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【行業】泡沫塑料全面介紹

發表時間:2015-08-03 08:54【

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。

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??捎镁郾揭蚁?、聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯等樹脂制成。

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:

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、N,N′-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

(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。

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。

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。


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PU、PS、PVC、PE、PP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/(m•K)范圍內,而泡沫塑料的熱導率則一般在0.01~0.04W/(m•K)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PU、PF、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/(m•K),PF的熱導率為0.02-0.04W/(m•K),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PS、PVC,在高溫時宜選用PU、PF。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。

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。

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EPS、PE、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??捎糜谄∨菽芰系臉渲饕蠵VC、PE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PS、PVC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、PA、PVC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PU、PS、PP材料制作。

來源:百度百科 艾邦高分子整理

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