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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(zhì)輕、隔熱、吸音、減震等特性，且介電性能優(yōu)于基體樹脂，用途很廣。幾乎各種塑料均可作成泡沫塑料，發(fā)泡成型已成為塑料加工中一個(gè)重要領(lǐng)域。
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圖1：發(fā)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(zhì)輕、隔熱、吸音、耐腐蝕、減震等特性，且介電性能優(yōu)于基體樹脂。泡沫塑料與純塑料相比，具有密度低、質(zhì)輕、比強(qiáng)度高（其強(qiáng)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(yōu)良的緩沖減震、隔音吸音性能，熱導(dǎo)率低，隔熱性能好，還具優(yōu)良的電絕緣、耐腐蝕、耐霉菌性能。軟質(zhì)泡沫塑料具有彈性優(yōu)良等性能。
幾乎各種塑料均可作成泡沫塑料，發(fā)泡成型已成為塑料加工的一個(gè)重要領(lǐng)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?；貜?fù)“PVC”查看更多文章
圖2：PS發(fā)泡線條生產(chǎn)線
無論采用什么方法制得，其基本過程都是發(fā)泡：
①液態(tài)或熔態(tài)塑料中引入氣體，產(chǎn)生微孔；
②使微孔增長到一定體積；
③通過物理或化學(xué)方法固定微孔結(jié)構(gòu)。
二、有哪些發(fā)泡方法？
按照引入氣體的方式，發(fā)泡方法有機(jī)械法、物理法和化學(xué)法。
1、機(jī)械法：
借助強(qiáng)烈攪拌，把大量空氣或其他氣體引入液態(tài)塑料中。工業(yè)上主要用此法生產(chǎn)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(diǎn)烴類或鹵代烴類溶入塑料中:
受熱時(shí)塑料軟化，同時(shí)溶入的液體揮發(fā)膨脹發(fā)泡。如：聚苯乙烯泡沫塑料，可在苯乙烯懸浮聚合時(shí)，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(fā)泡性聚苯乙烯珠粒。將此珠粒在熱水或蒸汽中預(yù)發(fā)泡，再置于模具中通入蒸汽，使預(yù)發(fā)泡顆粒二次膨脹并互相熔結(jié)，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(shí)，既可使用可發(fā)泡珠粒，將其一次發(fā)泡擠出成片材；也可使用普通聚苯乙烯粒料，在擠出機(jī)適當(dāng)部位加入鹵代烴，使之與塑料熔體混合均勻，當(dāng)物料離開機(jī)頭時(shí)即膨脹發(fā)泡。擠出法常用于制片材或板材，片材經(jīng)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(fā)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(zhì)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(fù)處理，把可溶性物質(zhì)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。
圖3：發(fā)泡劑，拍攝于2015年廣州橡塑展
3、化學(xué)法：
1）采用化學(xué)發(fā)泡劑:
它們在受熱時(shí)分解放出氣體。常用的化學(xué)發(fā)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(fā)泡劑和其他添加劑制成的配合料，放入注射成型機(jī)中，發(fā)泡劑在機(jī)筒中分解，物料在模具中發(fā)泡而成。
泡沫人造革則是將發(fā)泡劑混入聚氯乙烯糊中，涂刮或壓延在織物上，連續(xù)通過隧道式加熱爐，物料塑化熔融、發(fā)泡劑分解發(fā)泡、經(jīng)冷卻和表面整飾，即得泡沫人造革。
硬質(zhì)聚氯乙烯低發(fā)泡板材、管材或異型材則用擠出法成型，發(fā)泡劑在機(jī)筒中分解，物料離開機(jī)頭時(shí)，壓力降到常壓，溶入氣體即膨脹發(fā)泡，如果發(fā)泡過程與冷卻定型過程配合得當(dāng)，就可得到結(jié)構(gòu)泡沫制品。回復(fù)“發(fā)泡”查看更多文章
2）利用聚合過程中的副產(chǎn)氣體:
典型例子是聚氨酯泡沫塑料，當(dāng)異氰酸酯和聚酯或聚醚進(jìn)行縮聚反應(yīng)時(shí)，部分異氰酸酯會(huì)與水、羥基或羧基反應(yīng)生成二氧化碳。只要?dú)怏w放出速度和縮聚反應(yīng)速度調(diào)節(jié)得當(dāng)，即可制是泡孔十分均勻的高發(fā)泡制品。聚氨酯泡沫塑料有兩種類型，軟質(zhì)開孔型形似海綿，廣泛用作各種座椅、沙發(fā)的座墊以及吸音、過濾材料等；硬質(zhì)閉孔型則是理想的保溫、絕緣、減震和漂浮材料。
20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)泡沫塑料，以芯層發(fā)泡、皮層不發(fā)泡為特征，外硬內(nèi)韌，比強(qiáng)度（以單位質(zhì)量計(jì)的強(qiáng)度）高，耗料省，日益廣泛地代替木材用于建筑和家具工業(yè)中。聚烯烴的化學(xué)或輻射交聯(lián)發(fā)泡技術(shù)取得成功，使泡沫塑料的產(chǎn)量大幅度增加。經(jīng)共混、填充、增強(qiáng)等改性塑料制得的泡沫塑料，具有更優(yōu)良的綜合性能，能滿足各種特殊用途的需要。例如用反應(yīng)注射成型制得的玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯泡沫塑料，已用作飛機(jī)、汽車、計(jì)算機(jī)等的結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)
（1）容重很低，可減輕包裝重量，降低運(yùn)輸費(fèi)用；
（2）具有優(yōu)良的沖擊、振動(dòng)能量的吸收性，用于緩沖防震包裝能大大減少產(chǎn)品的破損；
（3）對溫、濕度的變化適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足一般包裝情況的要求；
（4）吸水率低、吸濕性小，化學(xué)穩(wěn)定性好，本身不會(huì)對內(nèi)裝物產(chǎn)生腐蝕，且對酸、堿等化學(xué)藥品有較強(qiáng)的耐受性；
