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聚氨酯泡沫塑料(PU泡沫)——聚氨酯材料应用最广泛的产品

一、概述

聚氨酯泡沫塑料是由大量微细孔和聚氨酯树脂孔壁经络构成的多孔性聚氨酯材料,也叫“PU泡沫”,英文中称为“polyurethane foam”或“cellula polyurethane”。

聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯产品中用量最大的品种,在聚氨酯制品总量中所占的比例超过50%。

在欧洲,PU泡沫约占聚氨酯制品总量的55%,在亚洲约占65%,在美国约占70%。它的主要特征是多孔性密度低比强度高(比强度:强度和密度之比)。根据所用原料品种的不同以及配方用量的变化,可以制得不同密度、不同性能的软质半硬质以及硬质聚氨酯泡沫塑料,用于各种不同的用途。

在各种类型的泡沫塑料市场占有率中,PU泡沫约占50%以上。与其他泡沫材料相比,聚氨酯泡沫塑料在性能上具有许多特色,除密度低外,还具有无臭透气(开孔型)、高绝热性(闭孔型硬泡)、泡孔均匀耐老化耐有机溶剂侵蚀等特性,对金属、木材、玻璃、砖石、纤维等异种材料有很强的黏附性,这是其他泡沫材料有所不及的,因此受到了各行各业的欢迎。在保温材料应用领域,聚氨酯泡沫塑料已占据稳固的市场地位。

二、聚氨酯泡沫塑料的分类和特点

由于生产工艺的不同、配方组分可调性,聚氨酯可以制成许多不同品种的泡沫塑料。分类方式有以下几种:

1. 硬泡、软泡及半硬泡

按聚氨酯泡沫塑料的软硬程度,可分为软质聚氨酯泡沫塑料(简称聚氨酯软泡,PU软泡)、硬质聚氨酯泡沫塑料(聚氨酯硬泡,PU硬泡)以及介于两者之间的半硬质聚氨酯泡沫塑料(聚氨酯半硬泡,国外也有称作半软泡)。

聚氨酯软泡俗称聚氨酯海绵、泡棉,这类泡沫塑料弹性好,主要应用于各种热材、缓冲材料,如车船及家具沙发座椅的坐垫、靠垫及扶手、床垫、服装衬垫等。

聚氨酯硬泡质地更硬。低密度硬泡多为脆性材料。大多数聚氨酯硬泡是闭孔结构,采用低热导率发泡剂发泡,因而热传导率低,广泛用于各种隔热保温领域。高密度硬泡韧性好,强度高。

聚氨酯半硬泡具有一定的开孔结构,其承载性能好,吸收振动性能好,多用于缓冲材料、汽车部件等。

2. 高密度和低密度泡沫塑料

聚氨酯泡沫塑料根据用途的不同,有高密度和低密度之分。

3. 聚酯型聚氨酯泡沫塑料和聚醚型聚氨酯泡沫塑料

按采用的低聚物多元醇原料种类不同。聚氨酯泡沫塑料又可分为聚醚型和聚酯型两种。

聚酯型聚氨酯泡沫塑料强度高,但由于酯基不耐水解,泡沫的耐水解性能较差,并且聚酯多元醇成本偏高,也限制了其应用;聚酯型常用于服装衬垫等特殊应用场合。芳香族聚酯型聚氨酯硬泡韧性好,用于PIR结构板材。(芳香族:分子中含有苯环的一类有机化合物被称为芳香族化合物。)

聚醚多元醇品种丰富,成本相对较低,制品耐水解性能好,故在软泡市场以聚醚型为主,占据90%以上市场。

4.TDI(甲苯二异氰酸酯)型和MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)型泡沫

按原料多异氰酸酯种类的不同,聚氨酯泡沫可分为TDI型、MDI型及TDI/MDI混合型。目前,聚氨酯硬泡的多异氰酸酯原料基本上已采用粗MDI (也叫PAPI),在软泡生产中,这三种异氰酸酯类型的产品都存在,有的聚氨酯泡沫塑料采用液化MDI或预聚体改性MDI制造。

普通块状软泡一般以TDI为原料,采用TDI为异氰酸酯原料的软泡较为柔软,密度小;而高回弹泡沫一般以TDI与PAPI (或改性MDI)的混合物为异氰酸酯原料,从而获得较快的固化和承载性能。近20年来,熟化快、生产周期短的全MDI型模塑高回弹软泡被开发出来,并已形成一定的市场。

5. 聚氨酯泡沫塑料(PU泡沫)和聚异氰脲酸酯泡沫塑料(PIR泡沫)

按发泡时的异氰酸酯指数不同,聚氨酯硬泡可分为聚氨酯泡沫塑料(PU泡沫)和聚异氰脲酸酯泡沫塑料(PIR泡沫)。

一般聚氨酯硬泡发泡时的异氰酸酯指数(表征原材料中NCO基团的含量)在100左右。当原料中的异氰酸酯大大过量时,制得的PIR泡沫塑料的刚性、阻燃性比普通聚氨酯硬泡显著提高。

6. 开孔型和闭孔型泡沫塑料

闭孔型泡沫塑料中的气孔互相隔离,在水面有漂浮性大多数聚氨酯硬泡具有闭孔型泡孔结构,这是因为硬质泡沫塑料的形状对温度的变化不是很敏感,可以制得尺寸稳定的闭孔泡沫塑料。而闭孔的聚氨酯软泡会因温度而改变形状,冷却后会收缩变形,尺寸不稳定。

开孔型泡沫塑料中的气孔互相连通,在水中无漂浮性大多数聚氨酯软泡具有开孔结构,气体可以通过泡沫体。高开孔率的泡沫可以用于过滤等用途。网状泡沫塑料是经过特殊工艺制造的高开孔率软质或半软质泡沫塑料,用于过滤材料等。也有一类开孔型聚氨酯硬泡,可用于制造特殊的真空泡沫塑料隔热板材等,生产量很少。

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