Вспененные материалы EPS, EPU, EPE, EPP, EPVC, EP, ESi, EBB. Характеристики процесса и детали применения.

Вспененные материалы EPS, EPU, EPE, EPP, EPVC, EP, ESi, EBB. Характеристики процесса и детали применения.

Обзор вспененных материалов

Вспененные материалы представляют собой особый вид материалов, их в процессе производства вводят в газ физическими или химическими методами, образуя материал с большим количеством микропористых структур. Эти микропористые структуры придают вспененным материалам множество уникальных свойств, таких как легкий вес, теплоизоляция, звукоизоляция, амортизация и т. д., и поэтому имеют широкий спектр применения во многих областях.

Классификация

Вспененные материалы в основном делятся на следующие категории:

1. химические вспенивающие материалы: за счет разложения газов при нагревании происходит образование однородных мелкопористых соединений в материале.

2. Физические вспенивающиеся материалы: пена образуется в результате расширения сжатого газа, улетучивания жидкости или растворения твердых веществ.

3. Поверхностно-активное вещество: введение воздуха под механическим воздействием для образования большого количества пены.

Распространенные типы

- Пенополиуретан (ЭПУ): отличная изоляция, легкий вес и эластичность.

- Пенополистирол (EPS): легкий, теплоизоляционный, звукоизоляционный, обычно используемый в упаковочных материалах.

- Пенополиэтилен (EPE): мягкий, гибкий, обычно используется в амортизирующих материалах.

- Пенополипропилен (EPP): хорошая термостойкость, химическая стойкость, подходит для суровых условий эксплуатации.

- Пенополивинилхлорид (ЭПВХ): хорошая химическая и атмосферостойкость.

- Фенольная пена (EP): высокая термостойкость, обычно используется в огнеупорных материалах.

- Силиконовая пена (ESi): высокая термостойкость и хорошая химическая стабильность.

-Пена на биооснове (EBB): получена из возобновляемых ресурсов, биоразлагаема и экологически безопасна.

Пенополистирол

Пенопласт, также известный как вспененный полистирол (EPS), представляет собой легкий пористый полимерный материал, изготовленный из полистироловой смолы посредством процесса физического вспенивания. Ниже приводится подробное описание пенополистирола:

Характеристики

- Легкий вес: EPS имеет очень низкую плотность, обычно около 1,05 г/см³.

- Теплоизоляция: благодаря своей структуре с закрытыми порами EPS обладает отличными теплоизоляционными свойствами.

- Звукоизоляция: пенополистирол также эффективен в шумоизоляции.

- Ударопрочность: EPS поглощает и рассеивает энергию удара и обладает хорошей ударопрочностью.

Как экономичный и практичный материал, пенополистирол имеет широкий спектр применения во многих областях, но также необходимо уделять внимание его воздействию на окружающую среду и обеспечению безопасности.

Процесс подготовки

Существует два основных процесса подготовки пенополистирола: одноэтапная пропитка (одностадийный процесс) и двухэтапная пропитка (двухстадийный процесс).

- Одношаговый метод: Мономер стирола, инициатор, диспергатор, воду, пенообразователь (например, пентан и бутан) и другие добавки смешивают и полимеризуют в реакторе с образованием частиц смолы, содержащих пенообразователь. После промывки, разделения центрифугированием и сушки получают шарики вспенивающегося полистирола.

- Двухэтапный метод: Мономер стирола сначала полимеризуют с образованием полистирольных шариков, а затем добавляют воду, эмульгатор, пенообразователь и другие добавки для нагрева и пропитки для получения вспениваемых полистирольных шариков.

Процесс формования

Существует также два основных метода формования:

1. Одноэтапный маршрут экструзии: частицы EPS подвергаются прямой горячей экструзии и формуются после вспенивания, что в основном используется для производства пластин и пленок.

2. Путь формования: частицы EPS предварительно вспениваются и подвергаются термической обработке, затем нагреваются и формуются в форме так, что поверхности частиц сплавляются в процессе расширения, образуя пенопластовую деталь.

Области применения

Пенополистирол широко применяется благодаря своему легкому весу, теплоизоляции, звукоизоляции, влагостойкости, гашению вибрации и отличным диэлектрическим свойствам:

- Утепление стен и крыши здания.

