酚醛泡沫塑膠是近幾年發展起來的一類新型泡沫塑膠，以其耐燃性好、發煙量低、高溫性能穩定、絕熱隔熱、隔音、易成型加工及較好的耐久性而名列所有泡沫塑膠的前列，被稱為第三代新興保溫材料。
基本介紹
- 中文名：酚醛泡沫塑膠
- 別名：第三代新興保溫材料
- 特點：耐燃性好、發煙量低等
- 製成時間：1942年
- 分類：開孔型和閉孔型、硬質和軟質等
- 發泡方法：機械法、物理法、化學法
- 用途：建築和家具工業等
專家預測,歷史原因,分類,發泡方法,用途,性能,特點,設計選用要點,套用,
專家預測
今後幾年酚醛泡沫塑膠產值將以年均20%的速度增長。這是近日在河北省廊坊市舉辦的“2007東北亞暨環渤海國際商務節高新技術項目發布會”上獲得的信息。
酚醛泡沫塑膠在國外的研究和套用比較早。1942年以前，酚醛泡沫塑膠已在實驗室製成，並在第二次世界大戰初期開始得到套用。至今，國外已將其複合材料大量用於飛機、船舶、車輛、隧道、油井、礦山等防火要求嚴格的牆體、板材、部件等，現正轉向民用建築領域。
我國酚醛泡沫塑膠的開發較晚，二十世紀80年代末，北京化工大學承擔原化工部科研項目，開始從事酚醛泡沫塑膠的研究，該項目於1991年通過鑑定。北京化工大學經過十幾年努力，目前已經與國內幾家企業進行合作，共同開發了酚醛泡沫塑膠保溫材料的工業化產品，每家企業的年產規模在幾千到幾萬立方米水平。 業界專家分析認為，酚醛泡沫塑膠將在中央空調系統、輕質保溫彩鋼板、房屋隔熱材料、石油化工管道等領域大有作為。 中央空調系統用保溫材料 據預測，我國城鎮新建建築面積每年超過4億平方米，中央空調系統用保溫材料需求估計達320立方米。目前。保溫材料已在一大批國家及地方重點工程中套用於中央空調系統，節約了大量能源，同時彌補了傳統保溫材料耐久性、環保和防火等方面的不足。隨著國家建設發展。預計在未來三五年內，其市場還將進一步擴大。輕質保溫彩鋼板 保溫彩鋼板具有自重輕、保溫隔熱出色、承載力強、色澤鮮艷、安裝靈活、造價低等特點，從二十世紀80年代開始廣泛套用於工業廠房、倉庫、機場、體育場館、商務樓、停車場和民用住宅等建築，在已開發國家的套用更為廣泛。保溫彩鋼板具有質輕、節省場地、造價低、施工周期短、安全可靠、造型優美等優勢。其中，保溫芯材使用的傳統材料是聚氨酯和聚苯乙烯或玻璃棉、岩棉。隨著建築技術發展，芯材已開始向節能、環保和防火等綜合性能更加最佳化方向發展。國內最早生產經營彩鋼板的企業目前正在紛紛尋找新的芯材替代材料，酚醛泡沫塑膠是其待選材料之一。
歷史原因
相對於已開發國家，我國建築能耗較高，能源浪費嚴重。因此，建築節能是緩解我國能源緊缺矛盾、改善環保條件、減輕環境污染、促進經濟持續發展的一項直接的、廉價的系統工程，其中房屋隔熱是這一系統工程中的重要一環。根據《建築節能“九五”計畫和2010年規劃》，現有城鎮建築需進行節能改造的約有100億平方米，僅屋頂隔熱材料每年就需消耗1億多平方米，牆體材料就更多。酚醛泡沫塑膠在隔熱、防滲水、防火等方面遠勝於其他保溫材料，因此，酚醛泡沫塑膠在房屋隔熱方面的市場也一定會打開，並且在美國、日本、俄羅斯以及歐洲國家，都有這方面成功的先例可借鑑。 石油化工管道用保溫材料 石油化工是國民經濟基礎產業，需大量的各種管道支撐起一系列工藝過程。為了滿足生產要求，節約能源，改善勞動條件，工藝管道都需要進行隔熱處理。石油化工行業使用的傳統保溫材料在耐候性、耐腐蝕、環保、防火等方面大多存在這樣或那樣的缺陷。用酚醛泡沫塑膠替代則可避免。例如，上海高橋化工廠、高橋精細化工廠在生產中已經採用酚醛泡沫塑膠替代原來的保溫材料，並取得了很好的節能效果。石油化工行業每年進行的例行檢修，需要的保溫材料總量達10萬～20萬立方米，每年新建項目使用的保溫材料達到5萬～15萬立方米。因此，全行業保溫材料需求量較大。
分類
微孔間互相連通的稱為開孔型泡沫塑膠，互相封閉的稱為閉孔型泡沫塑膠。泡沫塑膠有硬質、軟質兩種。按美國試驗和材料學會標準，在18～29℃溫度下，在時間為5s內,繞直徑2.5cm的圓棒一周,如不斷裂,測試樣屬於軟質泡沫塑膠；反之則屬硬質泡沫塑膠。泡沫塑膠還可分為低發泡和高發泡兩類。通常將發泡倍率（發泡後比發泡前體積增大的倍數）小於5的稱為低發泡,大於5的稱為高發泡。
發泡方法
無論採用什麼方法發泡，其基本過程都是：
①在液態或熔態塑膠中引入氣體，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。
按照引入氣體的方式，發泡方法有機械法、物理法和化學法。
