探讨SOLIMIDE®泡棉

简介

市售泡棉林林总总,可满足成千上万种不同应用;每种泡棉都有着不同的物理特征,这决定了泡棉在特定应用中的性能表现。在选择合适的泡棉时,首先要决定的特征是泡棉的物理功能。泡棉是否需要保护特定部件免受震动或颠簸?是否需要隔离以容纳热量或冷空气?或者是否需要控制声音?

给定泡沫的原始物理聚合物特性决定了哪种特定泡沫最适合特定应用或环境。闭孔泡沫用于需要隔湿或阻挡的应用。开孔泡沫是增强吸收和过滤灰尘颗粒的理想选择,同时允许气体通过。有机硅泡沫用于非常高的温度应用。当泡沫需要反复压缩和反弹到其原始形状时,聚氨酯泡沫是理想的选择。

自从多孔聚合物首次普及以来,人们已经认识到,在火灾条件下,多孔聚合物的表现与常规固态聚合物的表现相去甚远。多孔聚合物由于其多孔结构所导致的高表面积,氧气易于进入且热惰性低,引燃和燃烧通常十分迅速。

SOLIMIDE®泡沫是聚酰亚胺泡沫的商品名,在泡沫光谱中占有独特的部分。聚酰亚胺是通常由芳环与酰亚胺键耦合的聚合物。它们在温度高达500°C的惰性气氛中具有热稳定性。 聚酰亚胺泡沫衍生自聚酰亚胺树脂,在各种高温应用中表现出优异的长期热稳定性。这种专有泡沫是为NASA开发的,以满足对阻燃,隔热材料的需求,该材料可以处理航天器遇到的极端高温和低温条件。SOLIMIDE® 泡沫塑料的耐热流性使其成为理想的隔热材料,其极低的密度使其成为这种对重量敏感的应用的理想选择。跟随NASA的脚步,其他对重量敏感的细分市场,如航空航天,海军和运输,都在寻求类似的性能和性能特征。SOLIMIDE®泡沫具有自熄性和无毒的产生特性,非常适合任何车辆应用,如船舶,乘用车,商用车,房车,飞机和航天器。

热性能

SOLIMIDE®泡沫在许多热规格中结合了独特的性能特征:

  • 宽工作温度范围:大多数牌号的低温(在低温下保持其室温灵活性)到 400°F (204°C),以及专用高温 HT-340 牌号的 575°F (300°C)。
  • 具有低导热系数的出色隔热性能:平均室温下为 0.29 - 0.34 BTU-in/hr-ft²-F° (0.041 - 0.049 W/mK)。
  • 当暴露于火焰时,它会烧焦,立即自熄,并且不会在大多数蜂窝产品点燃的地方保留火焰。
  • 暴露于火焰时几乎不产生毒素,并且在室温下具有极少量的气体。
  • 极低的甲醛脱气。
  • 通过美国保险商实验室UL94 V-0垂直燃烧测试,并通过多项联邦海军和航空法规。

由于SOLIMIDE®泡沫在对火灾敏感的应用中的使用越来越多,因此对其消防安全性的研究变得非常重要。对SOLIMIDE® Foams的AC-500和AC-530产品进行了点火,火焰燃烧和闷烧燃烧的锥形量热仪测试,以支持这些敏感应用中的消防安全。

点火:点燃

因为点火是火的开始,所以重要的是要知道材料是如何点燃的,以及如何利用这些知识来减少点火的机会。这对于评估火灾敏感型应用(如空间、水和航空运输)中的火灾隐患尤其重要。表1显示了SOLIMIDE®泡沫的平均点火特性。重要的是要注意,在暴露于大约50 kW/m²的入射热通量之前,两种材料都不会点燃,从而建立了最小入射热通量(MIF),其明显高于竞争材料。标准聚氨酯泡沫(密度为54 - 693 kg/m³)的MIF小于15 kW/m²。SOLIMIDE® Foams的MIF也比大多数固体聚合物高得多,尽管它的密度极低。同样重要的是要注意,50 kW/m²是发达火灾环境辐射的典型热通量,这意味着SOLIMIDE®可以在极高的温度环境中轻松运行,达到活跃的发达火灾水平。

