酚醛泡沫研究開發進展

　　1、前言

　　距今100年前，也即1907年比利時裔美國人貝克蘭（Baekeland）提出了關於酚醛樹脂加熱加壓固化為塑膠製品的發明專利，實現了酚醛樹脂工業化生產技術。由於酚醛塑料製品具有電氣絕緣性和尺寸穩定性好、耐熱難燃、價廉物美等特點而得到廣泛應用。第一家酚醛樹脂工廠在1910年建于德國柏林附近，廠名貝克萊特（Bakelite），它是世界上第一家合成高分子樹脂工廠。因為人類在這一年首次開始合成高分子化合物的工業化生產，有人提議將這一年稱為合成高分子元年。而今年正值貝克蘭發表第一篇專利的100周年，也是我們酚醛樹脂製品行業值得紀念的一年。

　　貝克蘭在創建柏林工廠數月後，又在美國新澤西州建立一座酚醛樹脂製品公司，名為通用貝克萊特（General Bakelite）公司，1922年改組成立了通用電氣（General Electric）公司。1914年日本三共公司也引進了酚醛樹脂技術，並在東京開始生產。以後又演變成現在的住友貝克萊特（Sumitomo Bakelite）公司。1938年上海大星化工廠聘請了從日本歸來的華人技師也開發了生產了酚醛樹脂及塑膠製品，成為我國第一家合成高分子樹脂工廠。

　　2、酚醛泡沫的由來

　　酚醛泡沫（PF）是酚醛樹脂塑膠工業發展過程中的一個組成部分。早在第二次世界大戰初期，首次報導了德國研製成功酚醛泡沫，它替代輕木應用於航空工業機構材料用。

　　1944年美國九大航太航空公司發起成立了尖端材料技術協會（Sociaty for the Advancement of Material and Engineering 簡稱SAMPE,總部設在美國加州）,任務是解決航太航空製造業所需要的材料和技術。八十年代國外科學家通過酚醛樹脂及其製品的研究，發現PF泡沫具有突出的難燃、低煙、低毒性能(Fireproof，low Smoke，low Toxicity，簡稱FST特性)，且PF泡沫製品比重特輕(0.03-0.08)，還具有優異的節能保溫和隔音作用。

　　九十年代以來包括PF泡沫在內的酚醛複合材料得到很大發展。首先它們受到英美等國軍方的重視，將其應用於航太航空，國防軍工領域，如太空梭隔熱瓦、火箭燒蝕材料、民用飛機艙壁、潛艇隔熱隔音材料等.後來又被應用於船舶、車站、油井等防火要求嚴格的場所，並逐步推向民用建築等領域。九十年代初期，我國香港地區已從英國引進PF泡沫用於一百多幢大廈中央空調系統風管的保溫.。

　　3、酚醛泡沫的現狀

　　3.1、國外

　　1990年筆者參加了國際最大的科技組織之一的SAMPE（尖端材料技術協會）。1994年當選為該協會國際理事後，利用每年赴美參加SAMPE理事會的機會，對一些PF泡沫及其複合材料廠商進行考察並參與共同合作實驗。現將這些公司開發及應用情況介紹如下。

　　3.1.1 阿派奇（APACHE）公司開發出一種性能優異的難燃、耐熱、保溫的複合材料，他的結構的是中間為PF泡沫（密度48㎏/M3），表面為彩色鋼板（厚度為0.5∼0.6mm）或其他難燃薄板。這稱為"酚醛泡沫夾芯板"（PFSP）的產品是通過全自動連續發泡複貼設備一次成型制得。這種先進設備的特點：可承受5psi的發泡壓力；可生產48英寸寬的夾芯板材，不需粘合劑，可生產中間為PF泡沫，二邊為塑膠、金屬、牛皮紙、膠合板等複貼夾芯板；可生產帶企業槽的軟質或硬質貼面夾芯板。

