田韞智，岳航

（黃淮學(xué)院，河南駐馬店 463000）

PF泡沫塑料對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料性能的影響*

田韞智，岳航

（黃淮學(xué)院，河南駐馬店 463000）

研究出一種具有較好穩(wěn)定性、保溫性能、力學(xué)性能和阻燃性能的酚醛樹脂（PF）/可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）復(fù)合泡沫塑料。在PF泡沫塑料顆粒基體中加入EPS發(fā)泡顆粒，充分混合固化，使PF泡沫塑料顆粒與EPS發(fā)泡顆粒緊密結(jié)合，EPS發(fā)泡顆粒被PF泡沫塑料顆粒包圍并相互隔離，再用模具發(fā)泡成型得到該復(fù)合泡沫塑料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PF的含量越高，穩(wěn)定性、力學(xué)性能和阻燃性能越好，保溫性能呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)PF的含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的表觀密度為38.4 kg/m3，熱導(dǎo)率為0.024 W/（m·K），彎曲強(qiáng)度為0.134 kPa，壓縮強(qiáng)度為323 kPa，極限氧指數(shù)為47.9%，煙密度等級(jí)小于15，熱釋放速率峰值小于250 kW/m2，綜合性能最好。

酚醛樹脂；可發(fā)性聚苯乙烯；復(fù)合泡沫塑料；性能

可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）泡沫塑料具有成本低廉、質(zhì)量輕、保溫效果好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑墻體、地暖的采暖保溫等領(lǐng)域。但是EPS泡沫塑料屬于易燃材料，在使用過程中易發(fā)生火災(zāi)，并且在燃燒過程中熱釋放速率高、產(chǎn)生熔滴等，目前如何提高其阻燃效果仍屬于亟待解決的問題［1–2］。

酚醛樹脂（PF）泡沫塑料具有阻燃、耐熱、隔熱、低煙低毒、耐化學(xué)腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好、吸聲性能高、易加工、粘附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［3］，廣泛應(yīng)用于建筑保溫、隔熱等領(lǐng)域［4］，但是PF泡沫塑料的材質(zhì)較脆、易掉渣，強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，使其推廣應(yīng)用受到限制［5–6］。

筆者通過在PF泡沫塑料基體中加入EPS發(fā)泡顆粒，制備了建筑PF/EPS復(fù)合泡沫塑料，該復(fù)合泡沫塑料具有耐燃性好、發(fā)煙量低等優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了PF泡沫塑料脆性大、易粉化等問題，在我國(guó)建筑材料市場(chǎng)有著廣闊的應(yīng)用前景［7］，并分析探討了PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料性能的影響［8–10］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

PF顆粒：2130，濟(jì)寧華凱樹脂有限公司；

EPS發(fā)泡顆粒：F–SB，寧波新橋化工有限公司；

吐溫80、甘油、正戊烷、磷酸、硫酸、對(duì)甲苯磺酸：分析純，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

發(fā)泡成型模具：自制；

攪拌多用機(jī)：SFJ-400型，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9203A型，上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

萬能制樣機(jī)：WZY-240型，承德大華試驗(yàn)機(jī)有限公司；

表觀密度測(cè)定儀：HM-105型，山東恒美電子科技有限公司；

熱導(dǎo)率測(cè)定儀：im-DRY3001型，天津英貝爾科技發(fā)展有限公司；

萬能試驗(yàn)機(jī)：IMAR-X型，天津英貝爾科技發(fā)展有限公司；

極限氧指數(shù)測(cè)定儀：JF-3型，南京江寧區(qū)儀器分析廠；

建材煙密度測(cè)試儀：Z801型，青島山紡儀器有限公司；

全尺寸多功能熱釋放速率實(shí)驗(yàn)臺(tái)：ZY6258型，東莞中諾（臺(tái)灣）質(zhì)檢儀器設(shè)備有限公司。

1.3 制備方法

準(zhǔn)備好攪拌器、回流冷凝管、溫度計(jì)、500 mL四頸瓶，正戊烷、吐溫80、固化劑（磷酸、硫酸、對(duì)甲苯磺酸的質(zhì)量比為1∶1∶1）、甘油、PF的物質(zhì)的量之比為5∶5∶15∶10∶65，將稱量好的正戊烷、吐溫80、固化劑、甘油依次加入四頸瓶中，充分混合，然后加入稱量好的PF，控制溫度86～88℃，恒溫回流反應(yīng)1 h，當(dāng)渾濁點(diǎn)為80～83℃時(shí)，反應(yīng)結(jié)束。加水?dāng)嚢?0 min，靜置分層，分去上層水分，干燥并粉碎得PF泡沫塑料顆粒。

