泡沫塑料

泡沫塑料,是由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料,具有质轻、隔热、吸音、减震等特性,且介电性能优于基体树脂,用途很广。泡沫塑料与纯塑料相比,具有密度低,质轻,比强度高,其强度随密度增加而增大,有吸收冲击载荷的能力,有优良的缓冲减震性能,隔音吸音性能。

编辑摘要
中文名: 泡沫塑料
领域: 发泡成型 优势: 质轻、隔热、吸音、减震等特性

目录

泡沫塑料 - 概述

由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料,具有质轻、隔热吸音、减震等特性,且介电性能优于基体树脂,用途很广。几乎各种塑料均可作成泡沫塑料,发泡成型已成为塑料加工中一个重要领域。

泡沫塑料泡沫塑料

泡沫塑料 - 性能

泡沫塑料与纯塑料相比,具有密度低,质轻,对比强度高,其强度随密度增加而增大;有吸收冲击载荷的能力;有优良的缓冲减震性能;有隔音吸音性能;热导率低,隔热性能好;优良的电绝缘性能;具有耐腐蚀、耐霉菌性能。软质泡沫塑料具有弹性优良等性能。
(1) 容重很低,可减轻包装重量,降低运输费用;
(2) 具有优良的冲击、振动能量的吸收性,用于缓冲防震包装能大大减少产品的破损;
(3) 对温、湿度的变化适应性强,能满足一般包装情况的要求;
(4) 吸水率低、吸湿性小,化学稳定性好,本身不会对内装物产生腐蚀,且对酸、碱等化学药品有较强的耐受性;
(5) 导热率低,可用于保温隔热包装,如冰淇淋杯、快餐容器及保温鱼箱等;
(6) 成型加工方便,可以采用模压、挤出、注射等成型方法制成各种泡沫衬垫、泡沫块、片材等。容易进行二次成型加工,如泡沫板材经热成型可制成各种快餐容器等。另外,泡沫塑料块也可用粘合剂进行自身粘接或和其它材料粘接,制成各种缓冲衬垫等。

泡沫塑料 - 发泡方法

无论采用什么方法发泡,其基本过程都是:① 在液态或熔态塑料中引入气体,产生微孔;② 使微孔增长到一定体积;③ 通过物理或化学方法固定微孔结构。

按照引入气体的方式,发泡方法有机械法、物理法和化学法。

机械法

借助强烈搅拌,把大量空气或其他气体引入液态塑料中。工业上主要用此法生产脲醛泡沫塑料,可用作隔热保温材料或影剧中布景材料(如人造雪花)。

物理法

泡沫塑料

常将低沸点烃类或卤代烃类溶入塑料中,受热时塑料软化,同时溶入的液体挥发膨胀发泡。如聚苯乙烯泡沫塑料,可在苯乙烯悬浮聚合时,先把戊烷溶入单体中,或在加热加压下把已聚合成珠状的聚苯乙烯树脂用戊烷处理,制得所谓可发泡性聚苯乙烯珠粒。将此珠粒在热水或蒸汽中预发泡,再置于模具中通入蒸汽,使预发泡颗粒二次膨胀并互相熔结,冷却后即得到与模具型腔形状相同的制品(见图)。它们广泛用作保温和包装中防震材料。也可采用挤出成型法,此时,既可使用可发泡珠粒,将其一次发泡挤出成片材;也可使用普通聚苯乙烯粒料,在挤出机适当部位加入卤代烃,使之与塑料熔体混合均匀,当物料离开机头时即膨胀发泡。挤出法常用于制片材或板材,片材经真空吸塑成型可制成食品包装盒和托盘等。聚乙烯也可用类似方法制得挤出发泡制品。

引入气体的物理方法还有溶出法、中空微球法等。溶出法是将可溶性物质如食盐、淀粉等和树脂混合,成型为制品后,再将制品放在水中反复处理,把可溶性物质溶出,即得到开孔型泡沫制品,多用作过滤材料。中空微球法是将熔化温度很高的空心玻璃微珠与塑料熔体相混,在玻璃微珠不致破碎的成型条件下,可制得特殊的闭孔型泡沫塑料。

化学法

可分为两类:① 采用化学发泡剂,它们在受热时分解放出气体。常用的化学发泡剂,如偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、NN′-二亚硝基五亚甲基四胺、碳酸氢钠等。许多热塑性塑料均可用此法作成泡沫塑料。例如聚氯乙烯泡沫鞋,就是把树脂、增塑剂、发泡剂和其他添加剂制成的配合料,放入注射成型机中,发泡剂在机筒中分解,物料在模具中发泡而成。泡沫人造革则是将发泡剂混入聚氯乙烯糊中,涂刮或压延在织物上,连续通过隧道式加热炉,物料塑化熔融、发泡剂分解发泡、经冷却和表面整饰,即得泡沫人造革。硬质聚氯乙烯低发泡板材、管材或异型材则用挤出法成型,发泡剂在机筒中分解,物料离开机头时,压力降到常压,溶入气体即膨胀发泡,如果发泡过程与冷却定型过程配合得当,就可得到结构泡沫制品。

