2022-07-15 / 行业新闻

《刚性发泡芯材㊁ | 聚氨酯、酚醛树脂、PET、PVC、SAN、PES发泡材料代表产品、企业及创新应用》

如果工业制造和部件设计的关键要求是高刚度和低重量,那么刚性发泡芯材将是最佳选择的必选项。发泡芯材以其独特的性能广泛应用于夹层复合材料中,在绿色建筑、汽车工业、航空航天、海洋、风能、体育等行业展现出强劲的“硬核”实力,为国民经济发展奠定了高性能材料基础。

结构发泡芯材是一种复合材料,通常是热固性聚合物(但可以是热塑性塑料)在成型过程中与惰性物理气体(如氮气)或化学发泡剂结合而成。结果不是固体材料,而是低密度的微孔发泡与高密度外部表皮相结合。

发泡核心降低了材料的整体重量,而坚固的表皮使其保持坚固和抗冲击。这种材料的结构就像一个三明治,低密度的核心完全被高密度的表皮包围。由于其独特的核心质地,刚性结构发泡芯材通常比固体聚合物、铝、钢、片状模塑料或其他常用材料轻20%至40%。由于其不太坚固的性质,用于制造结构泡沫的基础材料通常是热塑性聚合物而不是热固性材料。常用的热塑性塑料包括但不限于:聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯醚(Noryl)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(Valox)和丙烯腈丁二烯苯乙烯等,本文为您介绍刚性发泡芯材:聚氨酯、酚醛树脂、PET、PVC、SAN、PES发泡材料代表产品、企业及创新应用。

刚性聚氨酯泡沫

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图源:daibo

聚氨酯泡沫芯,是不含氟氯化碳的膨胀聚氨酯制成,是一种闭孔芯,可以生产各种密度和厚度的面材、板材和定制产品,而高密度、阻燃硬质聚氨酯泡沫也可提供片材、块材或模塑制品。具有成本效益、用途广泛、坚固耐用的优势。虽然聚氨酯泡沫芯的结构特性可能不适合要求更高的应用,但它们被广泛用于增加厚度、创建截面形状、绝缘质量和浮选。

聚氨酯泡沫芯材是复合材料制造商的低成本芯材选择。硬质聚氨酯泡沫用于浮选、绝缘或作为芯材,如增加海洋立管、船体和其他海洋浮力应用。

全球聚氨酯硬泡的主要参与者有:

  • 3A Composites AirexBaltek
  • Coosa Composites
  • CoreLite Composites
  • Elliott Company of Indianapolis
  • General Plastics Manufacturing Co.
  • Space Age Synthetics, Inc.
  • NCFI Polyurethanes

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亨斯迈聚氨酯公司复合材料团队专注于不断提高芯材和树脂材料的物理性能、生产率、总成本和兼容性,设计了一种特殊的一站式解决方案,将其Vitrox RTM和Rimline FC聚氨酯材料组合结合起来。最终得到了一个集成的产品,可以为汽车设备制造商提供轻量化、设计自由度和简化制造方面的优势。

Rimline FC材料组合制造的泡沫芯材是复合材料部件强度和寿命可靠性的良好基础,可以改变密度和厚度,并可配备额外的性能,如耐温和耐火性。高温下的抗压性也意味着泡沫可以在复合材料成型过程中抵抗树脂压力,限制树脂渗入芯材。它是实现汽车复合材料部件(包括电动汽车电池盖和车底保护、门框加固和内饰及板)更经济、更大批量制造的关键因素,特别是夹层结构。

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LAST-A-FOAM ® RF-2200 是General Plastics Manufacturing公司提供的一种先进的介电材料,用于天线罩、天线和其他射频 (RF) 通信系统。这一系列可加工的闭孔聚氨酯泡沫为电气绝缘材料的需要最佳性能的应用提供了一个射频透明、低损耗的保护层。其 Tg 超过 350°F,通过改善热机械性能增加了客户的加工窗口。这使其适用于加工高温复合材料预浸料,例如天线罩和其他面板中的材料。

