酚醛泡沫研究开发进展

来源：上海市合成树脂研究所

1、前言

距今100年前，也即1907年比利时裔美国人贝克兰（Baekeland）提出了关于酚醛树脂加热加压固化为塑料制品的发明专利，实现了酚醛树脂工业化生产技术。由于酚醛塑料制品具有电气绝缘性和尺寸稳定性好、耐热难燃、价廉物美等特点而得到广泛应用。{dy}家酚醛树脂工厂在1910年建于德国柏林附近，厂名贝克莱特（Bakelite），它是世界上{dy}家合成高分子树脂工厂。因为人类在这一年首次开始合成高分子化合物的工业化生产，有人提议将这一年称为合成高分子元年。而今年正值贝克兰发表{dy}篇专利的100周年，也是我们酚醛树脂制品行业值得纪念的一年。

   贝克兰在创建柏林工厂数月后，又在美国新泽西州建立一座酚醛树脂制品公司，名为通用贝克莱特（General Bakelite）公司，1922年改组成立了通用电气（General Electric）公司。1914年日本三共公司也引进了酚醛树脂技术，并在东京开始生产。以后又演变成现在的住友贝克莱特（Sumitomo Bakelite）公司。1938年上海大星化工厂聘请了从日本归来的华人技师也开发了生产了酚醛树脂及塑料制品，成为我国{dy}家合成高分子树脂工厂。

2、酚醛泡沫的由来

酚醛泡沫（PF）是酚醛树脂塑料工业发展过程中的一个组成部分。早在第二次世界大战初期，首次报道了德国研制成功酚醛泡沫，它替代轻木应用于航空工业机构材料用。

1944年美国九大航天航空公司发起成立了{jd0}材料技术协会（Sociaty for the Advancement of Material and Engineering 简称SAMPE,总部设在美国加州）,任务是解决航天航空制造业所需要的材料和技术。八十年代国外科学家通过酚醛树脂及其制品的研究，发现PF泡沫具有突出的难燃、低烟、低毒性能(Fireproof，low Smoke，low Toxicity，简称FST特性)，且PF泡沫制品比重特轻(0.03-0.08)，还具有优异的节能保温和隔音作用。

九十年代以来包括PF泡沫在内的酚醛复合材料得到很大发展。首先它们受到英美等国军方的重视，将其应用于航天航空，国防军工领域，如航天飞机隔热瓦、火箭烧蚀材料、民用飞机舱壁、潜艇隔热隔音材料等.后来又被应用于船舶、车站、油井等防火要求严格的场所，并逐步推向民用建筑等领域。九十年代初期，我国香港地区已从英国引进PF泡沫用于一百多幢大厦中央空调系统风管的保温.。

3、酚醛泡沫的现状

3.1、国外

1990年笔者参加了国际{zd0}的科技组织之一的SAMPE（{jd0}材料技术协会）。1994年当选为该协会国际理事后，利用每年赴美参加SAMPE理事会的机会，对一些PF泡沫及其复合材料厂商进行考察并参与共同合作实验。现将这些公司开发及应用情况介绍如下。

3.1.1 阿派奇（APACHE）公司开发出一种性能优异的难燃、耐热、保温的复合材料，他的结构的是中间为PF泡沫（密度48㎏/M3），表面为彩色钢板（厚度为0.5～0.6mm）或其它难燃薄板。这称为“酚醛泡沫夹芯板”（PFSP）的产品是通过全自动连续发泡复贴设备一次成型制得。这种先进设备的特点：可承受5psi的发泡压力；可生产48英寸宽的夹芯板材，不需粘合剂，可生产中间为PF泡沫，二边为塑料、金属、牛皮纸、胶合板等复贴夹芯板；可生产带企业槽的软质或硬质贴面夹芯板。

3.1.2 奇乐公司（GILL）公司是一家族企业，创建于1945年。早年以生产玻璃钢起家，后转产飞机用蜂窝板材等高级复合材料。八十年代由于航空工业需要开始研制PF泡沫，商品名Gillfoam2019，密度从4PCF到20PCF（磅/立方英尺）。产品符合xx航空安全条例（FAR）严格要求，也即是：它能达到很低的燃烧、烟雾、毒气（FST）性能和热释放量，设备采用热压机，以不连续方式密闭发泡固化，产品泡孔细密均匀，强度优于其它工艺。由于采用模压生产各种复杂形状的制件，其中尤以PF泡沫填充于Nomex蜂窝结构的夹芯板更具特色。热稳定性{zg}可达232℃，是飞机内舱壁最理想用材。