② 利用聚合过程中的副产气体,典型例子是聚氨酯泡沫塑料,当异氰酸酯和聚酯或聚醚进行缩聚反应时,部分异氰酸酯会与水、羟基或羧基反应生成二氧化碳。只要气体放出速度和缩聚反应速度调节得当,即可制是泡孔十分均匀的高发泡制品。聚氨酯泡沫塑料有两种类型,软质开孔型形似海绵,广泛用作各种座椅、沙发的座垫以及吸音、过滤材料等;硬质闭孔型则是理想的保温、绝缘、减震和漂浮材料。

泡沫塑料 - 分类

微孔间互相连通的称为开孔型泡沫塑料,互相封闭的称为闭孔型泡沫塑料

泡沫塑料有硬质、软质两种。按美国试验和材料学会标准,在18~29℃温度下,在时间为5s内,绕直径2.5cm的圆棒一周,如不断裂,测试样属于软质泡沫塑料;反之则属硬质泡沫塑料

泡沫塑料还可分为低发泡和高发泡两类。通常将发泡倍率(发泡后比发泡前体积增大的倍数)小于5的称为低发泡,大于5的称为高发泡

一、硬质泡沫塑料即在室温下,构成泡沫塑料的聚合物属结晶态或无定形态,它们的玻璃化温度高于常温,因此,在常温下泡沫塑料的质地较硬。
二、软质泡沫塑料即构成泡沫塑料的聚合物的熔点小于常温或无定形聚合物的玻璃化温度低于常温,材料在常温下质地柔软。
三、半硬质(或半软质)泡沫塑料是介于以上两类之间的泡沫体。
此外,对聚氨酯泡沫体的分类还有很多,如按照加工方式分类,大致可分为二步法(或称预聚体法)、半预聚体法、一步法和喷涂法。按泡沫密度方式可分为高、中、低和超低密度泡沫体以及密度悬殊很大的自结皮泡沫体或称为整皮泡沫体。后者是一特殊 的泡沫形式,它不像前几种泡沫体具有一致的密度,只是在泡沫体内部生成较正常的泡沫体,而在表面部分不产生气泡或很少产生气泡,在泡沫体外表面形成密度较内部泡沫高得多的致密的表皮层,从表皮到芯部中心存在一个密度下降梯度十分明显的变化。在聚氨酯软质泡沫体中,它是适应汽车方向盘和扶手以及自行车、摩托车鞍座的应用而发展起来的一种半硬质模塑泡沫制品。

泡沫塑料 - 用途

20世纪60年代发展起来的结构泡沫塑料,以芯层发泡、皮层不发泡为特征,外硬内韧,比强度(以单位质量计的强度)高,耗料省,日益广泛地代替木材用于建筑和家具工业中。聚烯烃的化学或辐射交联发泡技术取得成功,使泡沫塑料的产量大幅度增加。经共混、填充、增强等改性塑料制得的泡沫塑料,具有更优良的综合性能,能满足各种特殊用途的需要。例如用反应注射成型制得的玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料,已用作飞机、汽车、计算机等的结构部件;而用空心玻璃微珠填充聚苯并咪唑制得的泡沫塑料,质轻而耐高温,已用于航天器中。

泡沫塑料 - 特点

(1)容重很低,可减轻包装重量,降低运输费用;
(2)具有优良的冲击、振动能量的吸收性,用于缓冲防震包装能大大减少产品的破损;
(3)对温、湿度的变化适应性强,能满足一般包装情况的要求;
(4)吸水率低、吸湿性小,化学稳定性好,本身不会对内装物产生腐蚀,且对酸、碱等化学药品有较强的耐受性;
(5)导热率低,可用于保温隔热包装,如冰淇淋杯、快餐容器及保温鱼箱等;
(6)成型加工方便,可以采用模压、挤出、注射等成型方法制成各种泡沫衬垫、泡沫块、片材等。容易进行二次成型加工,如泡沫板材经热成型可制成各种快餐容器等。另外,泡沫塑料块也可用粘合剂进行自身粘接或与其它材料粘接,制成各种缓冲衬垫等。

泡沫塑料 - 设计选用要点

模塑聚苯乙烯泡沫塑料 (EPS)板

(1) 自重轻,且具有一定的抗压、抗拉强度,靠自身强度能支承抹面保护层,不需要拉接件,可避免形成热桥。
(2) EPS板在密度30~50 kg/m的范围内,导热系数值最小;在平均温度10℃,密度为20kg/m时,导热系数为0.033~0.036W/(m·K);密度小于15 kg/m时,导热系数随密度的减小而急剧增大;密度15~22 kg/m的EPS板适合做外保温。
(3) 用于外墙和屋面保温时,一般不会产生明显的受潮问题。但当EPS板一侧长期处于高温高湿环境,另一侧处于低温环境并且被透水蒸气性不好的材料封闭时;或当屋面防水层失效后,EPS板可能严重受潮,从而导致其保温性能严重降低。
(4)用于冷库、空调等低温管道保温时,必须在EPS板外表面设置隔汽层。