準(zhǔn)備好攪拌器、回流冷凝管、溫度計(jì)、3 000 mL不銹鋼反應(yīng)器，將PF泡沫塑料顆粒1 kg和EPS發(fā)泡顆粒1 kg分別加入到不銹鋼反應(yīng)器中，充分混合后，加入0.5 kg固化劑（磷酸、硫酸、對(duì)甲苯磺酸的質(zhì)量比為1∶1∶0.5），開始攪拌，控制溫度在50～120℃之間，約120 min混合物固化。將混合物移入模具中，維持溫度50℃，約25 min，發(fā)泡成型，移出并自然冷卻到常溫，得到建筑PF/EPS復(fù)合泡沫塑料。

重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，制得不同PF泡沫塑料含量的PF/EPS復(fù)合泡沫塑料。

1.4 性能測(cè)試

表觀密度按照GB/T 6343–2009測(cè)試；

熱導(dǎo)率按照GB/T 10294–2008測(cè)試；

彎曲強(qiáng)度按照GB/T 8812–2007測(cè)試；

壓縮強(qiáng)度按照GB/T 8813–2008測(cè)試；

極限氧指數(shù)按照GB/T 2406–2009測(cè)試；

煙密度等級(jí)按GB/T 8627–2007測(cè)試；

熱釋放速率按GB/T 16172–2007測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 PF泡沫塑料含量對(duì)表觀密度的影響

圖1為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料表觀密度的影響。

圖1 PF泡沫塑料含量對(duì)表觀密度的影響

從圖1可以看出，當(dāng)PF泡沫塑料含量為20%～80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的表觀密度隨著PF泡沫塑料含量的增加而呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，說明PF泡沫塑料能夠明顯提高PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的表觀密度，當(dāng)PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的表觀密度達(dá)到最大值，為38.4 kg/m3。

2.2 PF泡沫塑料含量對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

圖2為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料熱導(dǎo)率的影響。

圖2 PF泡沫塑料含量對(duì)熱導(dǎo)率的影響

從圖2可以看出，當(dāng)PF泡沫塑料含量為20%～80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的熱導(dǎo)率隨著PF泡沫塑料含量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)PF泡沫塑料含量達(dá)到40%時(shí)，復(fù)合泡沫塑料的熱導(dǎo)率最小，此時(shí)的保溫性能最好；而當(dāng)PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的熱導(dǎo)率為0.024 W/（m·K）。

2.3 PF泡沫塑料含量對(duì)力學(xué)性能的影響

圖3為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料彎曲強(qiáng)度的影響。

圖3 PF泡沫塑料含量對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響

從圖3可以看出，隨著PF泡沫塑料含量的增加，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)PF泡沫塑料含量為40%～50%時(shí)，復(fù)合泡沫塑料的彎曲強(qiáng)度隨著PF泡沫塑料含量的增加快速上升并達(dá)到最大值，繼續(xù)增加PF泡沫塑料的含量，復(fù)合泡沫塑料的彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)先逐漸減小后逐漸增大的趨勢(shì)，但變化趨緩。當(dāng)PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，復(fù)合泡沫塑料的彎曲強(qiáng)度為0.134 kPa。

圖4為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料壓縮強(qiáng)度的影響。

圖4 PF泡沫塑料含量對(duì)壓縮強(qiáng)度的影響

從圖4可以看出，當(dāng)PF泡沫塑料含量為20%～80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度隨著PF泡沫塑料含量的增加而增大。當(dāng)PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度為323 MPa。

