什麼是泡棉?泡棉和海綿不同嗎?泡棉種類有哪些?1次搞清楚。

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泡棉與海棉在日常生活中是常見的日用產品,舉凡沙發、床墊、清潔用品、隔音、安全帽等等,都可以見到這些材質,兩者之間到底有什麼不同呢?泡棉與海綿是一樣的東西嗎?泡棉種類有哪些?海綿種類有哪些?除了天然海綿,包括合成海綿、泡棉、記憶棉都是人工合成的材料,因此免不了會提到各種繞口的石油化學名詞,盡量簡化,讓大家快速了解。

我們生活周遭有很多泡棉或是海綿製造而成的產品,但你有真正區分過他們嗎?他們是不是相同的東西呢?這個問題可能會難倒很多人,有人會說泡棉和海綿其實一樣,有人會說不同。我們先分開介紹泡棉與海綿這兩種日常常見的產品。

什麼是泡棉

泡棉簡單講就是橡塑材料粒子進行發泡的材料,簡稱泡棉。橡塑材料發泡方式會影響泡棉種類與性能。因為多樣化的原料,泡棉是擁有體系龐大分支的產品,只要改變原料,就能製造出新種類的泡棉。我們較為常見的有 PU泡棉、防靜電泡棉、導電泡棉、EPE、防靜電 EPE、CR、EVA、架橋PE、SBR、EPDM 等等。這些泡棉都有不同的特點,便利日常生活。

從定義上有幾點讓大家先簡單認識:

  1. 泡棉的材料是橡膠、塑膠材料粒子(通常都是石油的附屬產品,來源一樣,加工不同)製造。
  2. 廣義的泡棉也有天然材料製造,如天然乳膠泡棉。
  3. 泡棉經過發泡製程,主要是透過發泡劑。
  4. 泡棉種類繁多,依照需要在配方與發泡方式等產生不同類型。

泡棉特色

泡棉是一種多氣孔組成的結構,通常由聚氨酯或乳膠(PVC)製成。由於其氣孔結構堅固,作為隔音或緩衝的性能出色,再加上耐用性、耐老化性和耐久性能卓越,重量輕並且有浮力。除此之外,泡棉的彈性、使用方便、彎曲自如、性能可靠等一系列特色,成為很多家具材料的選擇重點。

  • 低壓力非常好的遮罩效果,遮罩效能超過90dB。
  • 有彈性、重量輕。
  • 防腐蝕鎳塗層可防電化學腐蝕。
  • 低表面接觸電阻。
  • 快速壓敏固定。
  • 客戶可指定長度。
  • 眾多截面選擇。
  • UL級防火。

泡棉應用範圍

我們常見用來製造床墊、鞋墊的合成乳膠、床墊與枕頭的記憶棉、安全帽裡的泡棉,汽車椅墊的泡棉等等都是相關製品。其他常見但容易忽略的應用還包括玻璃保護和運輸墊、遮陽板、電器密封件和墊圈,以及家用燈具和防塵密封件、包裝材料等。

泡棉種類

泡棉的種類龐大繁多,在這裡只介紹幾種常見的品項。這些五花八門的種類主要就是在幾個特性上作不同的要求與變化,然後製造產品。

  • 緩衝吸震
  • 耐燃阻燃
  • 舒適柔軟
  • 導電抗靜電
  • 高彈性慢回彈
  • 耐磨耐候
  • 防水抗水
  • 環保回收
  • 親膚抗菌
  • 輕硬板材

這些特性有些不容易同時達成,因此依照客戶與用途需要,調整配方,製造出不同的泡棉種類。以下分別介紹一些常見的泡棉。

PU泡棉

PU泡棉是Poly Urethane PU(聚氨酯發泡塑料),分為聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯、也是市面上最普及之泡棉製品。聚氨酯泡棉(PU 泡棉)的輕質和開孔結構使其成為數百種產品的理想選擇,包括家具墊、床墊、汽車座椅和醫療應用。事實上,您可能每天都會在不知不覺中多次遇到PU泡棉產品。

網路上很多解說會把 PU泡棉和 PU皮放在一起,但它們只是原料都是聚氨酯,兩者的製程與用途是截然不同的品項,不應該混淆。PU泡棉經過發泡,PU皮則是在皮料表面作PU塗層。

