CO2挤塑板与氟利昂挤塑板区别

        发泡剂是挤塑板（XPS）生产的主要关键原料，对产品的综合性能、稳定性以及环保性都具有重要的影响。可以用作XPS生产的发泡剂有很多，这里以目前市面上常用的氟利昂（HCFCs）与二氧化碳（CO2）为例，介绍两种不同发泡剂生产的XPS产品的区别。

 

1、工艺

相比较于氟利昂，由于CO2本身低分子量、低沸点高蒸汽压、与PS相容性差等特性，在使用CO2作为发泡剂时，对设备、原料的要求更加高。

尤其对于原料，目前国内XPS生产主要使用回收PS树脂作为原料，旨在解决大量白色污染的同时具有节能减排的作用。但是从工艺角度来看，这种回收PS原料更适合氟利昂发泡工艺，因为相比于CO2发泡剂，氟利昂发泡对于原料的要求要低很多。市面上一些产品采用价格低廉的劣质回收料作为原料来生产XPS板材，性能方面会差很多，还会产生一定的有害物质。

 

2、表观

      

 图1 CO2发泡与氟利昂发泡XPS 图2 XPS断面（上CO2、下氟利昂）

 

从产品表观角度出发，氟利昂挤塑板表面触感较硬，CO2挤塑板偏软；根据上图可以看出，相对于CO2挤塑板，氟利昂挤塑板表面有明显较厚的结皮，因此相对硬度较大。

用手掰时，氟利昂挤塑板较脆易掰断，CO2挤塑板韧性好较难掰断。与硬质桌面碰撞时，氟利昂挤塑板发出清脆的刚性撞击声，而二氧化碳挤塑板则发出轻柔的撞击声。这里有两个原因，其一，氟利昂挤塑板原料大多用回收料，而绿羽CO2挤塑板采用的全新料，表皮相较于氟利昂发泡挤塑板稍薄；其二，相对于CO2发泡，氟利昂发泡本身就会使表皮在一定程度上偏硬。

 

             

   图3 CO2发泡XPS硬度（72） 图4 氟利昂发泡XPS硬度（76）

 

用邵氏硬度计对两块板材进行测试，得出结果如图3和4所示，CO2发泡XPS硬度为72，氟利昂发泡XPS硬度为76，相对而言氟利昂发泡样品硬度要大于CO2。

 

图2中，断面部分氟利昂挤塑板较平整，有明显的晶亮光泽出现，呈密集状细小泡孔，闻起来有刺鼻气味；CO2挤塑板较密实，肉眼难以看到明显的泡孔。用显微镜观察XPS板截面泡孔结构，得到泡孔尺寸如图5和图6。

 

     

  图5 CO2发泡XPS泡孔（50-150um） 图6 氟利昂发泡XPS泡孔（350-650um）

 

图5中CO2发泡XPS泡孔孔径范围约为50-150um，图6中氟利昂发泡XPS泡孔孔径范围约为350-650um。根据观察，CO2发泡挤塑板泡孔孔径小、细腻均匀，氟利昂发泡挤塑板泡孔孔径大、断面毛糙，从泡孔角度看，相比之下CO2发泡挤塑板抗压性能更加优越。

 

3、力学性能

XPS板材在生产后会经历一个陈化过程，随后产品的各项性能随时间缓慢发生变化，直至趋于稳定。

 

图7 XPS压缩强度随时间变化趋势曲线

 

XPS压缩强度的变化过程可以划分为四个阶段：

（1）刚下线的板材因生产过程环境影响及泡孔内纯发泡剂的存在，压缩强度较小；

（2）随后，板材陈化定型，加上泡孔内发泡剂缓慢挥发与空气置换，孔内的总体压力上升，压缩强度随之升高；

（3）随着发泡剂的缓慢析出，压缩强度也会缓慢下降，这是一个漫长的过程；

（4）最终当发泡剂完全析出，泡孔内只剩下空气，压缩强度将达到最终的平衡状态。

XPS产品在（2）阶段力学性能较为稳定的状态下，用伺服拉力试验机测试其弯曲强度、压缩强度。

 

    

图8 CO2发泡XPS弯曲强度测试 图9 氟利昂发泡XPS弯曲强度测试

 

        

  图10 弯曲强度测试后样品（上氟利昂、下CO2） 图11 XPS压缩强度测试

 

