CO2擠塑板與氟利昂擠塑板區別

        發泡劑是擠塑板（XPS）生產的主要關鍵原料，對產品的綜合性能、穩定性以及環保性都具有重要的影響?？梢杂米鱔PS生產的發泡劑有很多，這里以目前市面上常用的氟利昂（HCFCs）與二氧化碳（CO2）為例，介紹兩種不同發泡劑生產的XPS產品的區別。

 

1、工藝

相比較于氟利昂，由于CO2本身低分子量、低沸點高蒸汽壓、與PS相容性差等特性，在使用CO2作為發泡劑時，對設備、原料的要求更加高。

尤其對于原料，目前國內XPS生產主要使用回收PS樹脂作為原料，旨在解決大量白色污染的同時具有節能減排的作用。但是從工藝角度來看，這種回收PS原料更適合氟利昂發泡工藝，因為相比于CO2發泡劑，氟利昂發泡對于原料的要求要低很多。市面上一些產品采用價格低廉的劣質回收料作為原料來生產XPS板材，性能方面會差很多，還會產生一定的有害物質。

 

2、表觀

      

 圖1 CO2發泡與氟利昂發泡XPS 圖2 XPS斷面（上CO2、下氟利昂）

 

從產品表觀角度出發，氟利昂擠塑板表面觸感較硬，CO2擠塑板偏軟；根據上圖可以看出，相對于CO2擠塑板，氟利昂擠塑板表面有明顯較厚的結皮，因此相對硬度較大。

用手掰時，氟利昂擠塑板較脆易掰斷，CO2擠塑板韌性好較難掰斷。與硬質桌面碰撞時，氟利昂擠塑板發出清脆的剛性撞擊聲，而二氧化碳擠塑板則發出輕柔的撞擊聲。這里有兩個原因，其一，氟利昂擠塑板原料大多用回收料，而綠羽CO2擠塑板采用的全新料，表皮相較于氟利昂發泡擠塑板稍??；其二，相對于CO2發泡，氟利昂發泡本身就會使表皮在一定程度上偏硬。

 

             

   圖3 CO2發泡XPS硬度（72） 圖4 氟利昂發泡XPS硬度（76）

 

用邵氏硬度計對兩塊板材進行測試，得出結果如圖3和4所示，CO2發泡XPS硬度為72，氟利昂發泡XPS硬度為76，相對而言氟利昂發泡樣品硬度要大于CO2。

 

圖2中，斷面部分氟利昂擠塑板較平整，有明顯的晶亮光澤出現，呈密集狀細小泡孔，聞起來有刺鼻氣味；CO2擠塑板較密實，肉眼難以看到明顯的泡孔。用顯微鏡觀察XPS板截面泡孔結構，得到泡孔尺寸如圖5和圖6。

 

     

  圖5 CO2發泡XPS泡孔（50-150um） 圖6 氟利昂發泡XPS泡孔（350-650um）

 

圖5中CO2發泡XPS泡孔孔徑范圍約為50-150um，圖6中氟利昂發泡XPS泡孔孔徑范圍約為350-650um。根據觀察，CO2發泡擠塑板泡孔孔徑小、細膩均勻，氟利昂發泡擠塑板泡孔孔徑大、斷面毛糙，從泡孔角度看，相比之下CO2發泡擠塑板抗壓性能更加優越。

 

3、力學性能

XPS板材在生產后會經歷一個陳化過程，隨后產品的各項性能隨時間緩慢發生變化，直至趨于穩定。

 

圖7 XPS壓縮強度隨時間變化趨勢曲線

 

XPS壓縮強度的變化過程可以劃分為四個階段：

（1）剛下線的板材因生產過程環境影響及泡孔內純發泡劑的存在，壓縮強度較??；

（2）隨后，板材陳化定型，加上泡孔內發泡劑緩慢揮發與空氣置換，孔內的總體壓力上升，壓縮強度隨之升高；

（3）隨著發泡劑的緩慢析出，壓縮強度也會緩慢下降，這是一個漫長的過程；

（4）最終當發泡劑完全析出，泡孔內只剩下空氣，壓縮強度將達到最終的平衡狀態。

XPS產品在（2）階段力學性能較為穩定的狀態下，用伺服拉力試驗機測試其彎曲強度、壓縮強度。

 

    

圖8 CO2發泡XPS彎曲強度測試 圖9 氟利昂發泡XPS彎曲強度測試

 

        

  圖10 彎曲強度測試后樣品（上氟利昂、下CO2） 圖11 XPS壓縮強度測試

 

表1  XPS力學性能測量值

 