　　3.1.2 奇樂公司（GILL）公司是一家族企業，創建於1945年。早年以生產玻璃鋼起家，後轉產飛機用蜂窩板材等高級複合材料。八十年代由於航空工業需要開始研製PF泡沫，商品名Gillfoam2019，密度從4PCF到20PCF（磅/立方英尺）。產品符合聯邦航空安全條例（FAR）嚴格要求，也即是：它能達到很低的燃燒、煙霧、毒氣（FST）性能和熱釋放量，設備採用熱壓機，以不連續方式密閉發泡固化，產品泡孔細密均勻，強度優於其他工藝。由於採用模壓生產各種複雜形狀的製件，其中尤以PF泡沫填充於Nomex蜂窩結構的夾芯板更具特色。熱穩定性最高可達232℃，是飛機內艙壁最理想用材。

　　3.1.3 美國泡沫技術公司（AFT）的新型PF泡沫"Thermo-Cor 2"中採用化學發泡劑代替能破壞大氣臭氧層的含氟化合物。生產工藝可採用噴槍或擠出成型。密度分為4、8、12、17、20 PCF五種等級。據介紹該產品的強度與具有同等密度的普通PF泡沫要高。據稱它完全符合FAR25.853的各項技術指標，在400°F高溫中不分解。因此以該產品為芯材製成的複合材料可用在飛機、高速列車、船舶發動機罩以及醫院等防火要求嚴格的部位。

　　3.1.4 愛素卡公司（ISORCA）開發的"ALBA-CORE"PF泡沫可用玻纖、玻璃棉織墊、蜂窩材料等在模具內一次完整地製成平整或彎曲的複合材料。密度9PCF，厚度0.125英寸至6英寸。以這種泡沫為芯材通過各種成型工藝直接發泡並與表皮複合而無需粘合劑制得複合材料。據稱該公司已接受美國海軍任務，將它用作潛水艇壓艙水箱材料。它能大大降低艇內水泵及機械轉動而引起的噪音，就不易被敵人的聲納偵探出來。

　　3.1.5 美國複合材料技術公司（ACT）研製開發的"TUFFCLAD"複合材料是以PF泡沫為芯材同時表面覆蓋幾層浸過酚醛樹脂的玻纖織物一起通過拉擠成型（PULTRUSION）得到的全酚醛夾芯板。其原料酚醛樹脂是由美國塑膠工程公司提供的牌號為PLENCO。據稱這種夾芯板質輕難燃、隔熱隔音，已用作飛機內飾夾芯壁和冷藏集裝箱箱體。

　　3.1.6 英國石油化學公司（BP）早在八十年代就已經開始發展PF泡沫，商品名"Cellobond"。它幽分成四大類。

　　（一）大塊泡沫

　　可用電腦程序控制仿形線切割機切成泡沫保溫板材或管殼。

　　（二）貼面泡沫薄板

　　可直接用於建築內裝飾板材。

　　（三）現場澆注泡沫

　　可在室內外15℃以下澆注大型儲蓄、反應器和管道等保溫層。

　　（四）噴塗泡沫

　　用噴塗槍噴塗礦井、隧道、地下建築表面隔熱保溫層。

　　3.1.7 澳大利亞酚醛泡沫工業公司（PFI）在80年代初就已開發並生產出名為"Insulboard"的PF泡沫板。其標準尺寸為2400×1200×50mm，價格為10.10美元/塊，這種白色鋁皮製成的輕質夾芯板，價格為50.74美元/塊。如果複合13mm厚的石膏板，中間泡沫芯材為24mm的防火牆，價格為20.48美元/塊，這種防火牆可保證在一小時內著火不會燒穿牆體。此外，該公司也出售以PF泡沫為基材的保溫管殼、吊頂板、可拆卸辦公室隔牆等。

　　3.1.8 法國哈蒙工業公司（HAMON）用PF泡沫芯材複合酚醛FRP面板製成的防火門。經測試，90分鐘燃燒，沒有產生毒氣。另外一項試驗是將防火門一側加熱升溫到1030℃，另一側門不會超過65℃。據報導法國丹比而（Dampierre）核電站原來的鋼制玻棉芯材防火門現在已經全部用哈蒙公司PF泡沫防火門代替。除質輕和不鏽的原因外，更重要的是，鐵制防火門中的玻棉因吸濕而下沉，數年後就再也不能起到隔熱作用。