- Композитная изоляция плит.

- Холодильные склады, кондиционирование воздуха, теплоизоляция транспортных средств и судов.

- Пол с подогревом

- Украшение резьбой.

- Виброустойчивые упаковочные материалы для механического оборудования, инструментов, бытовой электротехники, изделий ручной работы и другой хрупкой и ценной продукции.

- Упаковка для фаст-фуда.

Воздействие на окружающую среду и переработка

Из-за стабильности материала EPS увеличение отходов EPS привело к так называемому «белому загрязнению». Поэтому особое внимание уделяется переработке пенополистирола, которая в основном включает в себя:

1. Переработка грануляции: Уменьшите объем отходов пенополистирола за счет нагревания, уплотнения, холодного дробления или холодного сжатия, а затем повторного гранулирования.

2. в качестве добавок низкой плотности и других материалов, смешанных с производством новых легких материалов, таких как легкие изоляционные материалы для кровли, изоляционные плиты из пенобетона.

3. растворяться в растворителях в качестве краски, клея или герметика.

4. использование химических методов крекинга, восстановление мономеров или получение сольвентного масла.

Полиуретановая пена

Пенополиуретан (ППУ) – полимерный материал, образующийся в результате реакции изоцианата и полиола под действием пенообразователя. Он обладает множеством свойств, в том числе хорошей теплоизоляцией, легким весом, эластичностью и химической стойкостью, поэтому имеет широкий спектр применения в строительстве, мебели, автомобилестроении, упаковке и многих других областях.

Компоненты и производственный процесс

К основным компонентам пенополиуретана относятся:

- Изоцианаты: распространенными являются толуолдиизоцианат (ТДИ) и дифенилметандиизоцианат (МДИ).

- Полиолы: они могут быть на основе полиэстера или простого полиэфира и влиять на конечные свойства пены.

- Вспениватель: обычно используется физический вспениватель или химический вспениватель, например вода, который вступает в реакцию с изоцианатом с образованием диоксида углерода, который образует структуру пены.

- Катализатор: ускоряет реакцию.

- Стабилизаторы пены: помогают стабилизировать структуру пены.

- Другие добавки: включая антипирены, пигменты, антиадгезивы для форм и т. д.

Производственный процесс обычно включает такие этапы, как смешивание, вспенивание и отверждение, и может производиться как непрерывным, так и периодическим методами.

Типы и свойства

По степени мягкости пенополиуретан можно разделить на мягкий, полужесткий и жесткий:

- Гибкая пена: обычно используется в мебели, постельных принадлежностях и т. д. для обеспечения комфорта и гибкости.

- Жесткая пена: в основном используется для изоляции зданий, холодильного оборудования и т. д., обеспечивая хорошие теплоизоляционные характеристики.

- Полужесткая пена: с характеристиками между мягкой и жесткой.

По способу производства пенополиуретан также можно разделить на:

- Блок-пенопласт: большие блоки пенопласта производятся непрерывным методом, а затем нарезаются на нужные формы.

- Формованная пена: вспенивается непосредственно в форме, т.е. из пенопласта изготавливаются изделия желаемой формы.

Области применения

Пенополиуретан имеет широкий спектр применения, в том числе:

- Мебель: диваны, матрасы, сиденья и т.д.

- Строительство: Стены, крыша и полы из теплоизоляционных материалов.

- Автомобильная промышленность: сиденья, материалы интерьера и т. д.

- Упаковка: для защиты хрупких предметов.

- Холодильное оборудование: для поддержания постоянной температуры и предотвращения утечек.

Воздействие на окружающую среду и переработка

Воздействие пенополиуретана на окружающую среду в основном характеризуется трудностью его разложения и выделением токсичных дымов при пожаре. Поэтому особенно важно изучение технологии переработки пенополиуретана, в том числе физическими и химическими методами. Физический метод перерабатывает пенополиуретан путем склеивания и формования под давлением, в качестве наполнителя, экструзионного формования и т. д., тогда как химический метод разрушает пенополиуретан и перерабатывает сырье путем алкоголиза, гидролиза, щелочного разложения, пиролиза и других методов.