3.1.3 美国泡沫技术公司（AFT）的新型PF泡沫“Thermo-Cor 2”中采用化学发泡剂代替能破坏大气臭氧层的含氟化合物。生产工艺可采用喷枪或挤出成型。密度分为4、8、12、17、20 PCF五种等级。据介绍该产品的强度与具有同等密度的普通PF泡沫要高。据称它xx符合FAR25.853的各项技术指标，在400°F高温中不分解。因此以该产品为芯材制成的复合材料可用在飞机、高速列车、船舶发动机罩以及医院等防火要求严格的部位。

3.1.4 爱素卡公司（ISORCA）开发的“ALBA-CORE”PF泡沫可用玻纤、玻璃棉织垫、蜂窝材料等在模具内一次完整地制成平整或弯曲的复合材料。密度9PCF，厚度0.125英寸至6英寸。以这种泡沫为芯材通过各种成型工艺直接发泡并与表皮复合而无需粘合剂制得复合材料。据称该公司已接受美国海军任务，将它用作潜水艇压舱水箱材料。它能大大降低艇内水泵及机械转动而引起的噪音，就不易被敌人的声纳xx出来。

3.1.5 美国复合材料技术公司（ACT）研制开发的“TUFFCLAD”复合材料是以PF泡沫为芯材同时表面覆盖几层浸过酚醛树脂的玻纤织物一起通过拉挤成型（PULTRUSION）得到的全酚醛夹芯板。其原料酚醛树脂是由美国塑料工程公司提供的牌号为PLENCO。据称这种夹芯板质轻难燃、隔热隔音，已用作飞机内饰夹芯壁和冷藏集装箱箱体。

3.1.6 英国石油化学公司（BP）早在八十年代就已经开始发展PF泡沫，商品名“Cellobond”。它幽分成四大类。

（一）大块泡沫

可用电脑程序控制仿形线切割机切成泡沫保温板材或管壳。

（二）贴面泡沫薄板

可直接用于建筑内装饰板材。

（三）现场浇注泡沫

可在室内外15℃以下浇注大型储蓄、反应器和管道等保温层。

（四）喷涂泡沫

用喷涂枪喷涂矿井、隧道、地下建筑表面隔热保温层。

3.1.7 澳大利亚酚醛泡沫工业公司（PFI）在80年代初就已开发并生产出名为“Insulboard”的PF泡沫板。其标准尺寸为2400×1200×50mm，价格为10.10美元/块，这种白色铝皮制成的轻质夹芯板，价格为50.74美元/块。如果复合13mm厚的石膏板，中间泡沫芯材为24mm的防火墙，价格为20.48美元/块，这种防火墙可保证在一小时内着火不会烧穿墙体。此外，该公司也出售以PF泡沫为基材的保温管壳、吊顶板、可拆卸办公室隔墙等。

3.1.8 法国哈蒙工业公司（HAMON）用PF泡沫芯材复合酚醛FRP面板制成的防火门。经测试，90分钟燃烧，没有产生毒气。另外一项试验是将防火门一侧加热升温到1030℃，另一侧门不会超过65℃。据报道法国丹比而（Dampierre）核电站原来的钢制玻棉芯材防火门现在已经全部用哈蒙公司PF泡沫防火门代替。除质轻和不锈的原因外，更重要的是，铁制防火门中的玻棉因吸湿而下沉，数年后就再也不能起到隔热作用。

3.1.9 日本旭有机材工业公司以其自身开发的Resol型液体酚醛树脂用非离子型表面活性剂作整泡剂，加上氟利昂发泡剂和有机酸固化剂，在东邦机械公司的PA-210发泡机上进行高速混合，然后注入低压模具发泡固化。产品尺寸为1800×900×25mm,复合牛皮纸或其它表皮可用作轻质墙体材料。