（5）導(dǎo)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(jìn)行二次成型加工，如泡沫板材經(jīng)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(jìn)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(zhì)PU俗稱“海綿”；硬質(zhì)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(fā)泡塑料，制品相對密度小于0.1；中發(fā)泡塑料，制品相對密度在0.1-0.4之間；低發(fā)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(zhì)泡沫塑料，彈性模量小于70MPa；半硬質(zhì)泡沫塑料，彈性模量在70~700MPa之間；硬質(zhì)泡沫塑料，彈性模量大于700MPa。
圖6:海綿（軟質(zhì)PU）
4、按泡沫塑料制品內(nèi)氣孔是否連通分類：
開孔泡沫塑料指制品內(nèi)各個(gè)氣孔相互連通，可用于過濾材料；閉孔泡沫塑料指制品內(nèi)各個(gè)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(tài)分類：
普通泡沫塑料，制品內(nèi)部與表面發(fā)泡程度相同；結(jié)構(gòu)泡沫塑料，制品內(nèi)部與表面發(fā)泡程度不同，表面只含有少量氣孔或不含氣孔。結(jié)構(gòu)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(yīng)用
泡沫塑料具有塑料的一般特性，在熱性能、電性能、聲學(xué)性能方面具有特別的優(yōu)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(shí)，泡沫塑料又有一定強(qiáng)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(fù)合材料等)膠合成夾層板，既可以作承力結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的承力構(gòu)件，同時(shí)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(jī)械、農(nóng)業(yè)等部門得到了廣泛的應(yīng)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，回復(fù)“PVC”“PU”“PE”都有相應(yīng)文章推送。其產(chǎn)量可占整個(gè)泡沫塑料的90%以上。不同樹脂生產(chǎn)的泡沫塑料具有不同的特點(diǎn)，不同種類泡沫塑料的用途不同，具體選用可分成如下幾個(gè)方面:
1、絕熱方面：
普通塑料制品的熱導(dǎo)率大都在0.15~0.22W/(m?K)范圍內(nèi)，而泡沫塑料的熱導(dǎo)率則一般在0.01~0.04W/(m?K)范圍內(nèi)，比普通塑料制品低15~50倍之多，具有十分優(yōu)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(zhì)PU、PF、脲醛和PS幾種，隔熱性能大小依次為：硬質(zhì)PU>PF>PS。其中硬質(zhì)PU的熱導(dǎo)率為0.01-0.03W/(m?K)，PF的熱導(dǎo)率為0.02-0.04W/(m?K)，僅次于硬質(zhì)PU，而PS稍差一點(diǎn)。因絕熱用泡沫塑料大都在較高溫度下使用，在具體選用時(shí)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(shí)宜選用PS、PVC，在高溫時(shí)宜選用PU、PF。脲醛泡沫塑料的隔熱性很好，又具有阻燃、價(jià)格低及來源廣等優(yōu)點(diǎn)，但因其脆性大并吸水嚴(yán)重，從而影響廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)在采用現(xiàn)場發(fā)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(yīng)用不多，但在美國卻很通用。
在實(shí)際應(yīng)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(fā)泡制品，房屋頂棚、屋墻等，電冰箱背板保溫層、管材保溫護(hù)層等。
圖8：電冰箱保溫層
2、隔音方面：
在當(dāng)今社會(huì)中，噪聲的危害越來越大，已經(jīng)成為污染環(huán)境的第四大公害。泡沫塑料具有優(yōu)異的隔音性能，在隔音應(yīng)用領(lǐng)域的地位越來越重要。隔音泡沫塑料具體應(yīng)用在如下幾個(gè)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(zhì)；在建筑房屋的內(nèi)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(zhì)泡沫塑料材料、PS珠粒板、PVC(乳液)、PF及PE等。
圖9：KTV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EPS、PE、軟質(zhì)和半軟PU等。
4、高回彈方面：
利用高回彈性：高發(fā)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(fā)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(zhì)PU泡沫塑料最為常用。
5、輕質(zhì)性和閉孔性方面：
利用輕質(zhì)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(fā)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PVC、PE及PS等。
6、仿木材料：
仿木材料為低發(fā)泡的泡沫塑料，它具有接近木材的可刨、鋸、釘?shù)忍攸c(diǎn)。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(jié)構(gòu)泡沫塑料具有與骨骼一樣的結(jié)構(gòu)。其表層為密實(shí)材料，賦予材料以強(qiáng)度；內(nèi)部為微孔材料，賦予材料以輕質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。仿骨材料常用PU、PS、PP材料制作。
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