機械法：藉助強烈攪拌，把大量空氣或其他氣體引入液態塑膠中。工業上主要用此法生產脲醛泡沫塑膠，可用作隔熱保溫材料或影劇中布景材料（如人造雪花）。
物理法：常將低沸點烴類或鹵代烴類溶入塑膠中，受熱時塑膠軟化，同時溶入的液體揮發膨脹發泡。如聚苯乙烯泡沫塑膠，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，製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，再置於模具中通入蒸汽，使預發泡顆粒二次膨脹並互相熔結，冷卻後即得到與模具型腔形狀相同的製品（見圖）。它們廣泛用作保溫和包裝中防震材料。也可採用擠出成型法，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，使之與塑膠熔體混合均勻，當物料離開機頭時即膨脹發泡。擠出法常用於製片材或板材，片材經真空吸塑成型可製成食品包裝盒和托盤等。聚乙烯也可用類似方法製得擠出發泡製品。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、澱粉等和樹脂混合，成型為製品後，再將製品放在水中反覆處理，把可溶性物質溶出，即得到開孔型泡沫製品，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膠熔體相混，在玻璃微珠不致破碎的成型條件下，可製得特殊的閉孔型泡沫塑膠。
化學法：可分為兩類：① 採用化學發泡劑，它們在受熱時分解放出氣體。常用的化學發泡劑，如偶氮二甲醯胺、偶氮二異丁腈、N，N′－二亞硝基五亞甲基四胺、碳酸氫鈉等。許多熱塑性塑膠均可用此法作成泡沫塑膠。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製成的配合料，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，塗刮或壓延在織物上，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，就可得到結構泡沫製品。② 利用聚合過程中的副產氣體，典型例子是聚氨酯泡沫塑膠，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製品。聚氨酯泡沫塑膠有兩種類型，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。
用途
20世紀60年代發展起來的結構泡沫塑膠，以芯層發泡、皮層不發泡為特徵，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於建築和家具工業中。聚烯烴的化學或輻射交聯發泡技術取得成功，使泡沫塑膠的產量大幅度增加。經共混、填充、增強等改性塑膠製得的泡沫塑膠，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製得的玻璃纖維增強聚氨酯泡沫塑膠，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並咪唑製得的泡沫塑膠，質輕而耐高溫，已用於太空飛行器中。
性能
泡沫塑膠與純塑膠相比，具有密度低，質輕，比強度高，其強度隨密度增加而增大，有吸收衝擊載荷的能力，有優良的緩衝減震性能，隔音吸音性能，熱導率低，隔熱性能好，優良的電絕緣性能，具有耐腐蝕、耐黴菌性能。軟質泡沫塑膠具有彈性優良等性能。
特點
(1)容重很低，可減輕包裝重量，降低運輸費用；
(2)具有優良的衝擊、振動能量的吸收性，用於緩衝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、鹼等化學藥品有較強的耐受性；
(5)導熱率低，可用於保溫隔熱包裝，如冰淇淋杯、快餐容器及保溫魚箱等；
(6)成型加工方便，可以採用模壓、擠出、注射等成型方法製成各種泡沫襯墊、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製成各種快餐容器等。另外，泡沫塑膠塊也可用粘合劑進行自身粘接或與其它材料粘接，製成各種緩衝襯墊等。
設計選用要點
模塑聚苯乙烯泡沫塑膠 (EPS)板
(1) 自重輕，且具有一定的抗壓、抗拉強度，靠自身強度能支承抹面保護層，不需要拉接件，可避免形成熱橋。
(2) EPS板在密度30～50 kg/m的範圍內，導熱係數值最小；在平均溫度10℃，密度為20kg/m時，導熱係數為0.033～0.036W/(m·K)；密度小於15 kg/m時，導熱係數隨密度的減小而急劇增大；密度15～22 kg/m的EPS板適合做外保溫。