以上可见，国外用PF泡沫或PF泡沫制成的复合材料已大量用与飞机、船舶、车辆、隧道、油井等防火要求严格的舱体板材、保温管壳等。专家预测将以20%年增长速率发展，现正在转向民用建材市场。

3.2     国内

   早在八十年代我国很多大专院校和科研单位对PF泡沫已经作了大量研究工作，发表了很多文章，但是未有工业化生产。直到1989年常熟塑料厂引进美国康尼来克（Korylak）公司的发泡机组，进行开孔型PF泡沫的工业化生产，用来提供花卉市场的插花用泡沫（Flora foam,也名花泥）。该厂原来也生产过保温材料用闭孔型PF泡沫，但质量不太好，加上当时建材市场对PF泡沫这种新型保温材料不太了解，销售很困难。随着人民生活水平日益提高，而花泥在花卉市场也销路大增。后来1997年常熟塑料厂与美国知名的绿洲（Oasis）花泥公司合资，组成常熟绿洲花卉泡沫有限公司，花泥销售量在我国市场占有率已超半。

   1996年上海{jd0}工程材料公司研究开发成功难燃级酚醛泡沫，建成了年产5000吨的酚醛泡沫生产线，同年上海平板玻璃厂从德国引进的酚醛泡沫技术和设备也相继试车投产，从此新一代高分子保温材料—酚醛泡沫不再以来进口。

4.酚醛泡沫的进展

4.1 科尔酚PF泡沫管道工程项目—Belform Insulation (CA)

   科尔酚(Koolphen)在全世界已成功地应用于管道工程项目达十年以上，诸如英国的造酒业，阿曼的多家医院，香港的多家宾馆，以及美国许多重大项目。事实上已有成千上万管道工程项目用于科尔酚保温管道。全部科尔酚保温管道都带有凹凸边缘和凹槽接口以利提高隔热效果。

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

   三聚物（Tripolymer）105是由亚甲基联接的改性共聚合物，是一种非常稳定的产物，用三聚物，用三聚物泡沫填满的水泥砌块样品在水，xx或机械压力下，经过25年后实际上毫无损伤迹象。三聚物泡沫是经过特殊设计配制的保温材料，可用于高效隔热隔音填缝保温材料。36年来已有超过3.9亿平方英尺安装于新建和既有的民用和商用建筑上。

三聚物体系产品用于砖石砌块内芯填充以提高这种砖石类型建筑的隔热性能。其总热阻超过一般保温材料的一倍以上。三聚物系列产品不论在新建或现有砖石建筑上都能方便而高效地施工。可以在建造时浇注，也可在建造完再加压浇注的方法进行施工。

三聚物已经在大量商用和民用建筑工程项目中得到施工应用。包括以下知名建筑：

   世界贸易中心（已在1911事件中炸毁）

   美国宇航局（NASA）技术项目大厦

   波音（Boeing）飞机制造公司

   万豪（Marriott）大酒店及会议中心

   沃尔马（Walmart）大超市

   更多，更多… …

4.3   科尔达 风管连接体系-Knauf Insulaion (US)

     科尔达(Koolduct)风管体系是解决无纤维化问题的xx方法,空气气流只能从密封风管铝箔面中间流动.

     受专利保护的连接体系密封风管事实上已达到xx气密和无泄漏目的.

     由于酚醛泡沫板出众的保温性能和连接体系{zd1}的空气泄漏性,应用科尔达风管体系能明显提高节约能源效果.

     科尔达风管体系平板安装在天花板上平整无缝,可节约宝贵的空间.

     连接体系的铝合金夹钩边缘能快速连接组件.