PU泡棉與海綿

PU泡棉經常與海綿混用,事實上很多廠商把這兩種名詞互通使用,而且習以為常。你可能見過稱呼是PU泡棉或是PU海綿,海綿產品中的開放結構類,就是以聚氨酯製造,這外觀與PU泡棉極為相似,這部份我們在介紹海綿時再進一步說明。

那麼到底兩者相同嗎?PU泡棉與海綿原本是不同的產品。有一種說法是,丟在水面會自動吸水的就是海綿,吸完之後會沉下去,泡棉丟在水面上完全不會沉,吸水量很少。不過也有不吸水海綿的設計。因此當泡棉的設計趨近於海綿時,兩者就很難區別,名稱混用也就習以為常,因此說PU泡棉是海綿也是可以的。

舉個例子來說,洗車用的洗車棉就可以是泡棉,但大部分都是海綿。不過廠商通常會名稱通用,國外也有類似情形,例如英文名稱Polyurethane Foam Sponge Block類似的產品,通常會標註是PU Foam製造的海綿Sponge。不過事實上兩者是透過不同製程所製造非常相似的產品。

PU泡棉種類

PU泡棉質地柔軟,怕熱(可耐溫200度),易燃燒(可添加阻燃劑),是用聚氨酯加TDI或MDI進行膠聯反應而產生的塑膠類的產物。根據內在氣泡的的大小,可體現出各種密度,再依據需要,用模塑的方式製成各種形狀。泡棉根據發泡數量以及大小,就可以變化不同硬度質感。所以有些泡棉摸起來鬆鬆的、軟軟的,有些卻很硬。

因此單就PU泡棉就能設計出許多種類的泡棉,例如:空氣、水及油過濾濾清海綿、吸水海綿、不吸水海綿、緩衝避震透氣、透氣不透水結皮海綿、抗靜電海綿、普通海綿系列、慢回彈海綿系列、注塑海綿系列、工藝海綿系列。

單就不同密度分別設計的PU泡棉(單位:公斤/每立方公尺)也有不同用途。一般來說,密度越高,支撐力越好,也越耐用,當然價格也會越高。

  • 低密度泡棉:保溫、防碰撞,常用於緩衝包裝材料。
  • 中密度泡棉:彈性、軟,常用於椅墊、彈簧床、沙發。
  • 高密度泡棉:彈性佳、支撐強,常用於高級沙發、隔音、運動器材軟墊。

PE泡棉

聚乙烯PE(Polyethylene),乙烯聚合而成,吸水與排水性較差,但其為可環保回收製品,且質地不易氧化變色。聚乙烯泡棉(PE泡棉)也很輕,但其閉孔結構使其比其他中低密度PU泡棉更耐用、更堅硬。PE泡棉具有很強的耐化學品性和耐濕性,並具有卓越的減震和絕緣性能。這些品質的結合導致 PE 泡棉經常被用於包裝產品(易碎或其他)。PE泡棉通常用來作為包裝中用來減震的材料,例如花瓶、重要的電子產品等。

EVA泡棉

EVA(Ethylene -Vinyl acetate copolymer),乙烯-醋酸乙烯共聚合物共聚而成。EVA泡棉的區分看醋酸(VA)的含量多寡,VA 越多成品越有彈性。發泡方式為間接非自體加熱方式,又可區分閉合與開放式發泡方式。EVA泡棉是一種新型的環保塑膠包裝材料,具有良好的防潮隔熱、緩衝、抗化學腐蝕抗震等優點,且具有不吸水,無毒的特性。

防火泡棉

有多種,其中一種是PU泡棉加上阻燃劑,不過燃點仍在攝氏200度以內,只要燃源不變、持續加熱,仍然會著火,且會釋放比未加耐燃劑更多有害物質。另一種以矽化合物為發泡主體,材質可較為細密,可耐燃燃點溫度可達攝氏1000度以上,是目前較有效之防火發泡材料。