Полиэтиленовая пена

Пенополиэтилен (PE Foam) представляет собой вспененный материал, изготовленный из полиэтиленовой смолы в качестве основного ингредиента путем добавления пенообразователей, сшивающих агентов и других добавок. Это очень важный амортизирующий материал со многими важными характеристиками и широким спектром

Характеристики

- Низкая плотность: плотность пенополиэтилена может быть очень низкой, вплоть до 0,01 г/см³.

- Хорошая амортизация: благодаря своей пористой структуре он обладает очень хорошей способностью поглощать удары.

- Термостойкость: способность сохранять стабильную работу при более высоких температурах.

- Низкое водопоглощение: хорошая химическая стабильность, не легко впитывает воду, хорошая устойчивость к большинству химической коррозии.

- Механические свойства: прочный, гибкий и устойчивый к трению.

- Технологические свойства: легко формовать и обрабатывать, дешевле.

Область применения

Пенополиэтилен имеет широкий спектр применения, включая, помимо прочего:

- Упаковочные материалы: используются в качестве буферной упаковки для прецизионных приборов и счетчиков, бытовой техники, хрупких изделий.

- Строительная отрасль: в качестве теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов.

- Сельское хозяйство: используется в качестве теплоизоляционного материала для питомников, овощей, дынь и фруктов.

- Изоляционные контейнеры: используются для изоляции замороженных и горячих продуктов.

Производственный процесс

Процесс производства пенополиэтилена обычно включает в себя следующие этапы:

1. Смешивание: равномерно смешайте сырье, такое как полиэтиленовая смола, пенообразователь и сшивающий агент.

2. вспенивание: пенообразователь разлагается при нагревании или другими способами с образованием газа и образованием структуры пены.

3. сшивание: заставить молекулы полиэтилена образовывать сетчатую структуру между собой химическими или физическими методами для улучшения стабильности и характеристик пены.

4. формование: обработка вспененного материала до желаемой формы и размера.

5. Постобработка: включая такие этапы, как охлаждение, резка и упаковка.

Виды продукции

Пенополиэтилен можно разделить на сшитые и несшитые:

- Сшитый пенополиэтилен: обладает лучшими механическими свойствами и термической стабильностью и делится на два процесса: радиационное сшивание и химическое сшивание.

- Пенополиэтилен несшитый: обладает большей гибкостью и эластичностью, но относительно низкими механическими свойствами.

Технические свойства

К основным техническим свойствам пенополиэтилена относятся:

- Плотность: варьируется в зависимости от кратности вспенивания, обычно в диапазоне от 26 до 53 кг/м³.

- Теплопроводность: низкая, обычно около 0,037 Вт/мК, что демонстрирует хорошие теплоизоляционные свойства.

- Влагопроницаемость: менее 4,2×10-¹¹ нг/(мс-Па), практически непроницаем для водяного пара.

- Водопоглощение: очень низкое, обычно не более 4%.

- Диапазон рабочих температур: широкий, от -100°С до 90°С.

- Горючесть: обычно самозатухающий, самозатухающий в течение 2 секунд после возгорания.

Полипропиленовая пена

Полипропиленовая пена (ПП-пена) — это разновидность пеноматериала с полипропиленовой смолой в качестве основного ингредиента, который изготавливается путем добавления вспенивателя и других добавок посредством специального процесса вспенивания. Он сочетает в себе превосходные характеристики полипропилена с легкими, теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами пенопласта, что делает его высокоэффективным материалом с широким спектром применения.

Характеристики

- Легкий вес: пенополипропилен имеет низкую плотность, что позволяет значительно снизить вес изделий.

- Теплоизоляция: Благодаря пористой структуре пенополипропилен обладает отличными теплоизоляционными и теплосберегающими свойствами.

- Звукопоглощение: Микроячеистая структура пенополипропилена придает ему хорошие звукопоглощающие свойства, что делает его пригодным для использования в качестве звукоизоляционных материалов.

- Химическая стойкость: полипропиленовый материал сам по себе обладает хорошей химической стойкостью, поэтому пенопласт также обладает этой характеристикой.

- Термостойкость: пенополипропилен выдерживает более высокие температуры и обладает хорошей термической стабильностью.

- Защита окружающей среды: пенополипропилен поддается вторичной переработке и при горении не выделяет токсичных веществ.