4.4   石油和天然气工业的防火-Alderley Systems Ltd (UK)

   Alderley公司向石油和天然气工业需要高温或低温设备提供隔热的特殊材料,如塔类,罐类和加工设备的防暴防火保温材料。

   他们近年来开发了一种在海底使用的隔热保温材料，他们深信这类改性酚醛泡沫是{wy}能胜任海水中185℃,含氧量8%的操作环境。

   他们正在促进推动他们的材料进入广大的市场和新项目中，包括应用于海上油井,航天,国防,船舶和公共交通工具。

4.5 夹心板全连续自动化生产线-Cannon Group (IT)

Cannon制造和销售用于生产聚氨酯和酚醛泡沫保温夹心板的全连续自动化生产线,产品用于民用和工业用建筑业.夹心板厚度{zd0}为250mm,表皮复合柔软薄片或硬的金属板。配料中酚醛树脂粘可达到5万厘泊.一种全新浇注系统能保证泡沫{zy}的均匀分布。2005年1月,Cannon宣称{dy}条酚醛泡沫保温夹心板连续自动化生产线已经出口到中国。

4.6   固温K3地板-Kingspan   Insulation (UK)

    用于结实的混凝土地板和悬空楼板酚醛保温材料；

    xx性能坚硬的酚醛保温材料---导热系数低到0.021w/mk；

    0级---低风险火焰传播等级；

    阻止水汽通过；

    无有害物质。

4.7   PF复合材料大门-Acell Group (UK)

    Acell泡沫发明于八十年代，首先用于伦敦希思机场建筑的复合风管工程。Acell建成的复合材料大门产品已有10万扇安装在英国门户的大门口。目前已有大门系列产品包括用热塑性和热固性树脂玻璃钢贴面的复合材料大门。Acell深信它的热固性树脂复合材料大门在生产，质量，后道装配工序等方面已达到一个新的水平，在五年内将在英国,欧洲和美国市场处于{lx1}地位。

4.8 过氟化已烷用于PF泡沫-SAGEX (S.Africa)

过氟化已烷产品是提供给南非当地公司SAGEX用于生产酚醛泡沫。这种酚醛泡沫名称Megaphen，具有优良的隔热保温和防火性能。Megaphen可用于采矿业冷冻水管的隔热以防止热量损失。Megaphen可用于任何需要防火保温的环境，如宾馆和医院。SAGEX是南非{wy}的生产酚醛泡沫公司。SAGEX也是产生膨胀聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料.

4.9 黑绿吸附泡沫-Transdiffusia Cal-X (SW)

黑绿(BlackGreen)是一种新一代吸附泡沫，在污染物液体中可吸附其本身重量的75倍。黑绿是经过五年多研究开发和测试的结果，它不仅是一种高效超级吸附剂，而且比其他先进的吸附剂价格更低。黑绿是属于憎水性和xx的，是xx水中碳氢化合物理想的吸附剂。它同样也可有效地xx地面和工业污染物,以及许多类型的液体污染物。全世界为环境有关xx剂生产和服务费每年有好许多亿美元的市场。

4.10 酚醛轻木泡沫--    American Foam Technologies (US)

■ 酚醛轻木泡沫与所有其他种类的泡沫都不同,它已发展成特定的三维设计模型制造用料。用一套普通和与普通略有不同的手工具就能很容易地制作你所需要的形状。酚醛轻木泡沫已被众多的工程设计师和模具制作者所采用，因为用它能很容易地制作你所需要的精密形状。

■ 泡沫也是为学校艺术创作课程的理想材料。酚醛轻木泡沫BFI能增强学生的安全保证，因为BFI密度小，刻划阻力小，大大减少使用尖锐刻刀的危险性。

4.11芬诺菲尔 不腐蚀的酚醛泡沫-Fenespace Group (FR)

芬诺菲尔(FENOFILL)是一种新概念,它能在现场用C02进行发泡，生成憎水性和不腐蚀的酚醛泡沫。这种技术用来生成各种不同密度(从40到200kg/m3)并能在五分钟到一小时固化的泡沫。据称已设计成功能耐高达220℃温度使用环境的泡沫，正好适合加热区域蒸汽管道保温需要。

4.12 新曙光泡沫保温板-----Asahi   Kasei (JP)

新曙光泡沫保温板四大基本性能：

● 高效节能

达到极高水平的隔热性能，传热系数λ=0.019W/mK。

● 安全性

遇火不燃烧，表面仅碳化，有毒气体释放量基本为0。

● 性能长期稳定

有极高的尺寸稳定性，隔热性能随时间变化极小。

● 与地球环境共生

非氟类气体发泡，HC发泡技术，不破坏臭氧层，无回收烦恼。