(3) 用於外牆和屋面保溫時，一般不會產生明顯的受潮問題。但當EPS板一側長期處於高溫高濕環境，另一側處於低溫環境並且被透水蒸氣性不好的材料封閉時；或當屋面防水層失效後，EPS板可能嚴重受潮，從而導致其保溫性能嚴重降低。
擠塑聚苯乙烯泡沫塑膠 (XPS)板
(1) 具有特有的微細閉孔蜂窩狀結構，與EPS板相比，具有密度大、壓縮性能高、導熱係數小、吸水率低、水蒸氣滲透係數小等特點。在長期高濕度或浸水環境下，XPS板仍能保持其優良的保溫性能，在各種常用保溫材料中，是目前唯一能在70%相對濕度下兩年後熱阻保留率仍在80%以上的保溫材料。
(2) 由於XPS板長期吸水率低，特別適用於倒置式屋面和空調風管。
(3) 還具有很好的耐凍融性能及較好的抗壓縮蠕變性能。
硬質聚氨酯泡沫塑膠(PUR)
(1) 使用溫度高，一般可達100℃，添加耐溫輔料後，使用溫度可達120℃。
(2) 聚氨酯中發泡劑會因擴散作用不斷與環境中的空氣進行置換，致使導熱係數隨時間而逐漸增大。為了克服這一缺點，可採用壓型鋼板等不透氣材料做面層將其密封，以限制或減緩這種置換作用。
(3) 現場噴塗聚氨酯泡沫塑膠使用溫度高，壓縮性能高，施工簡便，較EPS板更適於屋面保溫。
(4) 用於管道（尤其是地下直埋管道）和屋面保溫時，應採取可靠的防水、防潮措施。同時應考慮導熱係數會隨時間而增大，儘量採用密封材料作保護層。
(5) 由於使用溫度較高，多用於供暖管道保溫。
(6) 發煙溫度低，遇火時產生大量濃煙與有毒氣體，不宜用作內保溫材料。
(7) 雖然吸水率較低，但作為保溫材料，絕不能兼做防水材料。
聚乙烯泡沫塑膠(PE)
(1) 幾乎不吸水和幾乎不透水蒸氣，長期在潮濕環境下使用不會受潮，因而導熱係數能夠保持不變(EPS、PUR、PF等無法與之相比)，並且為軟質泡沫塑膠，具有很好的柔韌性。
(2) 壓縮性能較差，受壓狀態下使用時存在壓縮蠕變。
(3) 適用於低溫管道和空調風管。
酚醛泡沫塑膠(PF)
(1) 各項性能和價格與聚氨酯相當，只是壓縮性能較低；但是由於它的耐溫性和防火性能遠遠優於聚氨酯，所以特別適用於高溫管道和對防火要求嚴格的場合。
(2) 耐熱性、阻燃性遠遠優於聚氨酯及其他泡沫塑膠，長期使用溫度可高達200℃，允許間歇溫度高達250℃。
(3) PF氧指數高達50%，煙密度等級（SDR）為4，在空氣中不燃，不熔融滴落。按GB 9978-90進行耐火試驗時，試件無明顯變形，無竄火現象。
尿素甲醛現澆泡沫塑膠(UF)
(1) 耐老化、耐黴菌，乾燥後對金屬不腐蝕。
(2) 適用於夾心牆體和空心砌塊填充保溫。
(3) 硬化過程中有水分釋放，故其外圍材料應有良好的透水蒸氣性，以使硬化泡沫充分乾燥；如果套用空間長期處於潮濕狀態，或者材料不是用於保溫而是保冷，則應對潮濕問題特別加以考慮。
(4) 在乾燥過程中收縮較大（乾燥收縮率不大於4%），材料中有可能產生裂縫，而且在材料與空間的接觸面處容易產生鬆脫現象。如果不允許有此種現象發生，應事先向材料供應商提出。
(5) 存在甲醛釋放問題。
套用
濕法酚醛泡沫的主要套用是作絕緣材料，例如以板材和夾心嵌板的形式用於建築業，用於製造保溫貨車、卡車和船艙，也可用於低溫絕緣。濕法酚醛泡沫還可以作為吸聲板；它特別適於製造泡沫炭，此泡沫炭可耐3300℃的高溫，是一種非常好的耐火絕緣材料；玻璃纖維增強的酚醛泡沫可作為盛有可裂變材料容器的包裝材料，例如，密度為96kg/m³的玻璃纖維/酚醛泡沫在運輸中對盛有六氟化鈾的鋼瓶起保護作用，一方面防震，另一方面在高達1200℃的情況下，防止火災發生。用硼酸-草酸作固化劑製得的泡沫塑膠還可大大衰減中子流。此外，濕法酚醛泡沫還大量用於鮮花展覽和運輸，將鮮花插入吸飽水的酚醛泡沫塑膠中可延長花卉的壽命。
乾法酚醛泡沫可用於隔聲、隔熱，例如鋁板/低密度ΦK-20泡沫複合件可作為戰車的隔板，將發動機包圍起來，以減少熱和噪聲對車內人員的危害。鋁板/高密度ΦK-20泡沫複合件可作為戰車的吊籃底盤，以減輕重量。此外，鋁板/ΦK-20泡沫複合件還可作飛彈的尾翼。其他用途同濕法酚醛泡沫。
酚醛泡沫是一種品質優良的保溫材料，在其他保溫領域已經有了廣泛了套用，但在建築外牆保溫行業確是方興未艾。採用酚醛泡沫保溫裝飾板作外牆保溫材料，可同時滿足絕熱和防火的要求，其作為封閉與控制火勢的材料用於公共建築，就能夠從根本上杜絕有機易燃材料、無機材料的粉塵和細小纖維污染給人們帶來的安全和健康雙重危害。
