環(huán)氧樹(shù)脂可以制成泡沫塑料。與其他泡沫塑料相比它有很多優(yōu)點(diǎn)：比一般的聚氨酯泡沫塑料更耐熱，不需要像酚醛泡沫塑料那樣在低溫貯藏、高溫固化；比有機(jī)硅泡沫塑料價(jià)廉而不需要長(zhǎng)時(shí)間固化，就地發(fā)泡而熟化時(shí)毋需外熱，粘接力強(qiáng)，化學(xué)上惰性并能自熄等。

    硬質(zhì)環(huán)氧樹(shù)脂泡沫塑料具有卓越的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性良、吸水率低，尤其是用中空微球作填料制成的高密度復(fù)合泡沫材料密度為0.53～0.67g/cm³、壓縮強(qiáng)度可達(dá)到120MPa。

 

 

    環(huán)氧樹(shù)脂泡沫塑料主要成型方法有物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡和中空微球填充體等3種。前兩種發(fā)泡方法適于制備密度小于0.064g/cm³的低密度的泡沫塑料和密度在0.064～0.32g/cm³的中密度泡沫塑料，中空微球填充的泡沫塑料為大于0.32g/cm³的高密度泡沫塑料。主要原料如下。

    ①環(huán)氧樹(shù)脂   以雙酚A型低分子量環(huán)氧樹(shù)脂為主（例如，E-51、E44），有時(shí)也用E-12固體樹(shù)脂的粉末。

    ②固化劑常用固化劑見(jiàn)表4-1。

    ③發(fā)泡劑   多采用沸點(diǎn)在50～150℃之間的多元胺、氨基甲酸酯，分解溫度低于150℃的偶氮化合物、酰肼、疊氮化合物和氫硼化物等。過(guò)去發(fā)泡劑重點(diǎn)放到氟氯甲烷發(fā)泡劑上，采用這種發(fā)泡劑發(fā)泡制備的環(huán)氧泡沫絕熱效率高于或等于聚氨酯泡沫塑料。由于環(huán)氧泡沫泡孔難以滲透，這種發(fā)泡劑能在泡孔中保留較長(zhǎng)時(shí)間。氟氯甲烷對(duì)臭氧層有破壞作用，逐漸被限制使用，替代品是值得研究的課題。

 

 

    ④表面活性劑   環(huán)氧泡沫塑料所用表面活性劑與酚醛和聚氨酯泡沫塑料相同，如吐溫80等。

    ⑤觸變劑   觸變劑對(duì)環(huán)氧泡沫塑料泡孔結(jié)構(gòu)的生成有一定影響，根據(jù)所制備泡沫塑料類型、樹(shù)脂和固化劑的選擇而定。泡沫制備過(guò)程中使用觸變劑，操作自由度大。常用的觸變劑有顏料、石棉、硅藻土、云母、硅膠、膨潤(rùn)土、有機(jī)配合物、金屬皂粉和固體植物油等。

    （1）化學(xué)發(fā)泡法   其樹(shù)脂配方分別見(jiàn)表4-2和表4-3。

 

 

    環(huán)氧泡沫塑料早期生產(chǎn)曾以偏硼酸三甲酯為發(fā)泡劑、二氨基二苯砜為固化劑、低分子量環(huán)氧樹(shù)脂為基質(zhì)組成。它是由Shell公司首先于20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)成功的。

    配方（質(zhì)量份）

    E-51環(huán)氧樹(shù)脂             100                偏硼酸三甲酯（TMB）      30

    二氨基二苯砜（DDS）       20

    在上述基本組分中可通過(guò)加入塑料助發(fā)泡劑苯磺酰肼、表面活性劑等進(jìn)行工藝和性能上的調(diào)節(jié)。

    將環(huán)氧樹(shù)脂和除TMB之外的其他材料一起混合均勻，再加入TMB迅速攪拌，把混合物澆鑄到模具中，物料會(huì)自動(dòng)放熱而發(fā)泡，環(huán)氧樹(shù)脂隨之固化，這種含硼環(huán)氧泡沫塑料具有耐高溫性。例如，在上述配方中加入15質(zhì)量份的鋁粉作填料，制成的泡沫塑料的密度為0.315～0.46g/cm³，它在260℃保持30min仍有0.75～1.79MPa的壓縮強(qiáng)度，這種發(fā)泡體系由于性能好目前仍被采用。

    （2）物理發(fā)泡法   如果要制取密度低的環(huán)氧泡沫塑料，通常用氟里昂作發(fā)泡劑。

    物理發(fā)泡法通常采用噴射發(fā)泡，噴射物由環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑兩種原料組成。例如改用氟里昂-11，用量為6～22質(zhì)量份，固化劑用三氟化硼配合物，將兩種原料用定量泵按一定比例送人噴槍，在噴槍中經(jīng)過(guò)高速混合后噴射，噴射物涂在物體上當(dāng)放熱反應(yīng)開(kāi)始時(shí)即開(kāi)始發(fā)泡，并在1～2min固化。