泡沫材料的可燃性除了其他特性外,还很大程度上取决于泡沫厚度。表1显示了较厚的材料在高入射热通量下耐燃。对于泡沫材料,蜂窝结构中捕获的空气可以作为一种散热器;泡沫越厚,散热器越大。这可以解释泡沫厚度对SOLIMIDE®泡沫可燃性的显着影响。

SOLIMIDE®泡沫的分解温度高,分解产物不易燃烧。据观察,SOLIMIDE®泡沫在高于MIF的热暴露开始时闷烧并烧焦,然后点燃,但当热通量移动到低于MIF时立即恢复闷烧。SOLIMIDE®泡沫在紧急情况下不会驱动持续燃烧。

图1显示了入射热通量和点火模式对AC-550点火时间的影响。

图1:入射热通量对AC-550火花点火和自燃的影响

火焰燃烧:由于热暴露引起的主动燃烧,火灾的可见气体部分(火焰)

锥形量热仪测试模拟由相邻火灾环境引发的材料燃烧。50 kW/m² 的入射热通量通常从发达的火灾环境中辐射出来。在2.5cm的AC-530下在50 kW / mk²下进行测试,并显示出相对较低的热释放率,质量损失率,总热量释放率,烟雾产生率和一氧化碳(CO)产生率。为了研究更高的高温环境,对AC-550和AC-530泡沫进行了55,65和75 kW / m²的测试。图2和图3显示了两条热释放速率曲线。

图 2:AC-550 的热释放速率曲线
图 3:AC-530 的热释放速率曲线

入射热通量对峰值放热速率的影响如图4所示。两种泡沫的峰值热释放速率都非常低,即使在入射热通量最高的情况下也是如此。燃烧的净热量是燃烧材料产生的热量。聚酰亚胺泡沫的净燃烧热(约23.15 MJ / kg)在最佳密度下与聚氨酯泡沫和有机硅泡沫相似,但其实际应用密度却大不相同。由于很难制造出具有有效机械强度的低密度有机硅泡沫,因此有机硅泡沫的实际应用密度限制在约160 kg/m³或更高。聚氨酯泡沫的实际应用密度可低至22 kg/m³。硅泡沫在适用密度下的净燃烧热产生3936 MJ/m³,而聚氨酯泡沫在适用密度下产生510 MJ/m³。SOLIMIDE®泡沫在燃烧热性能方面远远优越,同时密度显着降低(6 - 8 kg / m³)和更轻的重量。

图4:入射热通量对AC-550和AC-530峰值热释放速率的影响

图5和图6显示了AC-550和AC-530在火焰燃烧中的(CO)屈服曲线。一氧化碳峰值浓度通常低于0.01%,即100 ppm,远低于被认为对人体健康有害的一氧化碳水平。如果SOLIMIDE®泡沫发生火焰,它不会产生对人类安全有害的一氧化碳。

图 5:AC 550 的 CO 浓度
图 6:AC 530 的 CO 浓度

闷烧燃烧:材料表面燃烧温度较低,无焰形式

在低于50 kW/m²的热通量下研究了AC-550的闷烧燃烧,因为点火研究表明MIF(点火温度)为50 kW/m²。图7显示了AC-550暴露于不同热通量时的失重曲线。测试样本只显示轻微炭化,物理结构无明显变化,表明SOLIMIDE®泡沫具有较高的热稳定性,只有一小部分热分解。

图7:AC-550在各种入射热通量下闷烧燃烧的失重曲线
图 8:AC-550 在各种入射热通量下闷烧燃烧的 CO 屈服曲线

与MIF低于15 kW/m²的聚氨酯泡沫相比,SOLIMIDE泡沫在25 kW/m²时很容易燃烧,SOLIMIDE®泡沫可以承受更高热量水平的闷烧环境。这种差异主要是由于泡沫结构的热稳定性。SOLIMIDE®泡沫在30 kW/m²的热通量下经历了更显着的炭化,燃烧但未从45 kW / m²的燃烧转移到燃烧燃烧,并且在50 kW / m²热通量发生火焰燃烧之前,闷烧,烧焦并消耗其重量的75%。需要关键的外部热通量来启动SOLIMIDE®泡沫从闷烧到燃烧的过渡。图9显示了AC-550暴露于各种入射热通量时的失重曲线。

