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 не вспененным 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 для EMI/RFI (электромагнитных помех 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 миллионов долларов 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 набивка.

• 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).

Источник: Rogers Corp

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 самолётов 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. 

Рисунок 1: Панели наличников дверей автомобиля бурно развивающийся рынок для высокоэффективных уретановых пеноматериалов.

Источник: Bayer Materials Science.

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.

Источник: Ground Zero Electrostatics.

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 покладки 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 самолётов 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.

Рисунок 2: Использование силиконовых пенопластов в самолетах коммерческой авиации.

Источник: Rogers Corp.

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).

Источник: Saint Gobain Performance Plastics.

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 также 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 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.

Продолжение статьи читайте на портале www.polymery.ru
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ПЕНОМАТЕРИАЛЫ (Часть II)

www.polymery.ru