3.7 Other Foams
PEI é um polímero de alto desempenho com um alto Tg (215°C), excelente retardância à chama, baixa geração de fumaça e boas propriedades mecânicas . A temperatura de fusão do PEI é de 340-360°C. Portanto, foi aplicado um processo de separação de fase induzida por vapor de água para preparar espumas microcelulares compostas de PEI/grafeno. Ling et al. e Shen et al. usaram este método para preparar espumas compostas de PEI/grafeno para a blindagem EMI. A densidade das espumas nanocompostas PEI/graphene foi de cerca de 300 kg m-3 com um diâmetro médio de célula entre 15 e 9 μm para conteúdos de grafeno entre 0 e 10 wt.%. O PEI é utilizado para embalagens electrónicas devido à sua baixa condutividade eléctrica (1,2 × 10-19 S cm-1). A adição de grafeno aumentou drasticamente a condutividade elétrica do volume atingindo 2,2 × 10-5 S cm-1 a 10% wt. de grafeno em espumas. O EMI SE de espumas nanocompostas PEI/grafeno com 10 wt.% de grafeno foi de cerca de 11 dB. O EMI SE específico de PEI/GrF microcelular foi de 36,1 dB cm3 g-1 para 7 wt.% e 44,1 dB cm3 g-1 para 10 wt.% na banda X (8-12 GHz). Este tipo de espumas nanocompostas PEI/GrF apresentava isolamento térmico e propriedades de tracção bem definidas. As espumas de PEI tinham uma condutividade térmica de 0,053 e 0,067 W m-1 K-1 a 50 e 200°C, respectivamente. Com a introdução do grafeno, a condutividade térmica das espumas de PEI/grafeno nanocomposto diminuiu gradualmente para 0,036 W m-1 K-1 a 50°C e 0,040 W m-1 K-1 a 200°C para espuma microcelular com 7 wt.% de grafeno. O módulo de espuma microcelular de PEI Young aumentou de 180 MPa para espuma PEI puro para 290 MPa para PEI/GrF com 5 wt.% de grafeno. Finalmente, a resistência à tração da espuma de nanocomposto PEI/grafeno diminuiu drasticamente de 8,2 para 3,5 MPa a 7 wt.%.
Shen et al. consideraram que as nanopartículas magnéticas de Fe3O4 poderiam contribuir para os altos valores complexos de permeabilidade do grafeno devido à sua grande magnetização de saturação, melhorando a propriedade de absorção de ondas eletromagnéticas, levando a espumas compostas de polímeros com forte absorção de ondas eletromagnéticas. A introdução de Fe3O4 FG (3O4) foi produzida pela GrO em soluções FeCl2-4H2O e FeCl3-6H2O e reduzida por hidrazina. Os resultados mostraram que o valor aumentou para 11,2-14,3 dB para a espuma PEI/3O4 (7,0 wt.%) e um valor de 14,3-18,2 dB para o mesmo tipo de espuma com 10 wt.% 3O4 na banda X (8-12 GHz). O EMI SE específico desta espuma era de 41,5 dB cm3 g-1 a 8-12 GHz. Mas uma comparação destes dois resultados mostra que partículas de Fe3O4 não melhoraram as propriedades do EMI.
Gedler et al. usaram 0,5 wt.% GNPs em espumas nanocompósitas de baixa densidade PC-graphene (espuma scCO2) para melhorar sua estabilidade térmica. Foi relatado que a estabilidade térmica melhorou substancialmente para as espumas compostas, o que foi associado a um efeito combinado de baixa transferência de calor devido à estrutura celular e adição de plaquetas de grafeno, fazendo uma barreira física e impedindo a fuga de produtos voláteis.
Zegeye et al. usaram plaquetas de grafeno para melhorar as propriedades mecânicas das espumas sintácticas. As espumas sintácticas são fabricadas pela dispersão de microbalões ocos (cenosferas) em uma matriz de polímero à base de epóxi. As espumas sintácticas podem ser aplicadas nas indústrias aeroespaciais como materiais principais e revestimentos de barreira ablativa. No entanto, as espumas sintácticas são muito dúcteis na compressão, mas extremamente frágeis na tensão devido à presença destes rígidos microbalões. Os resultados mostraram que uma melhora de 26% no módulo de compressão e 15% no módulo de tração foi obtida com a adição de 0,3 vol.% GP (0,68 wt.%) em comparação com as amostras puras (30 vol.% de microbalões ocos). A resistência à tração das espumas sintáticas também foi melhorada em 16% com a adição de 0,1 vol.% (0,23 wt.%) GP, enquanto a resistência à compressão foi constante. Portanto, as propriedades mecânicas das espumas sintácticas podem ser aumentadas melhorando a dispersão do GP.