TPE泡棉

Thermo Plastic Elastomer(或為 TPR R=Robber,熱可塑橡膠)是一種高溫下能熔融,一般加工溫度下具有硫化橡膠特性的材料,多用為軟墊製品使用。TPE泡棉是閉孔式結構之發泡材料,延伸性及回彈性較一般EVA泡棉更佳,重量較一般氯丁橡膠發泡輕40%。具有極低吸水率、尺寸穩定性佳、易於加工等特性。鞋材、地墊/瑜珈墊、護具、包裝材…等。

PVC泡棉

以 PVC 為發泡主材。PVC 是聚氯乙烯的簡稱,英文為 Polyvinyl chloride,被國際綠色和平組織稱為「毒塑膠」(因為其整個生命週期,從原料開採、製造、使用、到廢棄的所有階段,皆會對環境與人體健康造成危害),卻也因為便宜、製造方便,而成為產量僅次於PE的第二大泛用塑膠。不過並不是PVC泡棉有毒,而是超過極限溫度或燃燒時才會產生對人體有害的氣體。

乳膠泡棉

乳膠主原料就是橡膠乳汁,發泡的技術與原料比例不同,由天然橡膠樹液發泡而成。不過也有廠商是添加合成乳膠與天然乳膠來製造乳膠泡棉。乳膠有無異味、透氣性、防螨抗菌…等特性,依產品品質高低有差異。乳膠以能緊密支撐物體曲線為其最大特色。

矽膠泡棉

矽膠泡棉(又名記憶泡棉,太空記憶棉或惰性泡棉)是由泡棉經化學反應發泡而成之產品,最早是由美國太空總署委外的協力廠商研發出來,用在太空人座椅等緩衝用途。記憶棉以強大吸收衝擊能力著稱。具黏彈現象,局部受壓部分會將施壓物體襯托成型,當壓力釋放後會緩慢恢復原狀。成份中的聚氨酯(Visco-elastic)使矽膠能隨著不同的重量與温度調整出相因應的輪廓型狀,而其惰性係數取決於原料聚合體之密度,膠質成分與發泡閉合度而定,多做為高級包材,耳塞或床墊使用。

什麼是海綿?

談到海綿,雖然字尾都有『綿』,但海綿『綿』與泡棉的『棉』並不相同。

天然海綿是一種住在水裡的無脊椎、海綿科、多細胞海洋動物,是地球上的最早的多細胞生物之一。海綿身上佈滿許多小孔洞和溝道,水流動時它就可以從中獲取食物和氧氣。海綿是一種多孔材料。古羅馬人稱呼由海中取得的海綿為Zoofiton,這是一種特殊屬性的海綿動物,意思即為一半植物、一半動物。

海綿因為遇水後吸水性高,質地柔軟細緻,且表面有小細毛,只要少量的肥皂,即可產生許多細緻泡泡。天然海綿,安全、實用、環境可降解,所以被廣泛用在清潔上。天然海綿在加勒比海與地中海很常被發現,包括突尼西亞、希臘、法國、古巴、巴哈馬,都是主要生產國。早期羅馬士兵每人隨身攜帶一塊海綿,當作衛生紙,當然也有其他用途。

人造海綿最早是由杜邦公司在 1940 年代開發。杜邦公司是合成材料製造行業的領導者,也發明了尼龍。三位杜邦工程師為纖維素海綿(cellulose sponge)工藝申請了專利,杜邦一直守著這個秘密,直到 1952 年將其海綿技術賣給了通用磨坊(General Mills)。在二十世紀下半葉,纖維素海綿迅速取代了大多數常見家庭用途的天然海綿。

海綿的種類

既然有天然海綿,當然也有人工合成海綿(Artificial sponges)。現在日常常用的海綿通常是人工製造而成,由木纖維素纖維(木漿)或聚氨酯、聚酯纖維製成,後二者是發泡塑料聚合物,也是與泡棉混用名稱的產品。

從製造材料上來分,市場銷售的化學合成(非纖維素)海綿可以進一步分成三種:

  1. 聚氨酯型:燃燒生成大量含氰基的氣體,這些氣體毒性很大,窒息性強。
  2. 聚乙烯型:燃燒生成含碳的氣體,這類氣體毒性小。
  3. 聚苯乙烯型:這類泡沫塑料燃燒分解出激量苯乙烯單體,有毒,但毒性沒有聚氨酯大。