对于闷烧燃烧环境,重要的是要知道在去除外部热源后燃烧是否可以自我维持。将AC-550暴露在50 kW / m²的热通量下三分钟,然后关闭加热器。监测样品重量和一氧化碳产量,如图9和10所示。在暴露于热通量期间,样品损失了约44%的重量,然后在去除热通量后保持恒定。同样,在去除热通量后,CO浓度降至零,这表明当热通量被去除时,SOLIMIDE®泡沫的闷烧燃烧不是自我维持的。

图 9:AC-550 在 50 kW/m² 时闷烧燃烧的失重曲线。加热器在样品暴露于热量三分钟后关闭。
图 10:AC-550 在 50 kW/m² 时阴燃的 CO 屈服曲线。加热器在样品暴露于热量三分钟后关闭。

SOLIMIDE®泡沫由于其热稳定性而表现出高耐燃性。点燃火焰燃烧的最小热通量远高于大多数固体聚合物(点火环境)。它还具有非常低的可燃性,即使在极高的入射热通量(火焰燃烧)中也是如此。除非在令人难以置信的高入射热通量下,否则SOLIMIDE®泡沫不会经历显着的闷烧,并且一旦热源被移除(闷烧燃烧),就不会自我维持。

由于这些固有的特性,SOLIMIDE®泡沫被用作测量空气传播颗粒物的敏感测试设备的绝缘材料,并且是国际空间站内的首选泡沫。SOLIMIDE®泡沫是当今近100%的商用飞机的绝缘成分。

机械性能

SOLIMIDE® Foams的机械特性进一步促进了其在泡沫光谱中的独特地位,并补充了其热性能特性,推动了运输相关行业的应用。SOLIMIDE®泡沫的独特属性之一是具有非常低的密度范围(每立方英尺0.34 - 0.55磅(PCF)(5.4 - 8.8 kg / m³))。该解决方案的优点之一是,由于泡沫的重量优势,可以大大减少所需的燃料量,因此通过去除可燃燃料来提高防火安全性。SOLIMIDE®泡沫塑料由于其极低的重量而具有优越的优势。SOLIMIDE®泡沫随着时间的推移保持其物理形式;它不会因振动、潮湿或暴露在连续的高温下而变形,也不会随着时间的推移而退化,使其成为长生命周期应用的理想选择。SOLIMIDE®泡沫是一种无纤维产品,支持清洁的制造和加工环境。

为什么SOLIMIDE®泡沫在泡沫光谱中独一无二

SOLIMIDE®泡沫已通过航空航天,海军和铁路应用中的刚性联邦烟雾和毒性测试。在可生存的紧急航空航天着陆火灾的情况下,泡沫是绝缘系统的一部分,与可快速燃烧并伴有巨大热量的替代绝缘系统相比,该绝缘系统可抵抗坠毁后的燃料火灾长达五分钟,从而减少火灾危险并延长逃生的关键时间。它因其重量轻和热性能低而被用作飞机环境控制系统(ECS)的绝缘材料,以及高温引水管道和系统。在海军和铁路应用中,SOLIMIDE®泡沫由于其低烟和毒性产生特性,因此可用作墙壁,天花板和管道绝缘材料。自熄性能为使用SOLIMIDE®泡沫增加了额外的动力,确保泡沫绝缘层不会点燃,并在发生机上火灾时对可能的紧急情况造成额外的危险。

硅胶泡沫或硅胶海绵经常用于高温环境。该解决方案相当密集,不适合重量关键型应用。最轻的有机硅泡沫的密度为12 PCF(192千克/立方米)。SOLIMIDE®泡沫的平均密度为0.43 PCF,密度比有机硅泡沫低近28倍,并具有较低的导热值的额外好处。

大多数泡沫在低温下变得非常坚硬,如果弯曲就会开裂。一些泡沫在冷冻时变得非常脆,如果掉落,它们会破碎。SOLIMIDE®泡沫即使在极端寒冷的条件下也能保持其柔韧性。

