Спрос на высокоэффективные пластмассовые пеноматериалы увеличивается в различных сегментах рынка. Они все больше составляют конкуренцию невспененным термопластам, металлам, натуральным, а также синтетическим каучукам. Во многом это обусловлено уникальными свойствами этих пеноматериалов, делающими их применение выгодным и эффективным.

Спрос на высокоэффективные пластмассовые пеноматериалы распространяется по большому количеству секторов рынка, включая секторы транспорта, электроники, здравоохранения, промышленного оборудования, потребительских устройств, строительства, производства обуви и спортивных товаров. Основной причиной здесь является то, что эти материалы предоставляют в распоряжение потребителей небольшую массу и амортизирующие свойства традиционных вспененных пластмасс в сочетании с различными комбинациями специальных свойств, таких как: исключительная прочность, теплостойкость и огнеупорность, затухание звука, химическая инертность и биологическая совместимость. К числу полимеров, которые используются для производства высокоэффективных пеноматериалов, относятся: полиуретаны, полиолефины, силиконы, фторполимеры, стиролы и конструкционные смолы. Некоторые из этих материалов от природы обладают превосходными механическими, термическими и химическими свойствами; другие приобретают эти свойства благодаря химическим преобразованиям их полимерных цепей, вулканизирующей обработке или использованию специальных добавок. Вспенивание высокоэффективных материалов осуществляется с использованием таких стандартных методов, как введение химических пенообразующих веществ и физических пенообразующих веществ (типичными являются углеводороды или фторированные углеводороды).
Высокоэффективные пенопласты составляют конкуренцию невспененным термопластам, металлам, натуральным, а также синтетическим каучукам. Пеноматериалы используются при производстве таких деталей, как уплотнители, средства герметизации, теплозащитные фильтры, противоударные и противовибрационные брекеры, устройства протезирования, а также экраны от электромагнитных и радиочастотных помех для электронного оборудования.
Поскольку не существует точного определения высокоэффективных пеноматериалов, трудно дать оценку объему рынка для этого продукта. Но в одном исследовании «специальных пенопластов», проведенном в 2003 г. одной из исследовательских групп (Freedonia), потребность США в этих материалах оценивается в 990 млн. долл. в год, причем пластмассы составляют 85% от общего объема продаж (остальное приходится на долю керамики и металла).

Полиуретаны
Полиуретаны образуют самую большую группу высокоэффективных пеноматериалов. При составлении надлежащей рецептуры и адекватной обработке эти материалы дают следующие преимущества:
- высокое сопротивление усадке при сжатии, которое позволяет использовать их для изготовления прокладок, средств герметизации и набивки;
- эффективное энергопоглощение, обеспечивающее высокую способность к восстановлению, хорошую амортизацию от вибрации и амортизацию соударения;
- низкое газовыделение, которое исключает затуманивание внутри автомобиля;
- широкий диапазон рабочих температур. Один из поставщиков (Rogers) представляет на рынок продукты, которые можно использовать при температурах между -40°C и 90°C;
- природную огнестойкость в целом ряде случаев;
- высокую устойчивость к воздействию химических веществ и окружающей среды, которая позволяет свести к минимуму ущерб от озона и ультрафиолетовых лучей.

В секторе производства автомобилей высокоэффективные полиуретановые пеноматериалы используются при производстве прокладок задвижек кондиционеров, запасных покрышек, прокладок задних огней, чашкодержателей, виброизоляторов двигателей, противоударной набивки приборной доски, амортизирующих прокладок бензобака и прокладок приборной панели.

Таблица 1. Свойство типичного высокоэффективного полиуретанового пенопласта (Poron 4701-40).

В секторе коммуникаций подушечки из уретановых пенопластов защищают хрупкие сборки с жидкокристаллическими диодами сотовых телефонов. При производстве настольных компьютеров и ноутбуков такие пенопласты используются для теплоизоляции, экранирования от электромагнитных и радиочастотных помех и производства амортизаторов батарей.
Звукопоглощение является еще одной сферой применения для уретановых материалов. В рамках этого применения их используют для обшивки потолков и панелей автомобилей, воздуховодов самолетов коммерческой авиации, внедорожников, устройств, воздушных компрессоров и снегоходов.
В здравоохранении используются высокоэффективные уретановые пенопласты для сделанного на заказ ортопедического оборудования и обшивки протезов.
Низкоэффективные полиуретаны давно использовались для набивки мебели, но сейчас появилась новая тенденция, и вводятся специализированные пеноматериалы, которые сочетают в себе свойства, как набивки, так и размещавшихся ниже металлических пружин. В результате, использование этих пеноматериалов позволяет отказаться от использования металлических пружин, а также трудозатратного процесса их установки.