結果顯示，氟利昂發泡擠塑板彎曲強度大大低于CO2發泡擠塑板，在變形為4.96mm時氟利昂發泡擠塑板就已經斷裂，而CO2擠塑板變形為19.61mm時達到彎曲最大力，且板材樣品并未斷裂?？梢?，相比于CO2擠塑板，氟利昂發泡擠塑板剛性大，韌性小，易折斷。

同時，圖11中對兩塊樣品的壓縮強度進行測試，結果顯示，CO2擠塑板壓縮強度相比于氟利昂擠塑板要高出16.55%。

 

4、導熱

同上所述力學性能一樣，XPS板材在生產后會經歷一個陳化過程，導熱性能也會隨著陳化時間發生一系列變化。

XPS板材的氣孔中充滿氣體，其中‘氣體=發泡劑+空氣’，泡孔中氣體變化大致可分三階段，如表2所示。

表2 XPS泡孔氣體變化

 

XPS在剛生產下線時，泡孔內含有最大量的發泡劑和最小量的空氣，隨時間變化，氣體濃度會發生變化，發泡劑氣體會慢慢與外界空氣發生置換，一般在下線30d內變化幅度較大，90d后慢慢趨向平穩，但仍在緩慢變化，直至泡孔內發泡劑氣體全部揮發，氣體全部置換成空氣。

表3 發泡劑導熱系數

 

表3中列出常用的氟利昂發泡劑與CO2及空氣常溫下的導熱系數，相比于CO2，HCFCs作為發泡劑，導熱系數較低，在相當長的一段時間內產品的整體導熱系數也要低，但最終狀態下，發泡劑終究會被空氣置換，導熱性能慢慢持平，如圖12所示，為DOW化學實際實驗中不同發泡劑擠塑板產品導熱系數變化。

 

圖12  DOW化學實際實驗CO2發泡XPS導熱系數變化

 

CO2發泡擠塑板導熱系數相比于氟利昂擠塑板前期略高，但隨時間推移，二者差值會逐漸變小。

 

5、環保

根據《蒙特利爾議定書》及其各國的修正案，氫化氟氯烴(HCFC)類即氟利昂發泡劑，因含有氯和氟，長期和大量使用對臭氧層的危害較大，在21世紀，發泡劑的臭氧消耗將占到人為臭氧消耗的24%。發泡劑已經并仍將是導致臭氧消耗的主要因素之一，成為蒙特利爾協議的禁用物。同時，它也是主要的溫室氣體之一。

ODP（ozone depletion potential）臭氧消耗潛值(臭氧衰減指數)，用于考察物質的氣體散逸到大氣中對臭氧破壞的潛在影響程度。規定制冷劑R11的臭氧破壞影響作為基準，取R11的ODP值為1，其他物質的ODP是相對于R11的比較值。

GWP（Global Warming Potential）是一種物質產生溫室效應的指數。GWP是在100年的時間框架內，各種溫室氣體的溫室效應對應于相同效應的二氧化碳的質量，以二氧化碳為參照氣體。

 

表4 常用氟利昂發泡劑與CO2及空氣的ODP、GWP值

 

由表4可看出，相比于氟利昂，CO2發泡劑0ODP、1GWP，對地球環境的臭氧層破壞為零，溫室效應影響上遠小于氟利昂，為環境友好型發泡劑。

此外，如前文所述，市面上大多采用氟利昂發泡的XPS板材用的都是回收料，其產品中有害物質含量相對較高，而綠羽采用全新料CO2發泡，更加環保。

 

6、小結

（1）相比市面上普通氟利昂擠塑板，CO2擠塑板對生產設備要求更高，原料更好，更環保；

（2）氟利昂擠塑板表面觸感偏硬，硬度較大，剛性大，易折斷；CO2擠塑板表面觸感稍軟，硬度較小，韌性大，不易折斷；

（3）氟利昂擠塑板泡孔孔徑較大肉眼可見、光線下有晶狀光澤、斷面粗糙、聞起來有刺鼻氣味；CO2擠塑板泡孔小，細膩均勻；

（4）相較于氟利昂擠塑板，CO2擠塑板彎曲強度值較大，不易彎曲變形、折斷；

（5）相較于氟利昂擠塑板，CO2擠塑板的壓縮強度大，抗壓性能好；

（6）氟利昂擠塑板在初期導熱系數值略低于CO2擠塑板，但隨時間推移，差值逐漸縮小；

（7）在擠塑板生產過程中，相較于氟利昂發泡劑，CO2發泡劑為環境友好型，不會對臭氧層產生破壞。