SOLIMIDE®泡沫具有尺寸稳定性,易于接受粘合剂,这意味着它易于组装,提高了制造效率,并且可以安装在垂直位置而不会变形或下垂。玻璃纤维是高温环境中的主要竞争解决方案,由于重量和尺寸稳定性,在大多数情况下必须与机械紧固件连接。使用机械紧固件进行连接会增加任何垂直安装的成本和复杂性。此外,玻璃纤维会随着时间的推移而变形和降解,在产品的整个生命周期内需要额外的维修或更换成本。

索利米特®泡沫案例研究

  • SOLIMIDE®泡沫用于家庭供暖装置,其中可以快速安装垂直泡沫板,取代下垂的玻璃纤维毯,并减轻系统重量,装配时间和成本。
  • SOLIMIDE®泡沫用于飞机上的烤箱包围和制冷应用,与传统绝缘材料相比,在更清洁的非纤维配方中解决了重量和热阻问题。
  • 在寒冷天气下,由于内部组件之间的温度波动,坚固耐用的笔记本电脑应用程序经历了显示失真。SOLIMIDE®泡沫提供了阻止这种变形问题所需的热阻,促进了稳定可靠的性能。
  • 将带有粘合剂的SOLIMIDE®泡沫条组装在笔记本电脑盖应用中,以引导冷空气并保护散热器中的热敏组件,从而促进高效稳定的设备操作。
  • 一家电信光纤网络设备制造商需要为其控制单元使用低释气绝缘材料。SOLIMIDE® Foams的接近零释气使其成为该应用的最佳选择,此外还提供了急需的耐用性,以防止在温度波动环境中随着时间的推移而退化。
  • 一家食品加工公司需要在整个过程中更换隔热材料。SOLIMIDE®泡沫在从低温到室温再到低温的极端温度循环中有效地执行。SOLIMIDE® Foams的软质泡沫与薄膜衬垫层压,能够取代该应用中使用的传统泡沫,该泡沫需要不锈钢衬垫以确保稳定性。除了在整个温度循环过程中具有出色的性能外,SOLIMIDE®泡沫还大大减轻了其绝缘系统的重量。
  • 一家卤素灯制造商需要保护电子电路免受尺寸空间非常紧凑的灯泡的热量的影响。SOLIMIDE®泡沫提供了超薄格式所需的热电阻率性能水平。
  • 一家医院新生儿采暖器具制造商在其组件中使用了陶瓷纤维隔热材料,要求制造人员在制造过程中穿戴个人防护设备。通过用SOLIMIDE®泡沫取代这种纤维绝缘材料,制造商消除了对个人防护设备的需求,提高了员工的士气,提高了设备的热性能效率,从而降低了最终客户运行设备的成本。
  • 一家大型采矿设备制造商能够用阻燃性更强的SOLIMIDE®泡沫取代聚酯和聚氨酯机舱隔热材料,从而带来改善机舱声学和消防安全性的双重好处。

Boyd公司如何帮助您的公司解决您的隔热需求

Boyd的测试数据库包含所有SOLIMIDE®泡沫牌号,以及来自许多常见的ASTM,ISO,UL和客户测试规范的数据。将这一规范历史与化学家和长期任职的工程团队相结合,Boyd Corporation的SOLIMIDE®泡沫团队可以帮助您的公司排除故障,设计和执行任何隔热解决方案,以应对您遇到的几乎任何热挑战。Boyd以快速车削原型而自豪,使用水射流切割机,3轴CNC雕刻机,CNC刀刀和CNC冲床使Boyd能够快速生产概念验证解决方案,以帮助您为您的应用选择最佳的SOLIMIDE®泡沫设计和等级。

结语

SOLIMIDE®泡沫是任何需要耐高温,极端温度波动,低重量,自熄性以及低烟雾和低毒性产生的绝缘需求的绝佳选择。将这些性能特征与SOLIMIDE®泡沫易于使用和组装的事实相结合,您可以通过节省制造效率来体验到性能提高,安全性和利润率提高等优势。

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