这种闭孔聚氨酯泡沫不吸水,确保信号性能。标准密度有 3、4 和 6 磅/立方英尺,并且可以提供其他密度以满足特定的介电常数和损耗角正切要求。这些泡沫的电性能已通过自由空间分析仪传输隧道测试充分表征,以向用户保证这种泡沫将按预期运行。LAST-A-FOAM低密度使其易于处理和加工,无论是加工成最终形状、组装成复合板,还是在空间框架天线罩中安装面板。

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图源:General Plastics

复合材料制造商ACP Composites通过其复合结构、板材、平板和其他定制应用支持许多行业。其中成功之一应用是为医疗设备公司Broncus Medical Inc提供夹层复合板。由于预算限制,采用高衰减、金属蜂窝核心是不可能的,而聚丙烯酰胺泡沫超出了价格范围,并且需要昂贵的工具来固化。

对于此应用,ACP 决定使用 General Plastics的 LAST-A-FOAM FR-3700 系列刚性聚氨酯泡沫用于夹芯板。FR-3700 是一种刚性、闭孔、阻燃聚氨酯泡沫,有多种密度可供选择。这种符合航空航天级、BMS 8-133 标准的泡沫材料比其他硬质泡沫材料更坚韧、更不易碎,由于其多孔结构和交联树脂,它还表现出高强度重量比。LAST-A-FOAM FR-3700 据说具有高抗吸水性,并且不会因暴露于水而膨胀、开裂或裂开。还可以切割更清晰的边缘,使其非常适合加工复合芯材的复杂形状。

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聚氨酯泡沫板的另一种使用方式是用于医疗行业中的患者定位台。这种类型的碳纤维桌通常使用聚丙烯酰胺泡沫芯,但是这种材料比聚氨酯泡沫更昂贵,交货时间更长。图源:ACP 

酚醛树脂发泡芯材

当防火、防烟和防毒性能是关键时,酚醛泡沫是首选的芯材。酚醛泡沫是一种用途广泛的材料,适用于热性能、防潮性、防火性能以及在某些情况下结构强度是关键性能标准的各种应用。酚醛泡沫是唯一可以提供这种独特优势的材料,可用于多种芯应用:如加热、通风和空调 (HVAC)的零件管板系统、建筑和施工的屋面墙板系统、工厂工程复合板、工艺、石化等高密度结构芯材。

尽管具有非常好的绝缘和材料性能,但酚醛树脂发泡系统在市场上的代表性不足。开发一种具有成本效益的制造工艺(挤出和注塑成型),以生产自支撑绝缘部件,成了该行业内厂家竞争的目标。

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Bakelite FoamSet阻燃试验 图源:Hexion Inc.  

全球酚醛泡沫的主要参与者有:

  • Johns Manville
  • FTI-Group
  • EPFA
  • Allnex
  • Prefere resin
  • the gillcorp
  • PROFESSIONAL PLASTICS

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图源:PROFESSIONAL PLASTICS

TRYMER Superce 酚醛绝缘材料是PROFESSIONAL PLASTICS开发的一种闭孔硬质酚醛泡沫绝缘材料,以大圆面包的形式供应,用于制造管壳、弯曲段、片材、罐和容器覆盖物以及用于各种隔热应用的其他形状。它具有非常低的导热性和极低的可燃性。这些特性使 TRYMER Supercel 酚醛绝缘材料成为商业建筑冷冻水管线管道绝缘的理想材料。

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图源:FTI 

FTI 新开发的酚醛泡沫芯材 FibaTherm™ 在实现出色的 FST 性能的同时,易于加工、快速固化且脆性极小。从技术上讲,FibaTherm™ 是一种具有良好抗压强度的复合泡沫,可以以块的形式提供,以进行机器切割、预切割或作为双组分液体模制成复杂的形状和管段。其抗压强度使其可用于需要承受负载的区域,例如石油和天然气行业的管道支撑区域或航空航天和铁路应用中的组件核心。