　　3.1.9 日本旭有機材工業公司以其自身開發的Resol型液體酚醛樹脂用非離子型表面活性劑作整泡劑，加上氟利昂發泡劑和有機酸固化劑，在東邦機械公司的PA-210發泡機上進行高速混合，然後注入低壓模具發泡固化。產品尺寸為1800×900×25mm,複合牛皮紙或其他表皮可用作輕質牆體材料。

　　以上可見，國外用PF泡沫或PF泡沫製成的複合材料已大量用與飛機、船舶、車輛、隧道、油井等防火要求嚴格的艙體板材、保溫管殼等。專家預測將以20%年增長速率發展，現正在轉向民用建材市場。

　　3.2 國內

　　早在八十年代我國很多大專院校和科研單位對PF泡沫已經作了大量研究工作，發表了很多文章，但是未有工業化生產。直到1989年常熟塑膠廠引進美國康尼來克（Korylak）公司的發泡機組，進行開孔型PF泡沫的工業化生產，用來提供花卉市場的插花用泡沫（Flora foam,也名花泥）。該廠原來也生產過保溫材料用閉孔型PF泡沫，但品質不太好，加上當時建材市場對PF泡沫這種新型保溫材料不太瞭解，銷售很困難。隨著人民生活水準日益提高，而花泥在花卉市場也銷路大增。後來1997年常熟塑膠廠與美國知名的綠洲（Oasis）花泥公司合資，組成常熟綠洲花卉泡沫有限公司，花泥銷售量在我國市場佔有率已超半。

　
　　4.酚醛泡沫的進展

　　4.1 科爾酚PF泡沫管道工程項目-Belform Insulation (CA)

　　科爾酚(Koolphen)在全世界已成功地應用于管道工程項目達十年以上，諸如英國的造酒業，阿曼的多家醫院，香港的多家賓館，以及美國許多重大項目。事實上已有成千上萬管道工程項目用於科爾酚保溫管道。全部科爾酚保溫管道都帶有凹凸邊緣和凹槽介面以利提高隔熱效果。

　　4.2 三聚物105改性PF泡沫-CP Cemical Company (US)

　　三聚物（Tripolymer）105是由亞甲基聯接的改性共聚合物，是一種非常穩定的產物，用三聚物，用三聚物泡沫填滿的水泥砌塊樣品在水，細菌或機械壓力下，經過25年後實際上毫無損傷跡象。三聚物泡沫是經過特殊設計配製的保溫材料，可用于高效隔熱隔音填縫保溫材料。36年來已有超過3.9億平方英尺安裝於新建和既有的民用和商用建築上。

　　三聚物體系產品用於磚石砌塊內芯填充以提高這種磚石類型建築的隔熱性能。其總熱阻超過一般保溫材料的一倍以上。三聚物系列產品不論在新建或現有磚石建築上都能方便而高效地施工。可以在建造時澆注，也可在建造完再加壓澆注的方法進行施工。

　　三聚物已經在大量商用和民用建築工程項目中得到施工應用。包括以下知名建築：

　　世界貿易中心（已在1911事件中炸毀）

　　美國宇航局（NASA）技術專案大廈

　　波音（Boeing）飛機製造公司

　　萬豪（"on" UnitName="℃" SourceValue="185" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">185℃,含氧量8%的操作環境。

　　他們正在促進推動他們的材料進入廣大的市場和新專案中，包括應用於海上油井,航太,國防,船舶和公共交通工具。

　　4.5 夾心板全連續自動化生產線-Cannon Group (IT)

　　Cannon製造和銷售用於生產聚氨酯和酚醛泡沫保溫夾心板的全連續自動化生產線,產品用於民用和工業用建築業.夾心板厚度最大為250mm,表皮複合柔軟薄片或硬的金屬板。配料中酚醛樹脂粘可達到5萬厘泊.一種全新澆注系統能保證泡沫最優的均勻分佈。2005年1月,Cannon宣稱第一條酚醛泡沫保溫夾心板連續自動化生產線已經出口到中國。

