第３１卷第２期 吉林建筑工程学院学报 Ｖｏｌ＿３１ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１４ ２０１４年４月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 硬质聚氨酯泡沫保温材料泡孔结构的研究术 肖力光 俞 毅 王文彬 （１：吉林建筑大学材料科学与工程学院，长春１３０１１８；２：长春房地集团有限责任公司，长春１３００６１） 摘要：硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑等行业得到了广泛的应用，人们对其性能也进行了大量的研究．本文主要是对硬 质聚氨酯泡沫塑料泡孔结构进行研究，分析了硬质聚氨酯泡沫塑料的泡孔结构，研究了聚氨酯发泡过程中各个因 素对其泡孔结构的影响，对泡孔结构与泡沫塑料性能的关系进行了探讨． 关键词：硬质聚氨酯泡沫塑料；泡孔结构；影响因素；性能 中图分类号：ＴＵ ５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—０１８５（２０１４）０２—００１５—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏａｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒｉｇｉｄ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍ ＸＩＡＯ Ｌｉ—ｇｕａｎｇ ，ＹＵ Ｙｉ ，ＷＡＮＧ Ｗｅｎ—ｂｉｎ （１：Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｃｈｉｎａ １３０１ １８； ２：Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｏｍｐａｎｙ ｆ ｏＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｒｅａｌ（ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｃｈｉｎａ １３００６１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｌｓｏ ｒｅａｃｈ ｄｅｅｐ ｌｅｖｅ１．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍ． Ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｏａｍ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｆｐ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏａｍ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍ；ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 硬质聚氨酯泡沫塑料具有密度小、强度高、导热系数小及隔音防水性好等特点，是性能优异的建筑节能 材料．传统的硬质聚氨酯泡沫塑料一般采用低沸点烃类化合物氟氯烃作为发泡剂，然而近年来发现被该类化 合物是破坏地球臭氧层的元凶．因此，全水发泡技术越来越受到了人们的青睐，水发泡无毒、安全、臭氧破坏 效应ＯＤＰ值为零，是最具环保意义的发泡剂 卜 ，而泡孔结构对硬质聚氨酯泡沫材料性能有非常重要的影 响． １ 聚氨酯泡沫塑料的泡孔结构 １．１ 聚氨酯泡沫塑料孔的形成与结构组成 聚氨酯泡沫塑料是由连续相和分散相两部分组成，其连续相为基体物质，而分散相则为气体，在聚氨酯 泡沫中还有大量的三维网络型的泡孔 Ｉ４ｊ．当聚氨酯发泡过程中反应物出现饱和时，就会产生放热反应，从 而导致相分析，这就会使气体发生扩散，到达混合物之中，形成小气泡，而这些小气泡又将会滞留在混合物 中，形成气孔 ．聚氨酯泡沫的泡孔结构的是由单元组成，在每个泡孔之间还有一层薄薄的结构，可称其为 窗口或者细胞壁，而在泡孔中每个细胞壁想连接的边就是泡孔结构的棱边，在每条棱边中会出现一些相交 点，可称为顶点，其结构组成见图１所示． 收稿日期：２０１３—１２—０８． 作者简介：肖力光（１９６２～），男，吉林春市人，教授，博士． 基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＪ０５Ｂ０３）；吉林省科技发展计划重大项目（２０１３０２０４００９ＳＦ） １６ 吉林建筑工程学院学报 第３１卷 １．２聚氨酯泡沫塑料泡孔的单元结构及表征 聚氨酯泡沫塑料的很多优异的物理化学性能，如保温隔热性能、力学性能等，都和其泡孑Ｌ结构有较大联 系．聚氨酯的泡孔结构又有很多个孔单元所组成，孔单元的性能影响聚氨酯泡沫塑料的性能．图２所示泡孔 单元的形成过程，开始时有几个小气泡，经过气泡之间相互的挤压作用，最终就会形成一个具体多面体结构 的泡孔． 顶点 窗口 棱边 图１聚氨酯泡沫泡孔结构组成 图２泡孔单元形成过程 图３所示经挤压后形成的多面体结构，其中（８）为理想多面体，（ｂ）为非理想多面体．在对孔单元性能分 析中，可发现其性能主要是由孔径的大小、棱的粗细及化学特征，还有细胞壁上聚合物的含量与孑Ｌ单元的取 向所决定．孔径的大小可直接影响到泡孔的均匀程度，而棱的粗细程度及化学特性可影ｎｒ￣ｔＪ聚氨酯泡沫的力 学性能，棱粗则其力学性能较强． 一 （ａ）理想的多面体结构 （ｂ）非理想多面体结构 图３泡沫单元结构 孔单元大小是泡孔结构表征参数中的一个最基本单位．目前，对孔径大小没有很明确的规定．在实际的 实验中，孔单元大小都是运用扫描电镜或者光学显微镜等对聚氨酯泡沫进行测定，从而测量出孔单元的直 径，用数字表示，也可通过对孔单元数目的多少来进行表示．在对孔单元结构的表征中，一般是对泡沫平面进 行标准直径的测定，一般孔径的表示都是微米级别的． １．３ 聚氨酯泡沫塑料孔结构的基本参数特征 在聚氨酯泡孔结构中，孔结构基本参数大致可分为如下６个：①在泡沫中气体所占的比例，称其为孔隙 率；②泡孔的孑Ｌ径及其分布；③在泡沫塑料中两个邻近泡孔细胞壁的厚度，也称为泡孔壁厚；④可进入泡沫 塑料中空气所占总体积的比例和不可进入空气的比例的开孔率和闭孔率；⑤棱边聚合物分数，指的是在泡 孔边上中的聚合物占整个泡沫塑料中聚合物的百分比；⑥单位体积中泡孔的数量，称其为泡孔密度．在实际 对聚氨酯泡沫孔结构进行研究时，最常用的是闭（开）孔率以及泡孔壁厚和孔径及其分布． ２聚氨酯泡沫塑料泡孔结构的影响因素分析 ２．１ 聚醚多元醇中羟基数对泡孔结构的影响 在聚氨酯水发泡过程中，发泡原料的多少将会对孔结构有较大的影响，其主要是聚醚多元醇中羟基数对 孔径的影响．当聚醚多元醇中羟基数量适当增加时，就会使得相对分子量的交联密度随之增加，整个反应程 度增加，其孔壁的弹性也会增加，最终使泡孑Ｌ的尺寸稳定性更加好．而聚醚多元醇中的羟基数量只有在最适 当时，才能使有最稳定的孔结构．Ｈｏ Ｌｉａｒ 研究表明，聚氨酯泡沫塑料多面体形状的泡孔会随着羟基数的增
