從合成到應用:泡沫塑料全面介紹
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泡沫塑料也叫多孔塑料英文名稱foamedplastics是由大量氣體微孔分散于固體塑料中而形成的一類高分子材料
泡沫塑料具有質輕隔熱吸音減震等特性且介電性能優于基體樹脂用途很廣幾乎各種塑料均可作成泡沫塑料發泡成型已成為塑料加工中一個重要領域
圖1 發泡塑料制品
一泡沫塑料如何制得的?
泡沫塑料是由大量氣體微孔分散于固體塑料中而形成的一類高分子材料具有質輕隔熱吸音耐腐蝕減震等特性且介電性能優于基體樹脂泡沫塑料與純塑料相比具有密度低質輕比強度高（其強度隨密度增加而增大）以及吸收沖擊載荷的能力而且具有優良的緩沖減震隔音吸音性能熱導率低隔熱性能好還具優良的電絕緣耐腐蝕耐霉菌性能軟質泡沫塑料具有彈性優良等性能
幾乎各種塑料均可作成泡沫塑料發泡成型已成為塑料加工的一個重要領域泡孔分閉孔型和開孔型兩類閉孔型中的氣孔互相隔離有漂浮性開孔型中的氣孔互相連通無漂浮性可用聚苯乙烯聚氯乙烯聚氨基甲酸酯等樹脂制成
圖2 PS發泡線條生產線
無論采用什么方法制得其基本過程都是發泡
①液態或熔態塑料中引入氣體產生微孔
②使微孔增長到一定體積
③通過物理或化學方法固定微孔結構
二有哪些發泡方法?
按照引入氣體的方式發泡方法有機械法物理法和化學法
1機械法
借助強烈攪拌把大量空氣或其他氣體引入液態塑料中工業上主要用此法生產脲醛泡沫塑料可用作隔熱保溫材料或影劇中布景材料（如人造雪花）
2物理法
1將低沸點烴類或鹵代烴類溶入塑料中:
受熱時塑料軟化同時溶入的液體揮發膨脹發泡如聚苯乙烯泡沫塑料可在苯乙烯懸浮聚合時先把戊烷溶入單體中或在加熱加壓下把已聚合成珠狀的聚苯乙烯樹脂用戊烷處理制得所謂可發泡性聚苯乙烯珠粒將此珠粒在熱水或蒸汽中預發泡再置于模具中通入蒸汽使預發泡顆粒二次膨脹并互相熔結冷卻后即得到與模具型腔形狀相同的制品它們廣泛用作保溫和包裝中防震材料
2也可采用擠出成型法:
此時既可使用可發泡珠粒將其一次發泡擠出成片材也可使用普通聚苯乙烯粒料在擠出機適當部位加入鹵代烴使之與塑料熔體混合均勻當物料離開機頭時即膨脹發泡擠出法常用于制片材或板材片材經真空吸塑成型可制成食品包裝盒和托盤等聚乙烯也可用類似方法制得擠出發泡制品
3引入氣體的物理方法還有溶出法中空微球法等:
溶出法是將可溶性物質如食鹽淀粉等和樹脂混合成型為制品后再將制品放在水中反復處理把可溶性物質溶出即得到開孔型泡沫制品多用作過濾材料
中空微球法是將熔化溫度很高的空心玻璃微珠與塑料熔體相混在玻璃微珠不致破碎的成型條件下可制得特殊的閉孔型泡沫塑料
3化學法
圖3 發泡劑
1）采用化學發泡劑:
它們在受熱時分解放出氣體常用的化學發泡劑如偶氮二甲酰胺偶氮二異丁腈NN′－二亞硝基五亞甲基四胺碳酸氫鈉等許多熱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樹脂增塑劑發泡劑和其他添加劑制成的配合料放入注射成型機中發泡劑在機筒中分解物料在模具中發泡而成