Рис. 1. Панели дверей автомобиля – бурно развивающийся рынок для высокоэффективных уретановых пеноматериалов.

Полиолефины
Основные высокоэффективные материалы этой категории представляют собой вспененные, вулканизированные полиэтиленовые эластомеры и пластомеры. (У пластомеров относительный удельный вес 0,89 и выше; у эластомеров относительный удельный вес ниже 0,89.) Вспененный полипропилен имеет ряд специализированных применений, особенно, при изготовлении упаковочных материалов с низкой плотностью. Полиолефиновые пеноматериалы, обладающие исключительными свойствами при разрыве и вытягивании, выглядят как каучук и на ощупь воспринимаются как каучук, но подвергаются обработке, характерной для прочих полиэтиленовых смол. Они легко поддаются горячему формованию или ламинированию на другие материалы.
В автомобильном секторе вспененные полиолефины начинают более широко использоваться за счет предоставляемой ими возможности экономии массы и простоты утилизации для повторного применения. В число применений в этой отрасли входят дверные панели, звукопоглощающие обшивки капота и ламинаты приборной панели.

Таблица 2. Свойства электропроводных вулканизированных полиэтиленовых пеноматериалов.

При производстве обуви твердость и способность амортизировать ударное воздействие, которыми обладают вспененные полиолефины, позволяют использовать их в качестве вкладышей в каблуки обуви, а также для изготовления подкладки для лыжных ботинок.
К числу применений вспененных полиолефинов в строительной промышленности относятся материалы для теплоизоляции, материалы, герметизирующие от проникновения влаги и пыли, гасители ударного воздействия и вибрации и основы для паркетных полов.
В области производства потребительских товаров, таких как: чемоданы и сумки, игрушки, защитные шлемы и спортивный инвентарь, вспененные полиолефины действуют как амортизаторы, теплоизолирующие материалы и распределители давления.

Силиконы
Силиконовые пенопласты известны своей устойчивостью к воздействиям экстремальных температур, ультрафиолетовых лучей, озона и сверхвысокого механического напряжения. Они также огнестойки и высоко устойчивы к воздействию остаточного сжатия и деформации.
Эти свойства силиконовых пенопластов позволяют с успехом использовать их для внутренней отделки самолетов коммерческой авиации, в которых они также используются в качестве материалов для тепло- и звукоизоляции, грузовых противопожарных перегородок, изолирующих слоев под коврами, а также сальников и средств герметизации для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Рис. 2. Использование силиконовых пенопластов в самолетах коммерческой авиации.

В области электроники силиконовые пенопласты находят применение при экранировании от электромагнитного и радиочастотного излучения, а также при изготовлении теплоизоляционных и виброизоляционных материалов.
Еще одним рынком для применения силиконовых пенопластов является общественный транспорт. К числу применений в этом секторе относятся сальники, герметизирующие материалы, средства звукопоглощения и набивки.
Поскольку силиконовые пенопласты сохраняют свою размерную стабильность, когда подвергаются воздействию стерилизующих веществ, таких как сухое тепло, пар, электронные лучи, гамма излучение, их часто используют при изготовлении медицинских компонентов. Сюда входят контактирующие с телом поверхности оборудования для эхограмм и поверхности для каучуковых предметов, предназначенных для многоразового использования.

Таблица 3. Свойства испытательного образца огнестойкого пенопласта низкой плотности (COHRLastic F-12).

Фторполимеры
Поливинилиденфторид (PVDF) представляет собой наиболее распространенный высокоэффективный фторполимер. Он огнестоек от природы, и его можно изготавливать на закрытой установке, что делает его материалом с очень низкой теплопроводностью. Вспененный PVDF обладает низкой влаго- и газопроницаемостью, а также устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей, большинства химических веществ и ионизирующей радиации.
Производители вспененных фторполимеров намечают для них применения при изготовлении изоляции для самолетов, особенно, для воздуховодов и систем кондиционирования воздуха. В промышленности пеноматериалы могут быть использованы для герметизации от химически агрессивных сред, а также пробок емкостей с химическими веществами. Можно производить PVDF очень высокой чистоты так, чтобы снизить вероятность загрязнения промышленных химических составов по сравнению с использованием других пеноматериалов. Его огнестойкость также является преимуществом в производственных ситуациях, когда имеется угроза возникновения пожара.

Стиролы
Газонаполненный полистирол (EPS пенополистирол) давно играет значительную роль при производстве недорогих упаковочных материалов, но он также широко используется и в строительной отрасли. Здесь он находит применение при изготовлении структурных изолирующих панелей, кровельных систем, напольных покрытий, материалов для стен и потолков, геологических пенопластов (материалов для заполнения грунтом), систем холодильного хранения, и фундаментов, расположенных ниже поверхности земли. Производители EPS для строительной промышленности подчеркивают его энергоэффективность, стабильность, универсальность применения и простоту установки. Они также отмечают, что данные пенопласты производятся без использования пенообразующих веществ, которые способствуют глобальному потеплению.