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图源:CoreLite

PET发泡芯材

聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 是一种热塑性泡沫塑料,具有高机械性能和同质闭孔细胞结构,专为满足高性能应用所需的物理需求而设计,包括承载静态和动态负载。抗疲劳性、化学稳定性和抗紫外线性都非常出色,吸水率很小。

PET发泡芯材可处理高达 150 °C (302 °F) 的加工温度,在高温处理过程中,它是热稳定的,不会发生脱气或膨胀。发生火灾时,不会产生有毒气体。对于最严格的防火安全要求,有出色的阻燃和自熄性能。与酚醛或铝皮结合使用可达到HL3认证。100% 可回收材料,由回收塑料瓶制成。PET 芯材可以加热并符合特定形状,并且随着越来越多的制造商意识到其始终如一的特性和优势,成为 PVC 泡沫芯的替代品。

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全球PET发泡材料的主要参与者有:

  • 3A Composites AirexBaltek
  • CoreLite Composites
  • DARCO Southern
  • DAVLYN Manufacturing Co
  • DIAB Group
  • Gurit
  • CASTRO COMPOSITES
  • USEON 
  • 安徽东远

Armacell 将所有基于 PET 的泡沫产品重新命名为 ArmaPET。涵盖了 Armacell 的所有基于 PET 的可持续泡沫产品解决方案,从风力涡轮机叶片、公路和铁路车辆到可持续建筑部件。据称,ArmaPET 可带来多种好处,包括延长风力涡轮机叶片的使用寿命、提高轨道车辆的防火安全性以及使轻型公路车辆的建造能够减少 CO2 排放。直到今天,阿乐斯已将超过 15 亿个回收塑料瓶转化为持久耐用的泡沫产品,改善了多种复合芯材的环境足迹。

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图源:castro composites

在结构核心专家Diab工程师的支持下,医药空运解决方案供应商 Envirotainer  开发了一种名为 RAP e2 的温控空运集装箱,用于安全运输 COVID-全球19种疫苗,为人们所依赖的救命药物提供安全可靠的解决方案。在 RAP e2 容器的开发过程中,团队决定用使用Diab PET结构发泡芯材的夹层复合材料取代更传统的铝/聚氨酯泡沫 (PUR) 结构,以提高热性能、结构性能和冲击性能。结果显示该类容器的绝缘值几乎是等效铝/PUR 容器的两倍,从而减小了用于温度控制系统的电池组的尺寸。在整个集装箱运输过程中,内部温度可以保持在恒定温度(-20 至 +40°C [-13 至 +104°F])。

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虽然PET是结构芯材的佼佼者,但其生产成本和市面成本一直是市场客户的焦灼点,且定价权一直被国外市场所掌控。乐见于国家发展倡导新能源、节能减排、节约环保的政策推动,国内风力发电、轨道交通、新能源汽车、建筑节能领域对PET泡沫的需求不断增长,刺激了国产队列突破技术垄断,从源头上建立回收体系,完备挤出设备生产线,追击PET发泡高性能的同时,进一步从外商手中夺回定价优势。

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图源:JWELL

众所周知,PET发泡是从PET瓶片造粒生产线开始的,这就是PET发泡材料的先天性环保优势。PET塑料的回收一般是指利用造粒机将使用过PET瓶,塑料瓶回收造粒机经过破碎、清洗、甩干、加温塑化、拉丝、冷却、造粒处理后,生成料粉PET,以供再制成PET相关产品。

上海金纬机械是国内挤出类塑料机械制造厂家,一直致力与同向平行双螺杆主机及配套辅机的生产和研发,PET瓶片及其它回收造粒。其免结晶干燥PET主机系列可以免结晶免干燥,综合能耗下降40% 。大产量PET瓶片造粒生产线达到2000KG/H。成为国内外大型回收企业的良好选择。

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图源:useon

挤出机是挤出生产线的核心。厂家在生产PET发泡材料时,挤出发泡会面临各种挑战,如挤出机结构组合方式、各种发泡剂的处理经验、各种造粒方式,以及冷却问题和密封问题。如若处理不妥当,会影响发泡材料的性能,甚至引发安全生产风险。