綜上所述，PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/ EPS復(fù)合泡沫塑料的力學(xué)性能最好。

2.4 PF泡沫塑料含量對(duì)阻燃性能的影響

圖5為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料極限氧指數(shù)的影響。

圖5 PF泡沫塑料含量對(duì)極限氧指數(shù)的影響

一般認(rèn)為，極限氧指數(shù)低于22%屬易燃材料，在22%～27%之間屬可燃材料，大于27%屬難燃材料。從圖5可以看出，當(dāng)PF泡沫塑料含量為20%～80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的極限氧指數(shù)隨著PF泡沫塑料含量的增加而增大，并且極限氧指數(shù)大于27%，達(dá)到難燃材料的指標(biāo)。當(dāng)PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的極限氧指數(shù)為47.9%。

圖6為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料煙密度等級(jí)的影響。

圖6 PF泡沫塑料含量對(duì)煙密度等級(jí)的影響

從圖6可以看出，當(dāng)PF泡沫塑料含量為20%～80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的煙密度等級(jí)隨著PF泡沫塑料含量的增加而降低，復(fù)合泡沫塑料的煙密度等級(jí)小于75，可以達(dá)到難燃材料的指標(biāo)。當(dāng)PF泡沫塑料含量≥40%時(shí)，煙密度等級(jí)小于15，可以達(dá)到不燃材料的指標(biāo)。

圖7為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料熱釋放速率峰值的影響。

從圖7可以看出，當(dāng)PF泡沫塑料含量為20%～80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的熱釋放速率峰值隨著PF泡沫塑料含量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。除了PF泡沫塑料含量為40%外，其余含量的熱釋放速率峰值均低于250 kW/m2，滿足阻燃泡沫塑料的要求。

圖7 PF泡沫塑料含量對(duì)熱釋放速率峰值的影響

圖8為PF泡沫塑料含量對(duì)PF/EPS復(fù)合泡沫塑料達(dá)到熱釋放速率峰值的時(shí)間的影響。

圖8 PF泡沫塑料含量對(duì)達(dá)到熱釋放速率峰值的時(shí)間影響

達(dá)到熱釋放速率峰值的時(shí)間越短，泡沫材料在火災(zāi)中的危險(xiǎn)性越大即越易燃燒。從圖8可看出，當(dāng)PF泡沫塑料含量為20%～80%時(shí)，達(dá)到熱釋放速率峰值的時(shí)間隨PF泡沫塑料含量的增加而延長(zhǎng)。

綜合以上分析，PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的阻燃效果最好。

3 結(jié)論

（1）隨著PF泡沫塑料含量的增加，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的表觀密度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

（2）隨著PF泡沫塑料含量的增加，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的熱導(dǎo)率呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)PF泡沫塑料含量為40%時(shí)，熱導(dǎo)率最低，保溫性能最好。

（3）當(dāng)PF泡沫塑料含量為40%～50%時(shí)，PF/ EPS復(fù)合泡沫塑料的彎曲強(qiáng)度隨著PF泡沫塑料含量的增加快速上升至最大值；壓縮強(qiáng)度隨著PF泡沫塑料含量的增加而增大。

（4）隨著PF泡沫塑料含量的增加，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的極限氧指數(shù)逐漸增大，煙密度等級(jí)逐漸減小，熱釋放速率峰值呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，達(dá)到熱釋放速率峰值的時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)。PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的阻燃效果最好。

（5）綜合分析，當(dāng)PF泡沫塑料含量為80%時(shí)，PF/EPS復(fù)合泡沫塑料的綜合性能最好。

［1]張勝，李玉玲，谷曉昱，等.聚苯乙烯泡沫塑料阻燃方法的研究進(jìn)展［J］.塑料，2013，42（4）：37–41. Zhang Sheng，Li Yuling，Gu Xiaoyu，et al. Research progress of flame-tetardant PS foams［J］. Plastics，2013，42（4）：37–41.

［2]王勇，崔正，董明哲，等.聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術(shù)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)塑料，2011，25（9）：6–10. Wang Yong，Cui Zheng，Dong Mingzhe，et al. Research progress in flame retardant technologies for polystyrene foams［J］. China Plastics，2011，25（9）：6–10.

