硬质PVC发泡制品 (5)

1、硬质PVCPVC发泡制品大有可为 中国塑协硬质PVC发泡制品专委会 周家华 1 前言 近几十年来发泡塑料工业发展很快，在欧美发达国家，发泡塑料 制品生产已成为重要的产业。在我国随着科学技术的进步和发展， 发泡塑料的性能逐步被开发、认识，应用领域和用途范围不断被 扩大。 现在发泡塑料的应用已遍及各个行业，特别是在包装、建筑、日 常生活用品，国防、和航天、航空等高科技领域，发泡塑料已占 有重要的地位。 我国发泡塑料制品年销量已超过300万吨，行业统计显示，年均 增长15%以上，发泡塑料在包装材料领域中应用突出，目前已居 各种包装材料之首。发泡塑料是近几年来塑料工业发展的一个亮 点。 1 2012年

2、中塑协发布了塑料加工业“十二五”发展规 划指导意见，“规划”明确了塑料加工业在国民经 济中的地位，理清了行业“十二五”总体发展思路。 思路突出，依靠科技创新、推进技术进步、推动产业 升级，着力构建现代产业体系，为推动塑料加工企业 走科技创新、节能减排、品牌效益之路，不断缩小与 发达国家的差距，为实现塑料加工业强国目标打好基 础。 2013年7月，中塑协又发布了塑料加工业技术进步 指导意见，“意见”提出了“十二五”塑料加工业 科技发展的总体思路，提出了“十二五”塑料加工业 科技发展必须遵循的基本原则，突出了完善科技创新 体系。明确了“十二五”塑料加工业重点技术研究、 发展方向和重点研发内容。 2

3、 紧紧跟踪当代科学发展趋势及前沿技术，以努力缩小 与发达国家差距为目标，按照功能化、轻量化、微成 型的要求，把握整个塑料行业的发展方向； 紧紧围绕塑料加工业的关键、共性技术力争实现重点 突破，并形成产业化，以改变塑料加工业面貌； 紧紧围绕提升产业素质，大力推广新材料、新工艺、 新技术、新装备； 紧紧围绕绿色发展、循环发展、清洁生产，使我国塑 料加工业节能减排迈上新台阶。 3 发泡塑料产业在塑料行业发展过程中，扮演 着重要的角色。通过塑料发泡技术的研发，开 发出了塑料材料的很多新功能，可以极大地节 省塑料的使用量，是塑料制品实现功能化和轻 量化的重要途径之一。 发泡塑料的应用范围非常广，它不但应

4、用于 日常生活的各方面，而且在节能、环保方面优 势突出，在电子、航空、航天等高科技领域的 应用愈加显著。 4 一、发泡塑料介绍 发泡塑料是由大量气体泡孔分散于固体塑料中而 形成的一类高分子材料，也被定义为：一种以气体为 填料的新型复合塑料。 发泡塑料与未发泡塑料相比，具有密度低、质量 轻、节省材料、比强度高（其强度随着密度增加而增 大）以及吸收冲击载荷的能力提高，而且具有优良的 缓冲减震、隔音吸音性能，热导率低，隔热性能好， 还具优良的电绝缘、耐腐蚀、耐霉菌等性能，软质发 泡塑料具有弹性优良等性能。 5 发泡塑料分类 发泡塑料的分类方法较多，常见有3种分类方法： （1）按硬度分类：可分为软质发

5、泡塑料、硬质发泡塑料和半硬质发 泡塑料3类。在23和50%的相对湿度下：软质发泡塑料，弹性模量 小于70MPa；硬质发泡塑料，弹性模量大于700MPa；半硬质发泡 塑料，弹性模量为70-700MPa。 （2）按密度分类：可分为低发泡塑料，中发泡塑料，高发泡塑料3类。 低发泡塑料，密度在0.4g/以上；中发泡塑料，密度为0.1-0.4g/ ；高发泡塑料，密度在0.1g/以下 。 （3）按泡孔结构分类：泡孔分闭孔型和开孔型两类。闭孔型中的泡 孔互相隔离，有漂浮性；开孔型中的泡孔互相连通，无漂浮性。 目前还有按孔径大小分：超微孔：0.11.0m ；微孔：1.0 10m ；普通泡孔：50m 以上 6