Приложения

- Автомобильная промышленность: используется при производстве бамперов, приборных панелей, дверных панелей и других компонентов для обеспечения поглощения энергии и защиты от ударов.

- Упаковочные материалы: используются для противоударной упаковки хрупких товаров и прецизионных инструментов.

- Строительная промышленность: используется в качестве теплоизоляционного и звукоизоляционного материала для повышения энергосберегающего эффекта зданий.

- Спортивное оборудование: используется при производстве средств плавучести, защитных подушек и т. д.

- Медицинская область: его можно использовать в упаковке медицинских изделий благодаря его нетоксичным и чистым характеристикам.

Производственный процесс

Процесс производства пенополипропилена в основном включает в себя физическое вспенивание и химическое вспенивание:

- Физическое вспенивание: структура пены формируется путем введения физического вспенивателя (например, диоксида углерода или азота) в расплав полипропилена с последующим контролем давления и температуры так, чтобы вспениватель разлагался с образованием газа.

- Химическое вспенивание: химические пенообразователи, такие как азосоединения, используются для образования пены путем разложения и образования газов в процессе нагрева.

Технические трудности

- Прочность расплава: вязкость полипропилена резко падает в расплавленном состоянии, что приводит к легкому разрыву и слиянию пор пены при вспенивании, что влияет на однородность структуры пены.

- Контроль температуры: контроль температуры во время вспенивания имеет решающее значение для качества продукта: слишком высокая или слишком низкая температура повлияет на эффективность пены.

Ход исследований

В настоящее время исследования пенополипропилена направлены на повышение эффективности вспенивания, улучшение структуры пены и улучшение механических свойств. Например, использование полипропилена с высокой прочностью плавления (HMSPP) может улучшить стабильность блистеров вспененного продукта и снизить плотность продукта. Кроме того, применение технологии сверхкритической жидкости также показывает большой потенциал в получении материалов из микроячеистого вспененного полипропилена.

Пена поливинилхлорид (ПВХ)

Поливинилхлоридная пена (ПВХ) — это разновидность пеноматериала, изготовленного из поливинилхлоридной смолы в качестве основного материала путем добавления вспенивателя и других добавок посредством физического или химического процесса вспенивания. Он обладает хорошими физическими свойствами и химической стабильностью и широко используется в строительстве, отделке, упаковке, производстве рекламы и других областях.

Характеристики

- Легкий вес: пенопласт ПВХ имеет низкую плотность, легкий вес, прост в обращении и конструкции.

- Теплоизоляция: структура с закрытыми порами обеспечивает хорошую теплоизоляцию и сохранение тепла.

- Звукоизоляция: пористая структура помогает поглощать звук и обеспечивает звукоизоляцию.

- Химическая стойкость: устойчив к большинству химикатов, не поддается коррозии.

- Устойчивость к погодным условиям: способен адаптироваться к различным климатическим условиям, устойчив к ультрафиолетовому излучению.

- Огнестойкость: пена ПВХ обладает определенным огнезащитным действием, что соответствует требованиям пожарной безопасности.

- Водонепроницаемость: структура с закрытыми порами делает его водонепроницаемым и пригодным для использования во влажной среде.

Области применения

- Строительная промышленность: используется в качестве изоляционного материала для крыш, стен, для повышения энергосберегающего эффекта зданий.

- Индустрия декора: используется для внутренней отделки, рекламных щитов, стеллажей и т. д., с хорошей эстетикой и практичностью.

- Упаковочная промышленность: используется в качестве противоударного буферного материала для защиты хрупких предметов.

- Рекламная продукция: используется для изготовления рекламных букв, вывесок и т.п. с хорошим визуальным эффектом.

Производственный процесс

Процесс производства пенопласта ПВХ в основном включает в себя физическое и химическое вспенивание:

- Физическое вспенивание: путем введения физического вспенивателя (например, диоксида углерода или азота) в расплав ПВХ давление и температура контролируются так, что вспениватель разлагается и выделяет газ с образованием структуры пены.

- Химическое вспенивание: используется химический пенообразователь, который в процессе нагрева разлагается и выделяет газы с образованием пены.

Технические трудности

- Равномерность пенообразования: обеспечить однородность пузырьковой структуры пенопласта ПВХ, чтобы избежать слишком высокой или слишком низкой локальной плотности.