国内发泡挤出生产线的行业中,南京越升是率先开发该设备并生产PET泡沫板材的公司,助力国内市场以有限的预算应对PET市场的挑战。南京越升将灵活的双螺杆用于发泡挤出就可以实现一机多能的目的。从源头采用可回收的PET瓶片和环保型发泡剂作为主要材料,一步进行反应,混合和泡沫挤出,优越的机械性能更容易成型耐高温、力学性能和抗疲劳性极佳的PET发泡芯材。

上海汉塑机械拥有国内创新的PET发泡片材生产线,采用双节机的设备结构进行产品生产,在保证满足产品生产工艺的基础上实现产量的提升。上海汉塑机械实现从物料处理、主机螺杆结构、压力温度控制、模具成型到后期加工粘接全面国产化,从而大大降低了设备制造成本。

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图源:安徽东远

安徽东远拥有国内领先的PET挤出发泡生产线,其免干燥PET挤出发泡系列产品,凭借力学性能优异、耐热性好、抗疲劳性能优等,成为可持续发展的高性能发泡芯材,广泛应用在风电、高铁地铁、船舶、汽车、建筑、包装等领域。为国家新基建奠定了不可替代的PET硬泡基础。

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图源:Interfoam2021

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PET / ETFE 结构化泡沫芯材用于应用的定制太阳能电池板,从太阳能电池板设计到批量生产 图源:OPES-SOLUTIONS

PVC发泡芯材

PVC 交联和非交联泡沫是复合材料行业的支柱,在广泛的应用中表现良好。聚氯乙烯泡沫板是通过在受控空间和严格控制条件下膨胀反应液体来生产的。这会产生用于多种应用的各种泡沫密度。PVC 芯材重量轻、刚性好,具有使用寿命长、机械强度高(压缩、拉伸、剪切)和耐高温的特性,其横截面非常一致,并且可以很好地与树脂和层压结构粘合。PVC 泡沫表现出广泛的弹性,从混合的“交联”泡沫到“线性”泡沫。

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图源:CEL COMPONENTS SRL

PVC硬质泡沫作为复合材料行业的夹芯材料,交联聚脲和聚氯乙烯的独特组合产生令人印象深刻的机械性能重量。它具有传统材料的所有优点,可突破重量、腐蚀或设计限制。新一代增韧 PVC 泡沫现在也可以使用,它以交联 PVC 泡沫的一些基本机械性能换取线性泡沫的一些改进韧性。使用特殊的热稳定化处理,提高泡沫的尺寸稳定性,并减少在高温加工过程中放出的气体量。与轻木芯一样,刻痕和切割的 PVC 符合模具轮廓,并用于包括海洋、风能、运输和腐蚀在内的市场和产品领域。

全球PVC发泡材料的主要参与者有:

  • 3A Composites AirexBaltek
  • CoreLite Composites
  • DIAB Group
  • Polyumac USA, LLC
  • Gurit
  • Maricell
  • carbon-core
  • AC Plastics Inc
  • Laird Plastics
  • SINO

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图源:Polyumac USA, LLC

Stru-Cell P Grade 是Polyumac USA, LLC公司生产的一种高性能 PVC 泡沫芯材,为夹层复合结构设定了标准。除了具有出色的强度重量比外,它还在高温下提供良好的尺寸稳定性,其闭孔结构意味着它不吸水。它适用于广泛的海洋、公路/铁路运输、工业和建筑应用。
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图源:Maricell

Flexcell是全球闻名的PVC结构泡沫生产商Maricell的高抗冲击性泡沫力作,具有高断裂延伸率和剪切强度,适用于高速艇、海上休闲设施、火车等行业,以及雷达罩等曲面、复杂形状的产品。

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图源:SINO

SINO公司的FLEXcell一种具有高韧性的PVC泡沫,兼容性佳,有卓越的压缩强度和低树脂吸收率,兼具刚性佳、抗冲击性强、重量轻的特点,是高速船艇制造的理想材料。

