酚醛泡沫塑料性能的研究*

肖力光劉 剛李 媛張維鵬

(1:吉林建筑工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118;2:中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春 130021)

0 引言

酚醛泡沫塑料是一種新型難燃、防火低煙保溫材料，是由酚醛樹(shù)脂加入阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、固化劑及其它助劑制成的閉孔硬質(zhì)泡沫塑料.酚醛泡沫塑料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、耐熱性高，尤其耐燃性極優(yōu)等特點(diǎn)[1－2]，是建筑行業(yè)隔熱保溫的首選材料，能滿足高層建筑、大型文體娛樂(lè)場(chǎng)館、高速交通工具對(duì)隔熱、耐燃建材和構(gòu)件的需求.酚醛泡沫塑料有很好的透氣性，在建筑上，不會(huì)產(chǎn)生氣霧和霜的現(xiàn)象[3]，既有良好的絕熱性能，又有安全防火獨(dú)特性質(zhì)的酚醛泡沫塑料，必將越來(lái)越被建筑市場(chǎng)青睞[4].

1 主要實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用日本旭化成化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的、表觀密度為30 kg/m3的酚醛泡沫塑料保溫板，對(duì)比樣采用國(guó)產(chǎn)表觀密度為20 kg/m3的EPS保溫板.主要設(shè)備有CD－DR3030導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀;CDR－4P差示掃描量熱儀;SHIMADZU萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī);擺錘式懸臂沖擊試驗(yàn)機(jī)，沖擊速度為3.3 m/s;KYKY－2800型掃描電子顯微鏡(SEM).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 酚醛泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1 m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1°.在1 s內(nèi)，通過(guò)1 m2面積傳遞的熱量，用λ表示.由CD－DR 3030導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)得，日本旭化成化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的、表觀密度為30 kg/m3的酚醛泡沫塑料保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.026 W(m·k)，對(duì)比樣表觀密度為20 kg/m3的EPS保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.037W(m·k).可見(jiàn)，酚醛泡沫保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)比EPS的導(dǎo)熱系數(shù)更低，保溫效果更好.

2.2 酚醛泡沫塑料的熱性能

酚醛泡沫塑料的熱轉(zhuǎn)變參數(shù)是通過(guò)DSC技術(shù)來(lái)測(cè)試的.用差熱差示掃描量熱計(jì)測(cè)量物質(zhì)的焓變溫度(包括起始溫度、外推起始溫度和峰溫)，并以此來(lái)評(píng)價(jià)物質(zhì)的熱穩(wěn)定性.

酚醛泡沫塑料經(jīng)過(guò)CDR－4P差示掃描量熱儀測(cè)得的DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1，對(duì)比樣EPS泡沫塑料的DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2.

圖1 酚醛泡沫塑料DSC曲線

圖2 EPS泡沫塑料DSC曲線

由圖1可以看出，酚醛泡沫塑料玻璃化溫度221℃，在372℃之后曲線平緩，證明酚醛泡沫塑料在此溫度之后的區(qū)間內(nèi)沒(méi)有燃燒點(diǎn)，酚醛泡沫塑料在800℃內(nèi)不會(huì)燃燒;

由圖2可以看出，EPS泡沫塑料的玻璃化溫度為120℃，再次之后417℃出現(xiàn)熔融吸熱峰值，在449.7℃時(shí)候達(dá)到了分解放熱最高峰.

對(duì)比以上兩種保溫絕熱材料，酚醛泡沫塑料在遇高溫時(shí)候更安全，不會(huì)產(chǎn)生燃燒.

2.3 酚醛泡沫塑料的拉伸性能

酚醛泡沫塑料的拉伸性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 酚醛泡沫塑料拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)求得酚醛泡沫塑料的拉伸強(qiáng)度平均值為0.204 MPa.

2.4 酚醛泡沫塑料的沖擊強(qiáng)度

材料在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定塑性變形而不致破壞的性質(zhì)成為韌性或沖擊韌性.材料在外力作用下，直至斷裂前只發(fā)生很小的彈性變形，不出現(xiàn)塑性變形而突然破壞的性質(zhì)稱(chēng)為脆性，具有這種性質(zhì)的材料稱(chēng)為脆性材料.通過(guò)抗沖擊實(shí)驗(yàn)，可判斷材料的韌性或脆性的大小(見(jiàn)表2).

表2 酚醛泡沫塑料沖擊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2求得酚醛泡沫塑料的沖擊強(qiáng)度平均值為1.592 KJ/m2.可見(jiàn)，酚醛泡沫塑料抗沖擊性能比較差，脆性大.

2.5 酚醛泡沫塑料的微觀結(jié)構(gòu)

通過(guò)掃描電子顯微鏡可以看到，酚醛泡沫泡孔徑小，孔與孔分布較均勻，閉孔率高(見(jiàn)圖3)，這就是酚醛導(dǎo)熱系數(shù)低保溫效果好主要的原因.

圖3 酚醛泡沫塑料的微觀結(jié)構(gòu)

泡沫塑料的傳熱方式有3種:即氣相和聚合物相的熱傳導(dǎo)、氣相中的對(duì)流、泡孔壁的熱輻射，酚醛泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)小，具有優(yōu)良的保溫隔熱性能.

2.6 酚醛泡沫塑料的受熱體積變化

將酚醛泡沫塑料和EPS泡沫塑料分別切割成150 mm長(zhǎng)，100 mm寬，25 mm厚的試樣放在烘箱內(nèi)，可以發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間和溫度的增長(zhǎng)，EPS泡沫塑料逐漸縮小，而酚醛泡沫塑始終保持不變.通過(guò)觀察測(cè)試，兩種泡沫塑料升溫開(kāi)始30℃ ～90℃體積基本不變，升溫到105℃時(shí)，EPS泡沫塑料從原來(lái)的體積收縮了8%，升溫到140℃時(shí)，EPS泡沫塑料收縮了50%.當(dāng)火災(zāi)引起高溫時(shí)，EPS泡沫塑料保溫材料因受熱膨脹或縮小而導(dǎo)致墻面開(kāi)裂脫落，暴露在外的EPS泡沫塑料被引燃，迅速傳播蔓延而難以撲救.酚醛泡沫塑料始終呈水平直線狀態(tài)，甚至加熱到300℃以上也能保持體積不變，這說(shuō)明其熱穩(wěn)定性好.

3 結(jié)論

酚醛泡沫塑料是一種閉孔型硬質(zhì)泡沫塑料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、容重輕、絕熱能力大、使用溫度高以及防火性、耐化學(xué)性和抗老化性好的特點(diǎn).隨著建筑業(yè)對(duì)保溫材料耐火性和難燃性要求的越來(lái)越高，酚醛泡沫塑料優(yōu)異性的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V泛，它是建筑行業(yè)隔熱保溫的首選材料.

[1]李萬(wàn)利，李航昱，林 強(qiáng).酚醛泡沫塑料研究[J].塑料工業(yè)，2003，31(4):50－52.

[2]王志才，白培康.酚醛泡沫及其復(fù)合材料的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2011，38(5):106－109.

[3]王鳳武，方文彥.阻燃酚醛泡沫塑料的研制[J].淮南師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，4(3):9－10.

[4]賈偉華，姚 萍.酚醛泡沫塑料的增韌改性對(duì)阻燃性的影響[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2006(3):32－36.