- Прочность расплава: поддерживайте достаточную прочность расплава в процессе вспенивания, чтобы предотвратить разрыв пузырьковых отверстий.

Ход исследований

В настоящее время исследования пены ПВХ в основном сосредоточены на повышении эффективности пенообразования, улучшении структуры пены и улучшении механических свойств. Например, микроячеистое вспенивание с использованием технологии сверхкритической жидкости позволяет получать пенопласты ПВХ с более мелкими порами.

Фенольная пена

Фенольная пена представляет собой жесткую пену с закрытыми порами, изготовленную из термореактивной фенольной смолы путем вспенивания в определенных условиях с помощью пенообразователя. Он известен своими превосходными огнезащитными, теплосберегающими и теплоизоляционными свойствами и широко используется во многих сферах.

Характеристики

- Огнезащитный: фенольная пена обладает превосходными огнезащитными свойствами под действием пламени с карбонизацией, не капает, не скручивается и не плавится.

- Малодымный, нетоксичный: низкая плотность дыма при горении, практически нет токсичных газов.

- Высокая температурная стабильность: можно использовать в диапазоне температур -200.℃ до 200℃, и температура длительного использования высока.

- Хорошая теплоизоляция: закрытоячеистая структура обеспечивает хорошую теплоизоляцию, низкую теплопроводность.

- Стабильность размеров: структура бензольного кольца, небольшая скорость изменения размеров, отсутствие усадки или охрупчивания при длительном использовании.

- Химическая стойкость: устойчив к большинству неорганических кислот, органических кислот и органических растворителей.

- Экологичность: фреон не используется в качестве пенообразователя в производственном процессе, при разложении он не токсичен и не имеет запаха.

Области применения

- Строительная промышленность: используется в качестве изоляции наружных стен, изоляции крыши, огнестойкого изоляционного пояса и т. д.

- Авиация, корабли: благодаря легкости и пожаробезопасности подходит для внутренней теплоизоляции и конструкционных материалов.

- Нефтехимическая промышленность: используется для изоляции труб и оборудования, уменьшения теплопотерь и повышения энергоэффективности.

- Электроприборы, контрольно-измерительные приборы: используется в качестве изоляционного и теплоизоляционного материала для защиты оборудования от перегрева.

Производственный процесс

Производство фенольной пены в основном включает в себя следующие этапы:

1. Синтез фенольной смолы: реакция конденсации фенола и формальдегида под действием кислотного или щелочного катализатора.

2. Добавление пенообразователя и других добавок: добавьте необходимое количество пенообразователя, отвердителя, антипирена и т. д. в соответствии с требуемыми характеристиками.

3. Смешивание и вспенивание: равномерное смешивание при определенных условиях, так что вспенивающий агент разлагается и выделяет газ с образованием пенистой структуры.

4. Отверждение и формование: отверждение при определенной температуре и давлении с образованием конечного пенопластового материала.

Технические трудности

Основными техническими трудностями фенольных пен являются их высокая хрупкость и высокое соотношение открытых ячеек, что ограничивает их использование в некоторых приложениях. Чтобы улучшить его прочность и характеристики, исследователи модифицировали его с помощью химических и физических методов, таких как добавление армирующих материалов, таких как нитриловый каучук и стекловолокно, или улучшение его характеристик за счет обработки поверхности и композитных технологий.

Силиконовая пена

Силиконовая пена — это высокоэффективный вспененный материал, изготовленный из силиконовой резины в качестве основного материала физическими или химическими методами вспенивания. Ниже приводится подробное описание силиконовой пены:

Состав и характеристики

Силиконовая пена состоит из силиконовой резины и обладает следующими свойствами:

- Устойчивость к высоким температурам: широкий диапазон температурной устойчивости от -100.℃ до 300℃и может даже выдерживать мгновенные более высокие температуры.

- Химическая стойкость: хорошая устойчивость к большинству химикатов.

- Устойчивость к климатическому старению: хорошая устойчивость к атмосферным воздействиям на открытом воздухе.

- Электроизоляция: отличные электроизоляционные свойства.

- Физиологическая инертность: отсутствие раздражения организма человека, широко используется в медицинской сфере.