6、发泡过程与方法 发泡塑料无论采用什么方法制得，其基本过程都是形成泡沫即在塑料中形成 无数的泡孔 。 （1）在液态或熔融态塑料中引入气体，产生微孔（小气泡）； （2）使微孔增长到一定体积； （3）通过物理或化学方法固定微孔结构。 按照引入气体的方式，发泡方法有机械法、物理法和化学法。 机械法：利用强力搅拌，把大量空气或其它气体引入液态塑料中； 物理法：采用微孔填料、低沸点液体混入塑料气化； 化学法：应用固体发泡剂反应产生气体，融入熔融态塑料。 硬质PVC发泡板材、管材或型材，则通过挤出机，发泡剂在机筒中分解，物料离 开机头时，压力降到常压，溶入气体即膨胀发泡，如果发泡过程与冷却定型过程配合 得当

7、，就可得到结构泡沫制品 。 7 发泡塑料制作 塑料发泡的技术渊源久远，上世纪30年代出 现了聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫，后来各种发泡塑 料陆续出现，现在基本上所有的塑料，无论是热塑 还是热固性的都可以发泡。 发泡塑料的制作方法有： 挤出发泡、注塑发泡、模塑发泡、压延发泡、 粉沫发泡和喷涂发泡等。 8 二、硬质PVCPVC发泡塑料介绍 三十多年前硬质PVC发泡塑料在西欧 刚问世，当时被人们称为“未来的木 材”，其主要成分是聚氯乙烯（简称 PVC）。由于硬质PVC发泡制品的应 用非常广泛，建筑装修、家具工业、 广告牌等，在欧美地区已经有了稳定 的市场，它几乎能替代所有用木材制 作的产品，具备了与木材

8、竞争的能力， 而且在“以塑代木”方面,它的优点比 硬质PVC不发泡塑料要多，优势明显。 9 硬质PVCPVC发泡技术发展 硬质PVC发泡技术在近几年发展非常迅速，欧美国家在发展硬质 PVC发泡技术方面非常突出，投入大，产出高，开发出了很多新产 品，使硬质PVC发泡制品在建筑装饰材料领域，家具用材料方面都 实现了产业化。 硬质PVC发泡制品的加工技术进步很快，无论是设备、模具还是配 方工艺均有了较大提高。形成规模的产品有硬质PVC发泡板、型材、 管材，硬质PVC发泡塑木制品（在PVC原料中填充一定量的木粉） 等，在建筑、包装、家具工业等领域内，应用越来越广泛。 10 11 硬质PVCPVC发泡制

9、品特点 硬质PVC发泡制品不但可以添加木粉或 也可以添加其他填充料，通过添加不同 的填充料，赋予硬质PVC发泡制品不同 的特性。提高该产品在替代各种建筑材 料，装饰材料的应用范围。 同时由于硬质PVC发泡制品表面装饰性 好，可以通过油漆、覆膜、印刷、转印 等表面处理使其具有木纹外观及各种颜 色，装饰效果优良。 12 硬质PVCPVC发泡材料优点 硬质PVC发泡材料与木质材料相比具有防潮、防腐、防虫、 阻燃、可无需油漆、无毒无味等特点。 该类产品不但可以节约木材，还可以有效改善人们的居住 环境，是最佳的“以塑代木”材料。 13 硬质PVCPVC发泡材料优点 减少了原料用量，进而降低了产品的成本；

10、降低了热导率， 提高了保温性，隔热性；减小了热膨胀性，改善了隔音性等。 目前硬质PVC发泡制品除了成功地取代木材之外，而 且也被广泛用来替代硬质PVC产品。 14 产品类型 形成规模的产品有硬质PVC自由发泡和结皮发泡实心板、中空格 子板，硬质PVC发泡装饰型材、管材、硬质PVC发泡塑木制品等， 在建筑、包装、家具工业等领域内，应用越来越广泛。 15 三、硬质PVCPVC发泡材料应用 硬质PVC发泡板广泛应用于客车、火车车厢顶棚、箱体 芯层、内部装潢用板、建筑物外墙装饰板、室内装饰用 板、办公室、住宅、公共场所建筑物隔断。 在建筑装修领域除替代木板外，还大量替代玻璃板、石 膏板、矿棉板、金属板