Рис. 3. Использование полистирольных пенопластов в строительстве.

Конструкционные полимеры
Конструкционные смолы находятся на самой высшей ступени по своим эксплуатационным характеристикам. При вспенивании этих материалов сохраняется большинство их полезных свойств, причем добавляется преимущества небольшой массы.
Вспененный материал, такой как газонаполненный поликарбонат (EPC), например, обладает типичными свойствами поликарбоната: высокой ударопрочностью, огнестойкостью и термостойкостью, низким водопоглощением и хорошими электрическими свойствами. Но листы, изготовленные из EPC, весят вдвое меньше, чем твердые поликарбонатные листы сопоставимого размера. К числу применений листов из EPC относятся: изолирующие материалы для крыш автомобилей, корпуса для офисной техники, чехлы для спортивного оборудования, стерилизуемые поддоны для медицинских лабораторий, а также дорожные знаки с задней подсветкой. У газонаполненного поликарбонатного листа (FOREX-EPC E 50.650) широкий диапазон рабочих температур, высокое сопротивление ударной нагрузке и низкое водопоглощение.

Таблица 4. Свойства газонаполненного поликарбонатного листа (FOREX-EPC E 50.650).

Другая конструкционная смола, модифицированный полифенилен оксид (PPO), может использоваться в качестве структурного пенопласта в случаях, когда необходимо высокое соотношение жесткости и массы. Подобно всем материалам из PPO, эти пенопласты обладают плохой воспламеняемостью и водопоглощением. К числу типичных применений вспененных PPO относятся: корпуса компьютеров и офисной техники, материалы для рам и шасси таких крупногабаритных приборов, как стиральные машины. Другими применениями являются крыши автомобилей и промышленные поддоны.
Вспененные полиимиды обладают всеми свойствами других полиимидных материалов. Сюда входят: природная огнестойкость, широкий диапазон рабочих температур, химическая стабильность, устойчивость к физическому повреждению, и хорошие звукоизоляционные свойства. Среди рынков для вспененных полиимидов производство термо- и звукоизоляции для морских судов, самолетов и космических кораблей. В промышленности пенопласты используют в качестве компенсаторов линейного расширения для криогенных резервуаров, трубопроводов и аэродинамических труб. Низкое газовыделение делает эти пенопласты удобными для использования в электронной промышленности, а также для производства медицинских и аналитических инструментов, где недопустимы загрязняющие вещества. Другим применением для полиимидных пенопластов является изоляция для духовых шкафов, где создается среда, в которой деградируют другие пенопласты.

Рис. 4. Полиимидные пенопласты могут формоваться и обрезаться для получения самых различных конфигураций.

Вспененные полиэфир-блок амиды (PEBA) представляют собой похожие на каучуки термопластические эластомеры с небольшой массой, которые быстро восстанавливают первоначальную форму после деформации. Они также проницаемы для водяного пара, остаются эластичными при низких температурах, и обладают хорошей устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей и старения. Материал предназначается для конечных применений от прокладок каблуков обуви и подпяточников до прокладок промышленного применения.
Полиамидные (нейлоновые) пенопласты, у которых отличные высокотемпературные эксплуатационные характеристики и устойчивость к воздействию углеводородов, используются, в первую очередь, для датчиков уровней жидкости в промышленности. Сейчас на рынке появляются новые марки низкой плотности. К числу предполагаемых рынков для этих материалов относятся: промышленность, автомобильная промышленность и офшорное использование, где твердые полиамиды широко используются, но где малая масса пенопластов будет преимуществом.

Высокоэффективные пенопласты получают преимущество благодаря развитию нескольких тенденций. Во-первых, производители создают более легкие транспортные средства для большей экономии расхода топлива. Но они также производят и более легкие сотовые телефоны и прочие электронные устройства, которые нравятся потребителям. Но производители не хотят жертвовать качеством или износостойкостью для того, чтобы сэкономить на массе, и это создает возможности для структурных и изоляционных компонентов, которые обладают одновременно и жесткостью, и низкой плотностью. Кроме того, многие промышленные технологии реализуются при все более высоких температурах, и энергоэффективность при этом самая высокая. Соответственно, возникает растущий спрос на изоляцию, сальники, прокладки и чехлы, которые способны выдерживать такие суровые условия. По сведениям из промышленных источников, эти тенденции будут продолжать развиваться. В результате, прогнозируется дальнейший бурный рост потребления высокоэффективных пенопластов, по крайней мере, в течение ближайших нескольких лет.

Гордон Грэфф,
http://www.omnexus.com