- Высокая эластичность и гибкость: даже при низких температурах сохраняет гибкость.

- Огнезащитный: свойства самозатухания, подходят для применений, требующих противопожарной защиты.

Производственный процесс

Процесс производства силиконовой пены включает в себя:

- Физическое вспенивание: газ вводится в силиконовое сырье посредством механического перемешивания с образованием пены.

- Химическое вспенивание: химический пенообразователь добавляется для образования газа и образования пены в процессе реакции.

- Отверждение при высокой температуре: структура пены отверждается и формуется при высокой температуре.

Области применения

Силиконовая пена имеет широкий спектр применения, в том числе:

- Аэрокосмическая промышленность: используется в качестве высокотемпературных изоляционных и герметизирующих материалов.

- Автомобильная промышленность: используется в качестве уплотнительных прокладок, амортизирующих материалов и изоляции кабелей.

- Медицинская сфера: для медицинских изделий и оборудования из-за его физиологической инертности.

- Строительная промышленность: в качестве тепло- и звукоизоляционного материала.

- Электронная промышленность: используется в качестве изоляционного и защитного материала для электронного оборудования.

- Предметы повседневного спроса: например, стельки для обуви, амортизирующие материалы для спортивного инвентаря и т. д.

Технические параметры

Свойства силиконовой пены можно описать разными техническими параметрами, например:

- Твердость: обычно в пределах 10-70 Шор А.

- Плотность: плотность пены можно регулировать по мере необходимости.

- Деформация сжатия: Скорость деформации сжатия пены под определенным давлением.

- Прочность на разрыв: мера способности пены сопротивляться разрыву.

Экологически чистый

Силиконовая пена – экологически чистый материал, не выделяющий вредных веществ и отвечающий многим экологическим стандартам.

Пена на биологической основе

Пена на биологической основе — это новый тип экологически чистого материала, который получают из возобновляемых ресурсов, таких как растения, остатки сельскохозяйственных культур или продукты микробной ферментации, и является биоразлагаемым или компостируемым. Ниже приводится подробное описание пены на биологической основе:

Состав и характеристики

Пенопласты на биологической основе в основном получают из материалов биомассы, таких как:

- Материалы растительного происхождения: например, кукурузный крахмал, сахарный тростник, древесная масса и т. д.

- Продукты микробной ферментации: например, полимолочная кислота (PLA) и сложные эфиры полигидроксижирных кислот (PHA).

- Биополимеры: например, хитозан, белки и т. д.

Эти материалы обладают следующими свойствами:

- Возобновляемые: полученные из растений или микроорганизмов, которые растут устойчиво.

- Биоразлагаемость: может разрушаться микроорганизмами в естественной среде.

- Экологичность: низкий углеродный след в течение жизненного цикла.

Производственный процесс

Процессы производства пенопластов на биологической основе обычно включают:

- Химический синтез: Синтез полимеров биологического происхождения посредством реакций полимеризации.

- Физическая обработка: пенопласты готовятся с использованием физических методов, таких как экструзия, формование и вспенивание.

- Биоферментация: Производство биополимеров посредством микробной ферментации.

Области применения

Пенопласты на биологической основе используются в широком спектре применений, в том числе:

- Упаковка: замена традиционных пенопластов для амортизации и защиты товаров.

- Строительная промышленность: в качестве тепло- и звукоизоляции.

- Автомобильная промышленность: для легких и внутренних материалов.

- Текстиль: в качестве утепляющего материала или наполнителя.

Технологические достижения

- Синтез полимеров биологического происхождения: исследователи разрабатывают новые мономеры биологического происхождения и методы полимеризации для улучшения свойств материалов и снижения затрат.

- Технология вспенивания: улучшая процесс вспенивания, можно контролировать размер пор и плотность пены для удовлетворения потребностей различных применений.

Воздействие на окружающую среду и устойчивость

Пенопласты на биологической основе оказывают низкое воздействие на окружающую среду, поскольку в конце своего жизненного цикла они биоразлагаемы или компостируются, что сокращает количество пластиковых отходов и загрязнения микропластиком. Кроме того, использование возобновляемых ресурсов снижает зависимость от ископаемого топлива и помогает сократить выбросы парниковых газов.