    張治萬(wàn)研究了不同環(huán)氧樹(shù)脂固化劑對(duì)壓縮強(qiáng)度的影響見(jiàn)表4-4，從而選擇了改性間苯二胺作為固化劑（#590）。

 

 

    以下列配方進(jìn)行配制（質(zhì)量份）

    E-51環(huán)氧樹(shù)脂              100                氟氯烴F113             4

    固化劑#590                 22                 DMP-30                 2

    苯磺酰肼                   4                  吐溫-80                4滴

    操作   將環(huán)氧樹(shù)脂、苯磺酰肼、F113、DMP-30、吐溫80等按配方量放入容器內(nèi)攪拌均勻后，加人固化劑#590，再充分?jǐn)嚢杈鶆颍瑑A人模具中，在室溫25～30C放置7～10h，制得泡孔均勻而細(xì)的泡沫體，密度為0.32g/cm³，壓縮強(qiáng)度為2.47MPa。

    在配方基本相同情況下，采用加熱固化可以縮短固化時(shí)間。固化條件為60℃/30min、80℃/30min，開(kāi)始發(fā)泡和固化；再在100℃/30min、120℃/30min后處理，也能制得泡孔均勻而細(xì)的泡沫體，密度為0.3g/cm³，壓縮強(qiáng)度為2.34MPa。

    （3）中空微球填充法   由于環(huán)氧泡沫采用的物理發(fā)泡劑氟氯烷烴將被禁用，化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡又難以控制，不像聚氨酯泡沫那樣容易進(jìn)行就地澆鑄，因此中空微球填充法是目前使用和今后發(fā)展的方向。中空微球有二氧化硅、陶瓷、塑料3種，以強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性等方面來(lái)考慮，以二氧化硅中空微球?yàn)樽罴?。SiO₂中空微球體積很小，直接僅5～200μm，比同類實(shí)心珠小10倍。容積密度一般在0.18～0.38g/cm³，球體表面和球體內(nèi)部的氣體均呈中性。用這樣的中空微球作為環(huán)氧樹(shù)脂的填料主要用于制備高密度泡沫塑料，制備方法見(jiàn)下例。

    例如，將100質(zhì)量份環(huán)氧樹(shù)脂加熱至80℃，然后加入25質(zhì)量份二氧化硅（或陶瓷，塑料）中空微球，混合10min后，加入9質(zhì)量份苯胍（簡(jiǎn)稱“促進(jìn)劑D”），并進(jìn)行攪拌，把混合物倒入深盤(pán)中，并振動(dòng)之。為了破壞積聚起來(lái)的氣泡，可吹入200℃左右的熱空氣?；旌衔镌?0～40℃固化2h。制得的泡沫塑料孔徑均勻，密度低，在60℃和7MPa壓力下體積壓縮率僅為1.2%。

 

 

    幾種典型環(huán)氧樹(shù)脂泡沫塑料的性能見(jiàn)表4-5～表4-10。

    從表4-5～表4-10可見(jiàn)，環(huán)氧樹(shù)脂泡沫塑料具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能、電絕緣性，尤其是用中空微球填充法所制得的高密度泡沫塑料，其泡孔耐滲透性強(qiáng)、不吸水，又增添了隔音、隔熱等性能，因此它是制備水下裝置的理想材料，目前最佳的浮力材料。

 

 

 

    環(huán)氧泡沫塑料發(fā)展很快，應(yīng)用日趨廣泛。環(huán)氧泡沫塑料不僅結(jié)構(gòu)堅(jiān)韌，而且絕緣性好，可作絕熱、電絕緣材料；它相對(duì)密度小，適宜填塞機(jī)械零件的空隙和作夾心制品、防震包裝材料、漂浮材料以及飛機(jī)的吸音材料等，也可作特殊澆鑄制品。

    （1）漂浮材料   復(fù)合鑄塑浮力艙，作為近海鉆探提升器，半潛式運(yùn)載器上用于支承鉆具組的浮力艙，深海作業(yè)的停泊彈性浮標(biāo)、旋轉(zhuǎn)式浮標(biāo)和管道式牽引浮標(biāo)。

    （2）近海作業(yè)絕熱材料   用環(huán)氧樹(shù)脂和中空微球制造出復(fù)合鑄塑絕熱包帶，用作水下輸送管道的夾套材料。用它鋪設(shè)在從油井口到鉆探平臺(tái)，可以有效地把灼熱的原油與冰冷的海水相隔離，從而防止因石蠟冷卻結(jié)晶而發(fā)生管道堵塞。

    （3）其他用途   環(huán)氧樹(shù)脂泡沫塑料多用于電子和宇航工業(yè)，制備電子元器件，飛機(jī)導(dǎo)航用部件和在受力情況下用的阻燃、介電元件等。采用澆鑄法可制備飛機(jī)用的大尺寸和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件。