11、、瓷砖、大理石等 16 硬质PVCPVC发泡材料加工方便 由于硬质PVC发泡产品具有木材相似的结构及密度，一般密度在 0.50.8g/范围内，可以用木工的加工方法来加工这些产品， 可以用锯子锯，刨子刨，钉子钉。 还可以通过油漆、覆膜、印刷、转印等表面处理使其具有木纹外 观及各种颜色，也可以在原料中直接加颜料，生产彩色制品。 17 室内外装饰材料 替代木材用做室内建筑装饰材料及 家具以及室外建筑装饰材料。满足 室内使用的建筑装饰材料无耐候性、 耐老化要求，如：如室内装饰用踢 脚线、门套线、棚线、护墙板、吊 顶板、家具板等。 室外使用的建筑装饰材料有耐候性、 耐老化要求，如：外墙装饰板、屋 面板、

12、室外栅栏、广告版、建筑模 板等。 硬质PVC发泡建材 18 对于硬质PVC发泡建材，如硬质PVC发泡 建筑模板，建筑外墙装饰板等,由于节能环保 效果显著,目前国外的用量增长很快,是继塑料 管材和塑料门窗型材之后，需求巨大的新型塑 料建材。 我们国家确立了建立资源节约型、环境友 好型社会的目标，重视低碳经济发展，塑料建 材具有环保、节能特点，符合建筑节能要求， 有加速发展趋势。因此，在“十二五”期间， 硬质PVC发泡制品有了较大发展。 四、硬质PVC发泡建材在国外的应用情况 19 硬质PVC发泡外墙装饰板在美 国近年来得到快速发展，需求 不断增长，正在逐渐取代硬质 PVC外墙装饰板（俗称PVC外

13、 墙挂板），仿木纤维水泥外墙 装饰板等。 硬质PVC发泡外墙装饰板用于 建筑，和硬质PVC外墙挂板， 与仿木纤维水泥外墙装饰板相 比有明显的优势。 20 硬质PVCPVC发泡材料大有作为 在过去十几年里，高端硬质 PVC发泡板材、型材和硬质 PVC塑木发泡材料正在逐步占 领建材和家具市场。 尽管在20世纪90年代中期市场 上并没有出现完全商业化的硬 质PVC发泡外墙装饰板，但那 时国外就有人预言：这种硬质 PVC发泡材料将会大有作为。 硬质PVC发泡制品在美国的应用 美国的一份市场研究报告表明，这种产 品将会得到快速增长。事实证明，美国 上世纪末开始，已经有一些建材生产商 开发出了多种新型硬质

14、PVC发泡墙壁板 和木纤维填充PVC墙壁板，但这些产品 还仅处于实验阶段。 虽然一些硬质PVC发泡墙壁板，硬质 PVC发泡装饰板，硬质PVC发泡异型材 成功进驻了一些国家和地区的建材市场， 如英国、德国、法国等，但由于某些原 因（通常都是生产或者成本的问题）， 其中部分产品并没有实现商业化生产。 21 2010年硬质PVC发泡外墙装饰板在美国实现了商业 化生产，虽然这并不是什么国家级新闻，但仍然引起了 许多大型PVC建材生产商的关注，同时他们也开始扩大 硬质PVC发泡板材、型材的生产。 硬质PVC发泡外墙装饰板中部分产品添加少量木粉或 其它填充料，通过添加不同的填充料，赋予硬质PVC发 泡外墙

15、装饰板不同的特性。提高该产品在替代各种建筑 装饰板材的应用范围。 同时由于硬质PVC发泡制品表面装饰性能好，可以通 过油漆、覆膜、可转印等表面处理使其具有木纹外观及 各种颜色，装饰效果优良。 硬质PVC发泡外墙装饰板 22 各种外墙装饰板特点 硬质PVC发泡外墙装饰板具有良好的强度和较低 的热膨胀率，各种性能对纤维水泥墙壁板形成了直接 的威胁。 纤维水泥板在厚度和硬度方面都优于传统的硬质 PVC外墙挂板，具有非常明显的木纹理表面，面板下 部还拥有笔直的“影线”，立体感很强。相比之下， 传统的硬质PVC外墙挂板的厚度为1.0161.27mm， 甚至有些仅为0.97mm。这种厚度能够清楚地显现出

