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酚醛泡沫塑料 编辑

酚醛泡沫塑料是近几年发展起来的一类新型泡沫塑料,以其耐燃性好、发烟量低、高温性能稳定、绝热隔热、隔音、易成型加工及较好的耐久性而名列所有泡沫塑料的前列,被称为第三代新兴保温材料。

专家预测

今后几年酚醛泡沫塑料产值将以年均20%的速度增长。这是近日在河北省廊坊市举办的“2007东北亚暨环渤海国际商务节高新技术项目发布会”上获得的信息。

酚醛泡沫塑料在国外的研究和应用比较早。1942年以前,酚醛泡沫塑料已在实验室制成,并在第二次世界大战初期开始得到应用。至今,国外已将其复合材料大量用于飞机、船舶、车辆、隧道、油井、矿山等防火要求严格的墙体、板材、部件等,现正转向民用建筑领域。

我国酚醛泡沫塑料的开发较晚,二十世纪80年代末,北京化工大学承担原化工部科研项目,开始从事酚醛泡沫塑料的研究,该项目于1991年通过鉴定。北京化工大学经过十几年努力,目前已经与国内几家企业进行合作,共同开发了酚醛泡沫塑料保温材料的工业化产品,每家企业的年产规模在几千到几万立方米水平。 业界专家分析认为,酚醛泡沫塑料将在中央空调系统、轻质保温彩钢板、房屋隔热材料、石油化工管道等领域大有作为。 中央空调系统用保温材料 据预测,我国城镇新建建筑面积每年超过4亿平方米,中央空调系统用保温材料需求估计达320立方米。目前。保温材料已在一大批国家及地方重点工程中应用于中央空调系统,节约了大量能源,同时弥补了传统保温材料耐久性、环保和防火等方面的不足。随着国家建设发展。预计在未来三五年内,其市场还将进一步扩大。轻质保温彩钢板 保温彩钢板具有自重轻、保温隔热出色、承载力强、色泽鲜艳、安装灵活、造价低等特点,从二十世纪80年代开始广泛应用于工业厂房、仓库、机场、体育场馆、商务楼、停车场和民用住宅等建筑,在发达国家的应用更为广泛。保温彩钢板具有质轻、节省场地、造价低、施工周期短、安全可靠、造型优美等优势。其中,保温芯材使用的传统材料是聚氨酯和聚苯乙烯或玻璃棉、岩棉。随着建筑技术发展,芯材已开始向节能、环保和防火等综合性能更加优化方向发展。国内最早生产经营彩钢板的企业目前正在纷纷寻找新的芯材替代材料,酚醛泡沫塑料是其待选材料之一。

历史原因

相对于发达国家,我国建筑能耗较高,能源浪费严重。因此,建筑节能是缓解我国能源紧缺矛盾、改善环保条件、减轻环境污染、促进经济持续发展的一项直接的、廉价的系统工程,其中房屋隔热是这一系统工程中的重要一环。根据《建筑节能“九五”计划和2010年规划》,现有城镇建筑需进行节能改造的约有100亿平方米,仅屋顶隔热材料每年就需消耗1亿多平方米,墙体材料就更多。酚醛泡沫塑料在隔热、防渗水、防火等方面远胜于其他保温材料,因此,酚醛泡沫塑料在房屋隔热方面的市场也一定会打开,并且在美国、日本、俄罗斯以及欧洲国家,都有这方面成功的先例可借鉴。 石油化工管道用保温材料 石油化工是国民经济基础产业,需大量的各种管道支撑起一系列工艺过程。为了满足生产要求,节约能源,改善劳动条件,工艺管道都需要进行隔热处理。石油化工行业使用的传统保温材料在耐候性、耐腐蚀、环保、防火等方面大多存在这样或那样的缺陷。用酚醛泡沫塑料替代则可避免。例如,上海高桥化工厂、高桥精细化工厂在生产中已经采用酚醛泡沫塑料替代原来的保温材料,并取得了很好的节能效果。石油化工行业每年进行的例行检修,需要的保温材料总量达10万~20万立方米,每年新建项目使用的保温材料达到5万~15万立方米。因此,全行业保温材料需求量较大。

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。

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: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。

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。

性能

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,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。

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。

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。

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。

应用

湿法酚醛泡沫的主要应用是作绝缘材料,例如以板材和夹心嵌板的形式用于建筑业,用于制造保温货车、卡车和船舱,也可用于低温绝缘。湿法酚醛泡沫还可以作为吸声板;它特别适于制造泡沫炭,此泡沫炭可耐3300℃的高温,是一种非常好的耐火绝缘材料;玻璃纤维增强的酚醛泡沫可作为盛有可裂变材料容器的包装材料,例如,密度为96kg/m³的玻璃纤维/酚醛泡沫在运输中对盛有六氟化铀的钢瓶起保护作用,一方面防震,另一方面在高达1200℃的情况下,防止火灾发生。用硼酸-草酸作固化剂制得的泡沫塑料还可大大衰减中子流。此外,湿法酚醛泡沫还大量用于鲜花展览和运输,将鲜花插入吸饱水的酚醛泡沫塑料中可延长花卉的寿命。

干法酚醛泡沫可用于隔声、隔热,例如铝板/低密度ΦK-20泡沫复合件可作为战车的隔板,将发动机包围起来,以减少热和噪声对车内人员的危害。铝板/高密度ΦK-20泡沫复合件可作为战车的吊篮底盘,以减轻重量。此外,铝板/ΦK-20泡沫复合件还可作导弹的尾翼。其他用途同湿法酚醛泡沫。

酚醛泡沫是一种品质优良的保温材料,在其他保温领域已经有了广泛了应用,但在建筑外墙保温行业确是方兴未艾。采用酚醛泡沫保温装饰板作外墙保温材料,可同时满足绝热和防火的要求,其作为封闭与控制火势的材料用于公共建筑,就能够从根本上杜绝有机易燃材料、无机材料的粉尘和细小纤维污染给人们带来的安全和健康双重危害。



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