硬质聚氨酯泡沫塑料的性能特点

硬质聚氨酯泡沫塑料简称聚氨酯硬泡，这类泡沫塑料具有优良的力学性能、电学性能、 声学性能和耐化学性能，而且其密度、强度、硬度等均可以随着原料配方的不同而改变，再加上其成型施工十分方便，因此在国民经济各部门获得了越来越广泛的应用，如在冷藏运输、 建筑绝热、家具制造等方面已被大量使用。

1.泡孔结构
聚氨酯硬泡的泡孔结构对性能有很大影响。泡孔是由聚合物筋络与薄壁组成的，筋络与 薄壁支撑着泡沫塑料。泡孔形状及大小因发泡条件而异。大多数硬泡的泡孔呈椭圆球形，简称为椭圆形，而非球形（简称圆形）。实际上，泡孔形状是多边形，近似地被认为是椭圆形 和圆形。椭圆形孔泡沫，与泡沫上升方向相平行和垂直的两个方向，性能不相同，椭圆形长 径方向是泡沫的上升方向，平行于上升方向的压缩强度能达到垂直方向的 2倍左右，弹性模 量约为 3倍，而断裂伸长率则为 1/2。由此看来，聚氨酯硬泡的泡孔是各相异性的。反应速 度较慢的泡沫塑料原料体系和泡沫上升时不受周围阻力者，泡孔接近球形。泡孔变形程度，
即与球形偏差程度与发泡速度及上升受阻程度有关。发泡速度越快，上升受阻越严重，泡孔 拉长程度越大。所以硬质泡沫塑料边缘的泡孔与中心泡孔会有差异。发泡时，原料液流经的 空腔，其截面较小者，泡沫上升受到较大的摩擦阻力，泡孔拉伸程度增大。 硬质聚氨酯泡沫塑料的泡孔有开孔、闭孔之分。绝热用硬泡，基本上是闭孔，开孔泡孔 一般仅占总泡孔数的 5％～10％，即闭孔率为 90％～95％。这种泡沫塑料，称闭孔型硬泡。

开孔泡孔所占比例大小，对硬泡的导热系数、透湿性、尺寸稳定性等性能均有一定影响。所 以，开孔率（或闭孔率）是一项不可忽视的指标。 硬质聚氨酯泡沫塑料的孔径对性能也有影响。同样闭孔率的硬泡，以泡孔细而均匀者为 优，性能也佳。聚氨酯泡孔较细的，孔径一般小于 0.25mm，泡孔较大者，孔径可超过 0.5mm。

2.密度
密度又称容重，是硬质聚氨酯泡沫塑料的一项重要性能。密度对硬泡的其它性能，如强 度等有明显的影响。其它条件相同情况下，密度大的硬泡，成本则高。 不同的使用对象，选用的硬泡密度也不等。用于冰箱的硬泡密度大多为 30kg/m3左右。 这是指箱体内的密度。自由发泡时，密度一般在 21～24kg/m3。建筑上所用的夹心板材，泡 沫密度大体上为 30kg/m3或略大一点。一般非承重的设备与管道保温保冷用硬泡，密度为 30～40kg/m3。对于地区集中供热管道，特别是直接埋于地下时，保温层泡沫需承受一定负 载，应选用密度较大的硬泡，此时，硬泡的芯密度一般 ≥60kg/m3整体密度可大于 80kg/m3。 硬泡用作结构材料时，则可选用高密度配方加工成型。此时，密度(，) 大多在 100kg/m3以上。 硬泡的密度，主要靠发泡剂用量加以调节。原料品种及成型时的工艺条件对制品的密度 也有一定影响。

3.强度
硬质聚氨酯泡沫塑料的强度取决于它的原料、配方和结构，温度等因素对强度也有一定 的影响。 硬质泡沫塑料受压会发生变形。当应力增大到一定值时，突然 破坏，曲线上最高值即为压缩强度σdB。某些情况的压缩过程，应力—应变曲线如图 1-1中 曲线 2所示，并无明显的破坏点，所以也无明显的最大值。因此，一般以压缩到样品原厚度
的 10％时的应力σd10定义为压缩强度。


硬泡压缩强度的两类应力破坏曲线泡沫塑料的密度对泡沫塑料的压缩强度影响很大。密度增大压缩强度提高
硬泡的压缩强度是一项重要的性能指标。温度变化时，泡孔内气体由于膨胀或收缩，形成泡 孔内气体压力与外界大气压间的压力差。如果泡沫塑料的压缩强度小于此压差，则泡孔变形。 假设泡孔内的气体完全冷凝，则泡孔壁承受的最大压力不会超过大气压，即 0.1MPa。因此， 对有实用价值的闭孔硬泡，其压缩强度不宜小于 0.1MPa，否则温度变化时可能出现泡沫变 形。
硬泡压缩强度与密度的关系 硬泡的拉伸强度也随泡沫密度的增加而增加，弯曲强度、剪切强度、模量等 均如此。


硬泡拉伸强度与密度的关系
根据经验，强度和密度之间的关系，可表示如下：
log(强度)＝logA＋Blog(密度)
上述公式中，A和
B的值列于表
1-8。
表
1-8强度公式的常数值
*常数值
强度
A B B B
压缩强度
83.3 9.67 11.0 11.0
弯曲强度
131 9.64 9.65 8.96
拉伸强度
159 7.59 8.96 8.27
剪切强度
10.2 7.57 7.6 8.96
压缩模量
202 9.69 11.0 8.96
弯曲模量
128.4 12.1 12.4 11.7
拉伸模量
395 7.9
剪切模量
117 7.57
11.7
注：不同资料报道的
B值，略有不同，强度性质单位是
kPa；密度单位是
kg/m3。
前面已提到，硬泡是一种各向异性的泡沫塑料。泡沫塑料受力方向不同，测得的强度不 等。泡沫上升方向受力，测得的强度数值大于垂直于上升方向的值。一般情况下，不特别说 明时，均系指泡沫上升方向受力测定的结果。