16、板材基底的任何凸起，还会使其看起来非常易碎。 23 24 纤维水泥板 纤维水泥板（沙子、 水泥、纤维素纤维和 水的混合物）是由澳 大利亚的詹姆斯哈迪 工业公司（James Hardie Industries） 在20世纪70-80年代 开发出来的，其增长 速度远远超过了传统 硬质PVC外墙挂板的 增长速度。 25 硬质PVCPVC发泡外墙装饰板 硬质PVCPVC发泡外墙装饰板同样也会发生膨胀，但是由于它 们的侧端面为榫槽，可被很好地固定住，因此板材的热膨 胀程度受到了一定抑制，影响较传统硬质PVCPVC挂板小。 采用发泡技术 制得的硬质 PVC发泡外墙 挂板有2种方 法可以解决膨 胀这个问题。

17、 26 解决方法 采用允许发泡板膨胀的设计结构或者改变设计，减少板材的膨胀。 目前，这两种方法均已被广泛采用。 开发的新型硬质PVC发泡外墙装饰板，也适合高端应用，可在工 厂进行预涂刷。 其热膨胀程度要小于传统的硬质PVC外墙挂板，只有大约0.13%。 传统硬质PVC外墙挂板存在一个很大的问题，即PVC的热膨胀率 很高。当温度变化达到10时，板材的膨胀程度可达到0.30.4 。 27 外墙装饰板发展变化 随着很多大型建筑材料生产商，如欧文斯科宁公司（Owens Corning），路易 斯安那太平洋公司（Louisiana Pacific）等陆续取消了传统硬质PVC外墙挂板 的生产业务，目前市场

18、对创新型硬质PVC发泡外墙装饰板的需求更为迫切了。 根据美国人口调查局的统计显示，从1999年到2004年，传统硬质PVC外墙挂板 在家居市场上的占有率从32上升到37，而纤维水泥板材则从8猛增至16 2000年以后，传统硬质PVC外墙挂板的销售额首次出现了下滑。有所不同的是， 硬质PVC发泡外墙装饰板取得了极大的成功，在过去的10年里，其市场占有率 从无上升至10以上 。 28 美国硬质PVCPVC发泡制品生产商 美国制造商已经在硬质PVC发泡挤出设备上投入了大量资金，并同时建 立了发泡PVC建筑产品的分销渠道。 美国Azek公司是目前世界上最大的发泡装饰板制造商，他们十分重视硬 质PVC发

19、泡制品的发展。 美国Applied Composite Technology(ACT)公司希望成为北美第二家将 硬质PVC发泡板实现商业化和首个成功开发塑木发泡板的公司。ACT公 司的板材产品在PVC中添加了一定量的木纤维，发泡密度为0.70.8 g/。 据介绍，这些产品都具有A级耐火表面。目前，已拥有多个专利技术的 ACT公司正在生产面向市场和用于安装测试的样品 。 29 硬质PVCPVC发泡制品生产设备 ACT公司还购买了一座面积为5万多平方米的工厂，并在其中安装 了2台American Maplan(美国玛普兰公司）的平行逆向旋转双螺 杆挤出机，每台设备的产量为2000磅/小时，满足快速

20、增长的生产 需求 。 德国的克劳斯玛菲公司，美国的辛辛那提挤出公司，为众多高质量 的硬质PVC发泡制品生产商提供多种型号的硬质PVC发泡板材、 型材、管材生产线。 30 硬质PVCPVC发泡制品在美国的发展 目前，美国硬质PVC发泡制品生产取得了极大的成功，在建筑装饰领域 的应用，在过去的10年里，其市场占有率从无到有，上升至10%以上 。 世界著名的塑料机械制造商辛辛那提挤出公司对美国市场进行了调查， 结论是硬质PVC发泡板材的销售量每1824个月就翻一番，预计年增长率 将会达到13。 美国硬质PVC发泡制品年增长量超过15%，据美国的客户介绍，北美地 区，硬质PVC发泡制品的年需求量约30

