et al. y Shen et al. utilizaron este método para preparar espumas compuestas de PEI/grafeno para el blindaje contra la EMI. La densidad de las espumas de nanocompuestos de PEI/grafeno era de unos 300 kg m-3 con un diámetro medio de celda entre 15 y 9 μm para contenidos de grafeno entre 0 y 10 % en peso. El PEI se utiliza para embalajes electrónicos debido a su baja conductividad eléctrica (1,2 × 10-19 S cm-1). La adición de grafeno aumentó drásticamente la conductividad eléctrica en volumen, alcanzando 2,2 × 10-5 S cm-1 con un 10% en peso de grafeno en las espumas. La SE de EMI de las espumas de nanocompuestos de PEI/grafeno con un 10 % en peso de grafeno fue de unos 11 dB. La SE de EMI específica de las PEI/GrF microcelulares fue de 36,1 dB cm3 g-1 para el 7 % en peso y de 44,1 dB cm3 g-1 para el 10 % en peso en la banda X (8-12 GHz). Este tipo de espumas de nanocompuestos de PEI/grafeno presentaban propiedades de aislamiento térmico y de tracción bien definidas. Las espumas de PEI tenían una conductividad térmica de 0,053 y 0,067 W m-1 K-1 a 50 y 200°C, respectivamente. Con la introducción del grafeno, la conductividad térmica de las espumas de nanocompuestos de PEI/grafeno disminuyó gradualmente hasta 0,036 W m-1 K-1 a 50°C y 0,040 W m-1 K-1 a 200°C para la espuma microcelular con 7 % en peso de grafeno. El módulo de Young de la espuma microcelular de PEI aumentó de 180 MPa para la espuma de PEI pura a 290 MPa para PEI/GrF con 5 % en peso de grafeno. Por último, la resistencia a la tracción de la espuma nanocompuesta de PEI/grafeno disminuyó drásticamente de 8,2 a 3,5 MPa con un 7 % en peso.
Shen et al. consideraron que las nanopartículas magnéticas de Fe3O4 podrían contribuir a los altos valores de permeabilidad compleja del grafeno debido a su gran magnetización de saturación, mejorando la propiedad de absorción de ondas electromagnéticas, lo que conduce a espumas compuestas de polímero que tienen una fuerte absorción de ondas electromagnéticas. La introducción de Fe3O4 FG (3O4) fue producida por GrO en soluciones de FeCl2-4H2O y FeCl3-6H2O y reducida por hidracina. Los resultados mostraron que el valor aumentó a 11,2-14,3 dB para la espuma PEI/3O4 (7,0 % en peso) y un valor de 14,3-18,2 dB para el mismo tipo de espuma con 10 % en peso de 3O4 en la banda X (8-12 GHz). La EMI SE específica de estas espumas fue de 41,5 dB cm3 g-1 a 8-12 GHz. Pero una comparación de estos dos resultados muestra que las partículas de Fe3O4 no mejoraron las propiedades de EMI.
Gedler et al. utilizaron 0,5 wt.% de GNPs en espumas de nanocompuestos de PC-grafeno de baja densidad (espumación de scCO2) para mejorar su estabilidad térmica. Se informó de que la estabilidad térmica mejoró sustancialmente para las espumas compuestas, lo que se asoció a un efecto combinado de baja transferencia de calor debido a la estructura celular y a la adición de plaquetas de grafeno, haciendo una barrera física e impidiendo la salida de productos volátiles.
Zegeye et al. utilizaron plaquetas de grafeno para mejorar las propiedades mecánicas de las espumas sintácticas. Las espumas sintácticas se fabrican dispersando microbalones huecos (cenoesferas) en una matriz de polímero de base epoxi. Las espumas sintácticas pueden aplicarse en la industria aeroespacial como materiales de núcleo y revestimientos de barrera ablativa. Sin embargo, las espumas sintácticas son muy dúctiles en compresión pero extremadamente frágiles en tensión debido a la presencia de estos microbalones rígidos. Los resultados mostraron que se obtuvo una mejora del 26% en el módulo de compresión y del 15% en el módulo de tracción con la adición de 0,3 vol.% de GP (0,68 wt.%) en comparación con las muestras puras (30 vol.% de microbalones huecos). La resistencia a la tracción de las espumas sintácticas también mejoró en un 16% con la adición de 0,1 vol.% (0,23 wt.%) de GP, mientras que la resistencia a la compresión se mantuvo constante. Por lo tanto, las propiedades mecánicas de las espumas sintácticas pueden aumentarse mejorando la dispersión de la GP.
