聚氨酯硬质泡沫塑料是一种性能优越的高分子合成材料,具有密度小、强度高、导热系数低、粘接性强、施工方便等特点。它既可作为绝热保温材料,又可作为结构承重材料,广泛应用于建筑、交通运输、冰箱、冰柜、石油化工管道、航空军用等诸方面。

随着聚氨酯硬质泡沫塑料应用范围的不断扩大,人们也逐渐认识到,提高聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃性是极为重要的。欧美等经济发达国家,对建筑、交通运输等部门,制定了严格的阻燃标准与规范,具体规定了聚氨酯硬质泡沫塑料在不同使用场合应达到的阻燃等级。经过科学家们多年的努力,聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃技术得到了迅速发展,国外已形成大规模工业化生产。

改革开放以来,随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高,聚氨酯硬质泡沫塑料的生产和应用在我国得到了迅速发展。但与经济发达国家相比,整体水平还不高,且不同行业间发展极不均衡。我国是冰箱生产大国,年产量已突破1000万台,居世界第一位。每年消耗的聚氨酯硬质泡沫塑料量约为5万t。另一方面,由于我国有关能源保护的法律法规还不够完善,对建筑物的保温要求不高,以及我国汽车工业发展水平还较为落后等原因,造成了我国的建筑和交通运输业对聚氨酯硬质泡沫塑料需求较少的局面,目前还处于起步阶段。近几年,我国牡丹江、上海、扬州等地相继建立了一批聚氨酯建筑复合夹芯板、冷藏集装箱、空调车辆生产企业,每年需消耗大量的阻燃性聚氨酯硬质泡沫塑料。最新颁布的《中华人民共和国消防法》,对建筑和交通运输部门所使用的聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃性能作了明确规定。由于目前国内生产的阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料的发泡料性能尚不能完全满足这些生产线的生产要求,所以这些厂家使用的发泡料大多是从国外进口的。为了满足市场对阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料的需要,我们开展了聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃性及其应用的研究。

将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、发泡剂及阻燃剂等原料按确定比例混合均匀,则可制成组合聚醚。11312 聚氨酯硬质泡沫塑料的制备控制好组合聚醚与异氰酸酯的料温及模具温度,按确定的配方称取组合聚醚与异氰酸酯,混合后在电动搅拌器上搅拌10s,随后倒入模具中,使其发泡。待泡沫熟化彻底后测定其性能。11313 聚氨酯硬质泡沫塑料性能测试泡沫性能按国家标准方法测试,力学性能采用SPL-10KN型万能材料试验机测试。氧指数采用GB2406280标准检测。

聚氨酯硬质泡沫塑料本身是一种易燃性高分子材料,燃烧过程中,泡沫与火源接触,温度升高,达到一定的温度时,泡沫就会发生热降解,产生可燃性气体,气体与空气中的氧气接触发生激烈的化学反应形成燃烧。燃烧过程中产生的大量反应热又促使泡沫塑料继续降解形成可燃性气体,如此一直循环下去直到泡沫塑料烧完为止。泡沫的热降解过程取决于泡沫本身的交联类型、交联密度及所含的其它成份等因素。

泡沫结构中,不同交联类型的热稳定性相差很大,异氰脲酸酯的热稳定性最好,在270℃时都不热降解,氨基甲酸酯的热降解温度为150～200℃,泡沫结构中几种主要交联类型的热稳定性如下:

异氰脲酸酯>N・N—二取代脲>氨基甲酸酯>缩二脲>脲基甲酸酯。增加泡沫的交联密度,将有利于提高泡沫的热稳定性,这是因为在聚合物整个结构网络中发生彻底瓦解之前,必须使更多的键发生断裂。

聚氨酯硬质泡沫塑料常使用的助剂有催化剂和泡沫稳定剂,催化剂大多为叔胺催化剂,研究表明,叔胺催化剂对泡沫的热降解影响不大。而作为泡沫稳定剂的硅油,燃烧的最终分解产物为二氧化硅,对泡沫的热降解过程有催化作用。这是因为二氧化硅能促使泡沫释放出更多的自由基,导致又一个相当于热辐射所裂解的自由基量,不再能被阻燃剂所捕获,从而增加泡沫的燃烧。

我们在实验中发现,单纯采用添加阻燃剂的方式提高泡沫的阻燃性能效果并不能令人满意,当阻燃剂的用量达到一定水平后,增加阻燃剂的用量已很难提高泡沫的阻燃性,而且阻燃剂用量的增加会引起泡沫物理机械性能的下降。而纯的聚异氰脲酸酯泡沫塑料由于脆性太大,且燃烧时有爆裂现象,几乎没有实际使用价值,需进行改性。通常人们所指的聚异氰脲酸酯泡沫塑料是指改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料。

聚异氰脲酸酯泡沫塑料的改性有环氧树脂改性、聚氨酯改性等方法。我们在实验中采用聚氨酯改性聚异氰脲酸酯,加适量阻燃剂的技术路线,研制生产的阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料,不仅具有优良的物理机械性能。而且具有较高的阻燃性能,产品经国家防火建材质检中心和南京市消防检测中心检测,燃烧性能达到GB8624B2级,氧指数可达2810。

聚氨酯硬质泡沫塑料是采用反应注射成形工艺生产,生产设备主要是各种型号的高压发泡机,由于固体阻燃剂对发泡机有一定的磨损作用,易造成发泡机计量系统损坏,因此,在一定程度上制约了它的使用。

由于阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料具有良好的阻燃性能、保温性能及作为建筑材料所需的刚性,因而在建筑业中得到了广泛的应用。目前,世界上用于建筑业的聚氨酯硬质泡沫塑料已占硬泡总产量的近一半,且正以年10%的速度递增。美国用于建筑的聚氨酯硬质泡沫塑料约占其硬泡总量的50%,日本约为43%。而我国的发展较为落后,不到世界平均水平的一半。聚氨酯硬质泡沫塑料在建筑业中的主要应用是生产各种复合板材。聚氨酯硬质泡沫塑料与混凝土、胶合板、金属板、木板、纤维板等材料有很强的自身粘接力,既可与这些材料配合使用,生产各种复合板材,也可单独使用生产无面材的聚氨酯板材。

聚氨酯硬质泡沫塑料也可采用浇注或喷涂的方式,直接在建筑物的表面或结构中发泡成形,既可起保温隔热作用,也可起隔音防水等作用。

交通运输业,是聚氨酯硬质泡沫塑料另一个重要应用领域,出于安全防火的考虑,有关部门对应用于交通运输业的聚氨酯硬质泡沫塑料提出了严格的防火要求。阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料可作为各类空调或冷藏车船的保温材料,也可用于制造各种冷藏集装箱。另外,在液化天然气船、化学品船等特种船舶中也有少量应用。

阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料在各类管道保温和军用航空领域也有应用。在日本,在管道保温中起支撑作用的管托,不仅需要具有优良的保温性能,而且氧指数需达28。美国在阿波罗登月计划中,就使用阻燃型聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料作为保温材料。另外,在导弹、直升飞机制造等领域,阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料也有广泛的应用。

与欧美等经济发达国家相比,我国的阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料发展水平还较为落后。但随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高,对聚氨酯硬质泡沫塑料需求也将日益增大,特别是《消防法》的实施,强制规定了聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃要求,必将进一步促进我国阻燃型硬泡的快速发展。

 

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