［3]楊彥峰.酚醛泡沫的制備及纖維增強(qiáng)酚醛泡沫性能的研究［D］.北京：北京化工大學(xué)，2014. Yang Yanfeng. Preparation of Phenolic foam and reinforcement of phenolic foam with fibers［D］. Beijing：Beijing University of Chemical Technology，2014.

［4]王志才.酚醛泡沫及其復(fù)合材料制備與性能研究［D］.太原：中北大學(xué)，2011. Wang Zhicai. Research of preparation and property of phenolic foam and composite［D］. Taiyuan：North University，2011.

［5]趙宇航.功能酚醛泡沫塑料的制備及增韌改性研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2015. Zhao Yuhang. Study on preparation and toughness of functional phenolic foam plastics［D］. Taiyuan：Taiyuan University of Technology ，2015.

［6]高冬梅.酚醛樹脂的改性及其發(fā)泡研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2014. Gao Dongmei. Modificatin and foaming properties of phenolic resin［D］. Tianjin：Hebei University of Technology，2014.

［7]孫洪偉，藍(lán)云飛，朱勇飛，等.酚醛樹脂泡沫/發(fā)泡聚苯乙烯顆粒復(fù)合材料性能研究［J］.塑料科技，2015，43（11）：40–44. Sun Hongwei，Lan Yunfei，Zhu Yongfei，et al. Study on properties of phenolic resin foam/foamed polystyrene particles composites［J］. Plastics Science and Technology，2015，43（11）：40–44.

［8]路國(guó)忠，趙煒璇，張宇燕.酚醛樹脂改性模塑聚苯乙烯泡沫板的制備工藝及性能研究［J］.合成樹脂及塑料，2015（15）：52–55. Lu Guozhong，Zhao Weixuan，Zhang Yuyan. Research on preparation and performance of thermosetting polystyrene insulation board［J］. China Synthetic Resin and Plastics，2015（15）：52–55.

［9]位東，李永肖，李文軍，等.酚醛樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及其泡沫的研究［J］.化工新型材料，2011（10）：131–134. Wei Dong，Li Yongxiao，Li Wenjun，et al. Study on phenolic resin / montmorillonite nanocomposites and its foams［J］. New Chemical Materials，2011（10）：131–134.

［10]周金堂.酚醛泡沫及其復(fù)合材料的制備、改性與性能研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2014. Zhou Jingtang. Preparation，modification and Performance of phenolic foam and its composites［D］. Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2014.

Effects of PF Foam on Properties of PF/EPS Composite Foams

Tian Yunzhi， Yue Hang
（Huanghuai University， Zhumadian 463000， China）

The good stability，thermal properties，mechanical properties and flame retardancy phenolic resin （PF）/expandable polystyrene （EPS） composite foams were researched. EPS foam particles were added to the PF foam particles matrix，and the mixtures were fully mixed and cured， the PF foam particles and EPS foam particles are tightly combined，the EPS foam particles were surrounded by the PF foam particles and isolated from each other，then the PF/EPS composite foams are obtained by the foam molding mold. The results show that the content of PF foam is more，the stability，mechanical properties and flame retardant properties of the PF/EPS composite foams are better，the thermal insulation property shows a trend of increasing first and then decreasing. When the content of PF foam particles is 80%，the density of PF/EPS composite foam apparent is 38.4 kg/m3，the thermal conductivity is 0.024 W/（m·K），the bending strength is 0.134 kPa，the compressive strength is 323 kPa，the limited oxygen index is 47.9%，the smoke density is less than 15，the peak heat release rate is less than 250 kW/m2， the PF/EPS composite foam has best comprehensive performance.

phenolic resin；expandable polystyrene；composite foam；property

TQ325.2

A

1001-3539（2016）07-0114-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.07.022

*河南省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（122102310435）
聯(lián)系人：田韞智，碩士，講師，主要研究方向?yàn)榫坝^建筑城市生態(tài)、節(jié)能設(shè)計(jì)及技術(shù)

2016-04-21