表1  XPS力学性能测量值

 

结果显示，氟利昂发泡挤塑板弯曲强度大大低于CO2发泡挤塑板，在变形为4.96mm时氟利昂发泡挤塑板就已经断裂，而CO2挤塑板变形为19.61mm时达到弯曲最大力，且板材样品并未断裂。可见，相比于CO2挤塑板，氟利昂发泡挤塑板刚性大，韧性小，易折断。

同时，图11中对两块样品的压缩强度进行测试，结果显示，CO2挤塑板压缩强度相比于氟利昂挤塑板要高出16.55%。

 

4、导热

同上所述力学性能一样，XPS板材在生产后会经历一个陈化过程，导热性能也会随着陈化时间发生一系列变化。

XPS板材的气孔中充满气体，其中‘气体=发泡剂+空气’，泡孔中气体变化大致可分三阶段，如表2所示。

表2 XPS泡孔气体变化

 

XPS在刚生产下线时，泡孔内含有最大量的发泡剂和最小量的空气，随时间变化，气体浓度会发生变化，发泡剂气体会慢慢与外界空气发生置换，一般在下线30d内变化幅度较大，90d后慢慢趋向平稳，但仍在缓慢变化，直至泡孔内发泡剂气体全部挥发，气体全部置换成空气。

表3 发泡剂导热系数

 

表3中列出常用的氟利昂发泡剂与CO2及空气常温下的导热系数，相比于CO2，HCFCs作为发泡剂，导热系数较低，在相当长的一段时间内产品的整体导热系数也要低，但最终状态下，发泡剂终究会被空气置换，导热性能慢慢持平，如图12所示，为DOW化学实际实验中不同发泡剂挤塑板产品导热系数变化。

 

图12  DOW化学实际实验CO2发泡XPS导热系数变化

 

CO2发泡挤塑板导热系数相比于氟利昂挤塑板前期略高，但随时间推移，二者差值会逐渐变小。

 

5、环保

根据《蒙特利尔议定书》及其各国的修正案，氢化氟氯烃(HCFC)类即氟利昂发泡剂，因含有氯和氟，长期和大量使用对臭氧层的危害较大，在21世纪，发泡剂的臭氧消耗将占到人为臭氧消耗的24%。发泡剂已经并仍将是导致臭氧消耗的主要因素之一，成为蒙特利尔协议的禁用物。同时，它也是主要的温室气体之一。

ODP（ozone depletion potential）臭氧消耗潜值(臭氧衰减指数)，用于考察物质的气体散逸到大气中对臭氧破坏的潜在影响程度。规定制冷剂R11的臭氧破坏影响作为基准，取R11的ODP值为1，其他物质的ODP是相对于R11的比较值。

GWP（Global Warming Potential）是一种物质产生温室效应的指数。GWP是在100年的时间框架内，各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量，以二氧化碳为参照气体。

 

表4 常用氟利昂发泡剂与CO2及空气的ODP、GWP值

 

由表4可看出，相比于氟利昂，CO2发泡剂0ODP、1GWP，对地球环境的臭氧层破坏为零，温室效应影响上远小于氟利昂，为环境友好型发泡剂。

此外，如前文所述，市面上大多采用氟利昂发泡的XPS板材用的都是回收料，其产品中有害物质含量相对较高，而绿羽采用全新料CO2发泡，更加环保。

 

6、小结

（1）相比市面上普通氟利昂挤塑板，CO2挤塑板对生产设备要求更高，原料更好，更环保；

（2）氟利昂挤塑板表面触感偏硬，硬度较大，刚性大，易折断；CO2挤塑板表面触感稍软，硬度较小，韧性大，不易折断；

（3）氟利昂挤塑板泡孔孔径较大肉眼可见、光线下有晶状光泽、断面粗糙、闻起来有刺鼻气味；CO2挤塑板泡孔小，细腻均匀；

（4）相较于氟利昂挤塑板，CO2挤塑板弯曲强度值较大，不易弯曲变形、折断；

（5）相较于氟利昂挤塑板，CO2挤塑板的压缩强度大，抗压性能好；

（6）氟利昂挤塑板在初期导热系数值略低于CO2挤塑板，但随时间推移，差值逐渐缩小；

（7）在挤塑板生产过程中，相较于氟利昂发泡剂，CO2发泡剂为环境友好型，不会对臭氧层产生破坏。