泡沫人造革則是將發泡劑混入聚氯乙烯糊中涂刮或壓延在織物上連續通過隧道式加熱爐物料塑化熔融發泡劑分解發泡經冷卻和表面整飾即得泡沫人造革
硬質聚氯乙烯低發泡板材管材或異型材則用擠出法成型發泡劑在機筒中分解物料離開機頭時壓力降到常壓溶入氣體即膨脹發泡如果發泡過程與冷卻定型過程配合得當就可得到結構泡沫制品
2）利用聚合過程中的副產氣體:
典型例子是聚氨酯泡沫塑料當異氰酸酯和聚酯或聚醚進行縮聚反應時部分異氰酸酯會與水羥基或羧基反應生成二氧化碳只要氣體放出速度和縮聚反應速度調節得當即可制是泡孔十分均勻的高發泡制品聚氨酯泡沫塑料有兩種類型軟質開孔型形似海綿廣泛用作各種座椅沙發的座墊以及吸音過濾材料等硬質閉孔型則是理想的保溫絕緣減震和漂浮材料
20世紀60年代發展起來的結構泡沫塑料以芯層發泡皮層不發泡為特征外硬內韌比強度（以單位質量計的強度）高耗料省日益廣泛地代替木材用于建筑和家具工業中聚烯烴的化學或輻射交聯發泡技術取得成功使泡沫塑料的產量大幅度增加經共混填充增強等改性塑料制得的泡沫塑料具有更優良的綜合性能能滿足各種特殊用途的需要例如用反應注射成型制得的玻璃纖維增強聚氨酯泡沫塑料已用作飛機汽車計算機等的結構部件而用空心玻璃微珠填充聚苯并咪唑制得的泡沫塑料質輕而耐高溫已用于航天器中
三泡沫塑料的特性
圖4 泡沫塑料的微觀結構
（1）容重很低可減輕包裝重量降低運輸費用
（2）具有優良的沖擊振動能量的吸收性用于緩沖防震包裝能大大減少產品的破損
（3）對溫濕度的變化適應性強能滿足一般包裝情況的要求
（4）吸水率低吸濕性小化學穩定性好本身不會對內裝物產生腐蝕且對酸堿等化學藥品有較強的耐受性
（5）導熱率低可用于保溫隔熱包裝如冰淇淋杯快餐容器及保溫魚箱等
（6）成型加工方便可以采用模壓擠出注射等成型方法制成各種泡沫襯墊泡沫塊片材等容易進行二次成型加工如泡沫板材經熱成型可制成各種快餐容器等另外泡沫塑料塊也可用粘合劑進行自身粘接或與其它材料粘接制成各種緩沖襯墊等
四泡沫塑料的種類
1按泡沫塑料的品種分類
EPE俗稱珍珠棉EPP俗稱保力龍EPS俗稱拿普龍軟質PU俗稱海綿硬質PU俗稱黑料UF俗稱花泥EVA俗稱鞋底料
圖5 珍珠棉
2按泡沫塑料的密度分類
高發泡塑料制品相對密度小于0.1中發泡塑料制品相對密度在0.1-0.4之間低發泡塑料制品相對密度大于0.4
3按泡沫塑料的硬度分類
軟質泡沫塑料彈性模量小于70MPa半硬質泡沫塑料彈性模量在70~700MPa之間硬質泡沫塑料彈性模量大于700MPa
圖6 海綿（軟質PU）
4按泡沫塑料制品內氣孔是否連通分類
開孔泡沫塑料指制品內各個氣孔相互連通可用于過濾材料閉孔泡沫塑料指制品內各個氣孔相互分隔因其不吸水可用于漂浮材料
5按泡沫塑料制品表面狀態分類
普通泡沫塑料制品內部與表面發泡程度相同結構泡沫塑料制品內部與表面發泡程度不同表面只含有少量氣孔或不含氣孔結構泡沫塑料可以代替木材因此也被稱為合成木材常用于汽車門把手等
圖7保力龍
五泡沫塑料的應用