Ellingham et al. utilizaram o processamento subcrítico assistido por gás (SGAP) para esfoliar grafeno em polipropileno (PP)/ nanocompósitos de grafeno por extrusão de rosca dupla. Os resultados mostraram que este método de processamento foi capaz de alcançar boa esfoliação e dispersão em PP em comparação com a esfoliação com solvente. O Tg aumentou de -20,5 para -19,3 e -18,2°C, o Tdeg-max de 452 para 455 e 460°C e a condutividade térmica de 0,235 para 0,235 e 0,215 W m-1 K-1 a 100°C para PP, PP + 0,5% grafeno, e PP + 0,5% grafeno pela SGAP, respectivamente. A viscosidade diminuiu durante o processo de fusão, comparando 0,5 wt.% de grafeno e a da SGAP. A resistência à tração de amostras de SGAP carregadas de grafeno melhorou ligeiramente devido ao baixo conteúdo de grafeno utilizado.
Chen et al. desenvolveram polidimetilsiloxano (PDMS)/espumas compostas de grafeno leves e flexíveis para aplicações de proteção EMI. O grafeno foi cultivado pela primeira vez em uma espuma de níquel por CVD de metano a 1000°C sob pressão ambiente, que copiou a estrutura da espuma de níquel e formou uma rede 3-D. Uma solução de PDMS foi preparada por dopagem de um agente base e agente de cura em solvente de acetato de etilo a uma proporção de 10:1:100. Em seguida, uma fina camada de PDMS foi revestida sobre a superfície de grafeno. Depois, o substrato de espuma de níquel foi gravado pelo HCl; a espuma composta de grafeno/PDMS foi obtida. O conteúdo de grafeno dependeu do fluxo de metano durante o crescimento do grafeno usando CVD. A condutividade elétrica aumentou de 0,6 para 2 S cm-1 quando o conteúdo de grafeno aumentou para 0,8 wt.%. Este composto foi mostrado ter EMI SE de 20 dB na faixa de freqüência da banda X (8-12 GHz), e o EMI SE específico desta espuma composta de grafeno/PDMS pode alcançar 333 dB cm3 g-1 devido a sua densidade muito baixa (0,06 g cm-3).
Zhao et al. estudaram as propriedades térmicas da espuma de grafeno (GF)/compósitos PDMS. O grafeno foi fabricado pela primeira vez em modelos de espuma de níquel usando CVD. Uma amostra de GF de dimensão 10 × 10 × 1 mm3 foi primeiramente infiltrada com PDMS líquido (Sylgard 184, Dow Corning, agente base/agente de cura = 10/1 por peso) à temperatura ambiente. Em seguida, foi seca e curada a 80°C durante 4 h para obter o composto GF/PDMS com GF de 0,7 wt.% de composto GS/PDMS também foi produzida por mistura de solução. Os resultados mostraram que os compósitos GF/PDMS têm melhores propriedades térmicas do que a folha de grafeno (GS)/PDMS e PDMS puro. A condutividade térmica do compósito GF/PDMS atinge 0,56 W m-1 K-1, o que é cerca de 300% superior à do PDMS puro e 20% superior à dos compósitos GS/PDMS com a mesma carga de grafeno (0,7 wt.%). O coeficiente de expansão térmica é de 80-137 × 10-6K-1 na faixa de 25-150°C, muito inferior ao composto GS/PDMS e PDMS puro. A análise TGA mostrou que T20% do GF/PDMS aumentou de 515 para 530 e 578°C (PDMS e GS/PDMS puros). Os autores consideraram que o composto GF/PDMS pode ser usado como um material de interface térmica promissor para o gerenciamento térmico em aplicações eletrônicas e fotônicas.