挤塑聚苯乙烯泡沫塑料 (XPS)板

 (1) 具有特有的微细闭孔蜂窝状结构,与EPS板相比,具有密度大、压缩性能高、导热系数小、吸水率低、水蒸气渗透系数小等特点。在长期高湿度或浸水环境下,XPS板仍能保持其优良的保温性能,在各种常用保温材料中,是目前唯一能在70%相对湿度下两年后热阻保留率仍在80%以上的保温材料。
(2) 由于XPS板长期吸水率低,特别适用于倒置式屋面和空调风管。
(3) 还具有很好的耐冻融性能及较好的抗压缩蠕变性能。

硬质聚氨酯泡沫塑料(PUR)

(1) 使用温度高,一般可达100℃,添加耐温辅料后,使用温度可达120℃。
(2) 聚氨酯中发泡剂会因扩散作用不断与环境中的空气进行置换,致使导热系数随时间而逐渐增大。为了克服这一缺点,可采用压型钢板等不透气材料做面层将其密封,以限制或减缓这种置换作用。
(3) 现场喷涂聚氨酯泡沫塑料使用温度高,压缩性能高,施工简便,较EPS板更适于屋面保温。
(4) 用于管道(尤其是地下直埋管道)和屋面保温时,应采取可靠的防水、防潮措施。同时应考虑导热系数会随时间而增大,尽量采用密封材料作保护层。
(5) 由于使用温度较高,多用于供暖管道保温。
(6) 发烟温度低,遇火时产生大量浓烟与有毒气体,不宜用作内保温材料。
(7) 虽然吸水率较低,但作为保温材料,绝不能兼做防水材料。

聚乙烯泡沫塑料(PE)

(1) 几乎不吸水和几乎不透水蒸气,长期在潮湿环境下使用不会受潮,因而导热系数能够保持不变(EPS、PUR、PF等无法与之相比),并且为软质泡沫塑料,具有很好的柔韧性。
(2) 压缩性能较差,受压状态下使用时存在压缩蠕变。
(3) 适用于低温管道和空调风管。

酚醛泡沫塑料(PF)

(1) 各项性能和价格与聚氨酯相当,只是压缩性能较低;但是由于它的耐温性和防火性能远远优于聚氨酯,所以特别适用于高温管道和对防火要求严格的场合。
(2) 耐热性、阻燃性远远优于聚氨酯及其他泡沫塑料,长期使用温度可高达200℃,允许间歇温度高达250℃。
(3) PF氧指数高达50%,烟密度等级(SDR)为4,在空气中不燃,不熔融滴落。按GB 9978-90进行耐火试验时,试件无明显变形,无窜火现象。

尿素甲醛现浇泡沫塑料(UF)

(1) 耐老化、耐霉菌,干燥后对金属不腐蚀。
(2) 适用于夹心墙体和空心砌块填充保温。
(3) 硬化过程中有水分释放,故其外围材料应有良好的透水蒸气性,以使硬化泡沫充分干燥;如果应用空间长期处于潮湿状态,或者材料不是用于保温而是保冷,则应对潮湿问题特别加以考虑。
(4) 在干燥过程中收缩较大(干燥收缩率不大于4%),材料中有可能产生裂缝,而且在材料与空间的接触面处容易产生松脱现象。如果不允许有此种现象发生,应事先向材料供应商提出。
(5) 存在甲醛释放问题。 

泡沫塑料 - 发展

 泡沫塑料仍然主导着中国的保温市场,占据超过五分之四的市场份额。泡沫塑料的高保温价值、抗潮性、安装便捷性都是支撑其需求的因素。受到建筑法规对减少能耗的要求,保温材料的需求将持续上涨。
    随着聚氨酯软质泡沫塑料的原材料、加工工艺技术的进步和制品的商业专业化的需要,出现了按产品功能为主的分类,如,普通柔软泡沫、抗静电软泡、亲油性软泡、亲水性软泡、吸能性软泡等,这些都是随市场细化、专业化需要发展起来的泡沫新品种,发展较快,分类也十分繁杂。目前对聚氨酯软质泡沫体的分类仍以加工方式,即预聚体法、半预聚体法和一步法的传统分类为宜。
    《2013-2018年中国泡沫塑料市场分析与投资前景预测报告产业》 共十章。首先介绍了泡沫塑料相关概述、中国泡沫塑料行业市场运行环境等,接着分析了中国泡沫塑料产业运行的现状,然后介绍了中国泡沫塑料行业竞争格局。随后,报告对中国泡沫塑料行业做了重点企业经营状况分析,最后分析了中国泡沫塑料行业发展前景与投资预测。

附图

 
扩展阅读:
1泡沫塑料

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