21、亿美元。我国硬质PVC发泡制品 的骨干企业，出口美国的产品最多，主要是建筑装饰用板材、型材 。 五、硬质PVC发泡建筑模板的开发应用 塑料建筑模板是继木模板、竹胶板、钢模板之后的第四代混凝土浇筑 用模板，塑料模板是节能环保产品。目前,国外塑料模板发展很快,开 发了各种规格的新产品，已形成多种塑料模板体系 。 建筑塑料制品的生产和应用能耗都远低于其他材料，如PVC的生产能 耗仅为钢材的1/5，铝材的1/8。现在，我国年消耗木材将近5亿立方 米，建筑领域是我国木材消费的大户，年消费木材约占全国总量的 1/3，其中仅建筑模板消费木材超过1200万立方米，相当于我国商品 木材产量的1/6。2013年我

22、国木材进口量7916万立方米，增长18%， 进口依存度接近50%。 因此,推广应用塑料模板也是节约资源、降低能耗、“以塑代木”、 “以塑代钢”的重要措施。 塑料模板是节能型绿色环保产品,建筑模 板绿色环保是必然趋势，所以具有广阔的发展前景。 31 国外塑料建筑模板 美国、德国、意大利、日本、韩国都有一些 开发生产塑料建筑模板的公司。有的公司规模 较大，品种齐全，员工达2000多人，如美国 SYMONS模板公司等。 美国生产塑料模板的企业很多,有全塑料的 柱模板、墙体模板,这种模板可以反复多次使用, 脱模效果较好。有用泡沫塑料作一次性模板,既 作墙体模板又作墙体保温层,利用钢筋或塑料杆 将两面墙

23、体模板连接。 还有一种塑料模板既可作墙体模板,又可作 为墙体的外墙,施工简便。 32 我国塑料建筑模板 我国上世纪80年初，才有团体和个人关注和研发塑料建筑模板。 三十年间塑料建筑模板经历了PVC实壁模板、定型组合式增强 塑料模板（聚丙烯为基材，玻璃纤维增强的复合材料），采用 注塑模压成型，模板结构和规格尺寸与组合钢模板基本相同。 玻璃纤维增强塑料模板（以废砂、炉渣、矿渣、石英砂等为主 要原材料，以废塑料为黏结剂的复合材料）。 增强PP模板（是以聚丙烯树脂为基材，添加防老化、阻燃等助 剂，采用纳米材料改性）。 竹塑增强塑料模板，PVC多腔模板，PP复合发泡模板, 新型环 保硬质PVC发泡建筑模

24、板，经过数代改良塑料建筑模板已初具 雏形的。 33 硬质PVC发泡建筑模板 目前塑料建筑模板比较成熟的产品是硬质PVC发泡建筑 模板，在我国建筑行业的应用最广，近年来发展势头迅猛， 我国众多生产硬质PVC发泡板生产线的塑机厂，有50%以 上的生产线用于生产硬质PVC发泡建筑模板。产量可达30 多万吨，折合成模板约3000万平方米。 34 而我国近几年来，每年全国房屋建筑施工面积 总量都超过50亿平方米，即房屋建筑用模板超过5 亿平方米。另外还有众多的铁路、公路、地铁、机 场、桥梁等建设也需要大量的建筑模板，所以发展 空间巨大。 在国家提倡绿色建筑、绿色施工，呼声日益高 涨的形势之下，研究开发新

25、型绿色、环保、可循环 使用建筑模板的要求将会越来越迫切。绿色、环保、 周转次数多，可回收的塑料模板，将成为一种符合 实际发展需要的新选择；塑料模板的改进，与金属 框肋增强配合使用的尝试，理应是日后发展的基本 趋势，逐步提高综合优势，可以真正被市场所接受。 35 合格的塑料模板产品必须有足够的抗拉强度、静曲 强度、弹性模量、冲击强度、表面耐磨、变形温度、 收缩率低、阻燃性好、抗老化、握钉力好、吸水率低 等技术指标，并满足建筑施工的要求。 36 根据对硬质PVC发泡建 筑模板的检测，相对其它 塑料模板，硬质PVC发泡 建筑模板使用方便，综合 性价比较高，也是目前应 用最多的塑料建筑模板。 目前塑料建筑模板产量还比较低，所占市场份额约6%，还没 有得到普遍推广应用，各种塑料模板正处于不断开发和发展阶段， 产品价格高低不等、质量参差不齐。但是随着行业标准塑料模板 JG/T418-2013，建筑塑料复合模板工程技术规程JGJ/T352- 2014的颁