泡沫塑料具有塑料的一般特性在熱性能電性能聲學性能方面具有特別的優越性能可以作為絕熱保溫吸聲防震介電漂浮等方面的材料同時泡沫塑料又有一定強度和剛度它可以與金屬非金屬面板木板纖維板膠合板玻璃鋼等復合材料等膠合成夾層板既可以作承力結構產品的承力構件同時又起著絕熱保溫吸聲隔音防震等作用自1940年在美國開始使用泡沫塑料以來已在建筑航空航海化工機械農業等部門得到了廣泛的應用
所有的熱塑性和熱固性樹脂都可以制成泡沫塑料但以下幾種樹脂的泡沫塑料因性能好而常用具體品種有PUPSPVCPEPP及PF等其產量可占整個泡沫塑料的90%以上不同樹脂生產的泡沫塑料具有不同的特點不同種類泡沫塑料的用途不同具體選用可分成如下幾個方面:
1絕熱方面
普通塑料制品的熱導率大都在0.15~0.22W/mK范圍內比普通塑料制品低15~50倍之多具有十分優異的隔熱性能因而常用作絕熱材料
常用作絕熱泡沫制品的樹脂有硬質PUPF脲醛和PS幾種隔熱性能大小依次為硬質PU>PF>PS其中硬質PU的熱導率為0.01-0.03W/mK僅次于硬質PU而PS稍差一點因絕熱用泡沫塑料大都在較高溫度下使用在具體選用時要注意不同品種的耐熱溫度PS為80℃PU和脲醛為95-100℃PF為120～130℃PVC為60～70℃因此在低溫時宜選用PSPVC在高溫時宜選用PUPF脲醛泡沫塑料的隔熱性很好又具有阻燃價格低及來源廣等優點但因其脆性大并吸水嚴重從而影響廣泛應用
現在采用現場發泡成型方法可廣泛用于建筑隔熱使房屋熱損失降低70%雖在我國應用不多但在美國卻很通用
在實際應用中具體的隔熱泡沫塑料制品有保溫箱如冷藏箱海鮮箱PS珠粒泡沫制品快餐飯盒PS低發泡制品房屋頂棚屋墻等電冰箱背板保溫層管材保溫護層等
圖8電冰箱保溫層
2隔音方面
在當今社會中噪聲的危害越來越大已經成為污染環境的第四大公害泡沫塑料具有優異的隔音性能在隔音應用領域的地位越來越重要隔音泡沫塑料具體應用在如下幾個方面電影院劇院演歌廳等墻壁裝飾材料和天花板材料采用隔音性能好的泡沫塑料吸音以防回音影響音質在建筑房屋的內間隔墻用泡沫材料制作具有隔音效果
常用的隔音用泡沫塑料材料有PU軟質泡沫塑料材料PS珠粒板PVC乳液PF及PE等
圖9KTV隔音泡沫塑料
3防震方面
泡沫塑料制品是一種很好的減震材料可用做高檔包裝材料如用于易碎品家用電器及精密儀器的包裝材料
可用于防震的泡沫塑料材料有EPSPE軟質和半軟PU等
4高回彈方面
利用高回彈性高發泡倍率的泡沫塑料大都具有較好的回彈性有的品種還具有高回彈性可用于體育器材鞋底沙發及坐墊等方面
具有高回彈性的泡沫塑料有PU和PE兩種并以軟質PU泡沫塑料最為常用
5輕質性和閉孔性方面
利用輕質性和閉孔性漂浮材料要求泡沫塑料的相對密度要小并且必須為高發泡倍率的閉孔泡沫塑料可用于漂浮泡沫塑料的樹脂主要有PVCPE及PS等
6仿木材料
仿木材料為低發泡的泡沫塑料它具有接近木材的可刨鋸釘等特點常用樹脂有PSPVC及PP等
7開孔性微孔泡沫塑料
開孔性微孔泡沫塑料具有透過液體的特性可用作過濾材料吸水材料和花木移植材料等具體可用的樹脂有F4醋酸纖維素硝酸纖維素PAPVC及PP等
8仿骨材料
結構泡沫塑料具有與骨骼一樣的結構其表層為密實材料賦予材料以強度內部為微孔材料賦予材料以輕質等優點仿骨材料常用PUPSPP材料制作