　　4.6 固溫K3地板-Kingspan Insulation (UK)

　　用於結實的混凝土地板和懸空樓板酚醛保溫材料；

　　高檔性能堅硬的酚醛保溫材料---導熱係數低到0.021w/mk；

　　0級---低風險火焰傳播等級； 阻止水汽通過；

　　無有害物質。

　　4.7 PF複合材料大門-Acell Group (UK)

　　Acell泡沫發明於八十年代，首先用於倫敦希思機場建築的複合風管工程。Acell建成的複合材料大門產品已有10萬扇安裝在英國門戶的大門口。目前已有大門系列產品包括用熱塑性和熱固性樹脂玻璃鋼貼面的複合材料大門。Acell深信它的熱固性樹脂複合材料大門在生產，品質，後道裝配工序等方面已達到一個新的水準，在五年內將在英國,歐洲和美國市場處於領先地位。

　　4.8 過氟化已烷用於PF泡沫-SAGEX (S.Africa)

　　過氟化已烷產品是提供給南非當地公司SAGEX用於生產酚醛泡沫。這種酚醛泡沫名稱Megaphen，具有優良的隔熱保溫和防火性能。Megaphen可用於採礦業冷凍水管的隔熱以防止熱量損失。Megaphen可用於任何需要防火保溫的環境，如賓館和醫院。SAGEX是南非唯一的生產酚醛泡沫公司。SAGEX也是產生膨脹聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料.

　　4.9 黑綠吸附泡沫-Transdiffusia Cal-X (SW)

　　黑綠(BlackGreen)是一種新一代吸附泡沫，在污染物液體中可吸附其本身重量的75倍。黑綠是經過五年多研究開發和測試的結果，它不僅是一種高效超級吸附劑，而且比其他先進的吸附劑價格更低。黑綠是屬於憎水性和無毒的，是清除水中碳氫化合物理想的吸附劑。它同樣也可有效地清除地面和工業污染物,以及許多類型的液體污染物。全世界為環境有關清除劑生產和服務費每年有好許多億美元的市場。

　　4.10 酚醛輕木泡沫-- American Foam Technologies (US)

　　■ 酚醛輕木泡沫與所有其他種類的泡沫都不同,它已發展成特定的三維設計模型製造用料。用一套普通和與普通略有不同的手工具就能很容易地製作你所需要的形狀。酚醛輕木泡沫已被眾多的工程設計師和模具製作者所採用，因為用它能很容易地製作你所需要的精密形狀。

　　■ 泡沫也是為學校藝術創作課程的理想材料。酚醛輕木泡沫BFI能增強學生的安全保證，因為BFI密度小，刻劃阻力小，大大減少使用尖銳刻刀的危險性。

　　4.11芬諾菲爾 不腐蝕的酚醛泡沫-Fenespace Group (FR)

　　芬諾菲爾(FENOFILL)是一種新概念,它能在現場用C02進行發泡，生成憎水性和不腐蝕的酚醛泡沫。這種技術用來生成各種不同密度(從40到200kg/m3)並能在五分鐘到一小時固化的泡沫。據稱已設計成功能耐高達220℃溫度使用環境的泡沫，正好適合加熱區域蒸汽管道保溫需要。

　　4.12 新曙光泡沫保溫板-----Asahi Kasei (JP)

　　新曙光泡沫保溫板四大基本性能：

　　● 高效節能

　　達到極高水準的隔熱性能，傳熱係數λ=0.019W/mK。

　　● 安全性

　　遇火不燃燒，表面僅碳化，有毒氣體釋放量基本為0。

　　● 性能長期穩定

　　有極高的尺寸穩定性，隔熱性能隨時間變化極小。

　　● 與地球環境共生

　　非氟類氣體發泡，HC發泡技術，不破壞臭氧層，無回收煩惱。 類別：蜂窩與發泡製品