Ellingham et al. utilizaron el procesamiento asistido por gas subcrítico (SGAP) para exfoliar el grafeno en nanocompuestos de polipropileno (PP)/grafeno mediante extrusión de doble tornillo. Los resultados mostraron que este método de procesamiento fue capaz de lograr una buena exfoliación y dispersión en el PP en comparación con la exfoliación con disolventes. La Tg aumentó de -20,5 a -19,3 y -18,2°C, la Tdeg-max de 452 a 455 y 460°C, y la conductividad térmica de 0,235 a 0,235 y 0,215 W m-1 K-1 a 100°C para el PP, el PP + 0,5% de grafeno y el PP + 0,5% de grafeno por SGAP, respectivamente. La viscosidad disminuyó durante el procesamiento de la masa fundida, comparando el grafeno al 0,5% en peso y el SGAP. La resistencia a la tracción de las muestras de SGAP cargadas de grafeno mejoró ligeramente debido al bajo contenido de grafeno utilizado.
Chen et al. desarrollaron espumas compuestas de polidimetilsiloxano (PDMS)/grafeno ligeras y flexibles para aplicaciones de blindaje contra la EMI. El grafeno se cultivó primero en una espuma de níquel mediante CVD de metano a 1000°C bajo presión ambiental, que copió la estructura de la espuma de níquel y formó una red tridimensional. Se preparó una solución de PDMS dopando un agente base y un agente de curado en un disolvente de acetato de etilo en una proporción de 10:1:100. A continuación, se recubrió una fina capa de PDMS sobre la superficie del grafeno. A continuación, el sustrato de espuma de níquel se grabó con HCl y se obtuvo la espuma compuesta de grafeno/PDMS. El contenido de grafeno dependía de la tasa de flujo de metano durante el crecimiento del grafeno mediante CVD. La conductividad eléctrica aumentó de 0,6 a 2 S cm-1 cuando el contenido de grafeno aumentó hasta el 0,8 % en peso. Se demostró que este compuesto tiene una SE de EMI de 20 dB en el rango de frecuencias de la banda X (8-12 GHz), y la SE de EMI específica de esta espuma compuesta de grafeno/PDMS puede alcanzar los 333 dB cm3 g-1 debido a su muy baja densidad (0,06 g cm-3).
Zhao et al. estudiaron las propiedades térmicas de los compuestos de espuma de grafeno (GF)/PDMS. El grafeno se fabricó primero en plantillas de espuma de níquel mediante CVD. En primer lugar, se infiltró una muestra de GF de 10 × 10 × 1 mm3 con PDMS líquido (Sylgard 184, Dow Corning, agente base/agente de curado = 10/1 en peso) a temperatura ambiente. A continuación, se secó y curó a 80°C durante 4 horas para obtener un compuesto de GF/PDMS con GF de 0,7 % en peso También se produjo un compuesto de GS/PDMS mediante la mezcla de soluciones. Los resultados mostraron que los compuestos GF/PDMS tienen mejores propiedades térmicas que la hoja de grafeno (GS)/PDMS y el PDMS puro. La conductividad térmica del compuesto GF/PDMS alcanza 0,56 W m-1 K-1, lo que supone un 300% de la del PDMS puro y un 20% más que los compuestos GS/PDMS con la misma carga de grafeno (0,7% en peso). El coeficiente de expansión térmica es de 80-137 × 10-6K-1 en el rango de 25-150°C, mucho más bajo que el compuesto GS/PDMS y el PDMS puro. El análisis TGA mostró que la T20% del GF/PDMS aumentó de 515 a 530 y 578°C (PDMS puro y GS/PDMS). Los autores consideraron que el compuesto GF/PDMS puede utilizarse como un prometedor material de interfaz térmica para la gestión térmica en aplicaciones electrónicas y fotónicas.