苯乙烯丙烯腈 (SAN) 共聚物泡沫

苯乙烯丙烯腈 (SAN) 泡沫作为结构性闭孔热塑性芯材生产,具有高韧性和抗冲击性等特性。由于其化学稳定性和更高的耐热性,SAN 泡沫芯材可用于要求苛刻的应用,包括制造需要高压釜加工的热量和压力的有芯预浸料层压板。

SAN 泡沫的行为方式与增韧交联 PVC 泡沫相似。它们具有交联 PVC 芯的大部分静态特性,但具有更高的伸长率和韧性。因此,它们能够吸收入侵者的冲击能量。

全球SAN发泡材料的主要参与者有:

  • Gurit

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Corecell™ SAN 图源:Gurit

SAN 泡沫在许多应用中正在取代线性 PVC 泡沫,因为它们具有线性 PVC 的大部分韧性和伸长率,但具有更高的温度性能和更好的静态性能。然而,它们仍然是可热成型的,这有助于制造弯曲部件。热稳定等级的 SAN 泡沫也可以更简单地与低温固化预浸料一起使用,因为它们没有 PVC 中固有的干扰化学物质。典型的 SAN 产品包括 ATC Core-Cell 的 A 系列泡沫。

来自固瑞特的Corecell 芯材的开发是为了解决 PVC 泡沫的不足之处。与例如 PVC 或其他乙烯基酯基芯材相比,SAN 基泡沫是先行的芯材,因为它们具有天然的韧性和延展性。用作Intrepid公司的游艇太阳能电池面板将太阳光转化为电能的比例达到了创纪录的 24%(总功率为 2.6 千瓦),同时也增加了游艇的美观性。

热塑性聚醚砜(PES)泡沫

二乙烯基苯是由热塑性聚醚砜(PES)挤出制成的。这种泡沫是一种可回收的、与预浸料兼容的夹芯芯,具有出色的防火、防烟和防毒 (FST) 特性,以及良好的机械性能和加工特性。尽管其密度低,PESU颗粒泡沫因此可以在高温下实现具有良好尺寸稳定性的坚硬和坚固的组件。

全球PES发泡材料的主要参与者有:

  • Basf
  • DIAB Group

经过深入研究,巴斯夫展示了世界上第一个基于聚醚砜 (PESU) 的颗粒泡沫的原型。这种泡沫的特点是其独特的性能组合:耐高温、固有的阻燃性——以及极轻的重量以及出色的刚度和强度。鉴于其特性,这种泡沫被认为特别适用于汽车、飞机和火车中形状复杂的部件,这些部件需要出色的机械性能以及能够承受高工作温度或满足严格的阻燃要求的能力。可膨胀 PESU 颗粒预发泡成密度在 40 至 120 g/l 之间的小珠,并且可以使用市场上现有的泡沫加工技术加工成具有复杂 3D 几何形状的模塑部。

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图源:showtex

戴铂公司是世界上最大的结构芯材生产商之一,为广泛的市场提供服务,包括海运、风能、交通运输、航空航天和工业领域。其用于商用飞机内饰的可回收 PES 发泡芯材——Divinycell系列是商用飞机内饰的完美选择,专为商用飞机内饰、座椅和餐车开发。

Divinycell F 是一种基于聚醚砜 (PESU) 的可回收泡沫芯材,由巴斯夫的 Ultrason E 热塑性树脂制成。这种泡沫芯材是可回收的、与预浸料兼容的三明治夹芯泡沫材料,具有优异的防火、防烟和有毒性 (FST)、优异的力学和工艺特性。它可以延长使用周期,同时降低环境影响,满足美国和欧洲商用飞机内饰的监管要求。

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图源:DIAB Group

放远全球,无论国内还是海外,刚性泡沫以及结构芯材复合材料的发展为全球经济的复苏起到很好的推动和支撑作用,具有非常广阔的经济效益和社会效益。

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