另外,還有三類其他材料製成的合成海綿,分別為低密度聚醚(不吸水海綿)、聚乙烯醇(高吸水材料,無明顯氣孔)和聚酯。雖然提到材料的毒性,但這些化學材料製造成產品後相對穩定,需要注意的是高溫或其他改變產品穩定結構的因子,才會讓產品釋放出有毒物質。

如果從結構上分,有兩種主要類型的海綿,分別是閉孔和開孔結構,最常用聚乙烯發泡製成。

閉孔海綿

閉孔海綿不允許水、空氣、灰塵和其他化學物質通過其隔離的封閉氣孔。具有出色的抗紫外線能力,並且由於其閉孔特性,它是炎熱和寒冷環境下戶外應用的絕佳選擇。它還非常耐用,這意味著它可以很好地老化,並且不會隨著時間的推移而真正退化。

由於其低吸收性,閉孔海綿橡膠非常適合以保持結構完整性為關鍵的應用,例如用於護舷和浮力輔助設備的船舶和漂浮行業。它作為填縫劑效果非常好,因為它既可以絕緣又可以防止吸水。更不用說它在降噪和減振方面的能力以及它在緩衝方面的用途了。由於其耐用性、舒適性和輕質特性,閉孔聚乙烯通常用於航空和航天工業的飛機座椅。

開孔海綿

開孔海綿更常用於日常應用。開孔有開放的、相互連接的氣孔,當海綿沒有被壓縮時,允許水、空氣和其他化學物質通過。這意味著開孔海綿通常用於需要吸收此類元素的應用。

開孔海綿吸收液體,然後將其截留直至壓縮,應用於海綿布、廚房毛巾、化妝品粉底塗抹器、水產過濾等。

然而,這並不是它的唯一用途,因為開孔海綿也特別適用於不均勻和不規則深度之間的密封和緩衝。該材料非常柔軟且極富彈性,經久耐用,抗紫外線和耐候性,並且在高溫和低溫下都具有出色的熱性能。

壓縮後的開孔海綿橡膠提供氣密密封,也可以層壓以製作用於複雜間隙填充的膠帶。開孔海綿橡膠被用作許多行業的替代品,例如建築和建築、航空和航天、包裝和保護、汽車和運輸、美容和醫療保健以及玻璃和玻璃。

泡棉和海綿的比較

生產泡棉的過程就像是烤麵包。泡棉就如同英文名Foam,需要進行發泡。液態聚合物中的化學反應會產生二氧化碳氣體,在製造過程中留下非常開放的結構。泡棉與海綿在一開始是不同的產品。海綿一開始是海洋生物的遺骸,因此很早就出現在日常生活中。一直到化學合成的技術日漸發展,人造海綿才與泡棉從平行線交匯,進而名稱混用。

生產工藝不同

泡棉使用發泡劑(通常是氣體或產生氣體的化學物質)在液體混合物中產生大量小氣泡。通常,這種混合物包含多元醇、多異氰酸酯、水和化學品或添加劑,例如阻燃劑、填料和著色劑。發泡劑的種類很多,發泡既用於橡膠成型,也用於橡膠擠出。

泡棉中的多元醇和多異氰酸酯是液態聚合物,當與水結合時會產生髮熱或放熱反應。通過使用特定類型和組合的液態聚合物,材料配混商可以製造出軟質或硬質泡棉。在聚合過程中,來自多元醇和多異氰酸酯的分子交聯形成三維結構。調配師可以通過調節水量或使用表面活性劑來控制起泡。

通常,軟質泡沫使用由水與聚異氰酸酯反應形成的二氧化碳氣體。大多數硬質泡沫使用氫氟烴 (HFC) 和氫氯氟烴 (HCFC),這些氣體的毒性和易燃性高於氯氟烴 (CFC)。

海綿也利用化學反應產生氣泡,但這些氣泡仍然是獨立的,每個氣泡都與相鄰的氣泡呈現隔離,製造時可以控制這些氣孔的大小和分佈,生產出預期的性能材料。不過令情況複雜的是,海棉也有開放結構的氣孔,而泡棉也有封閉結構的氣孔。

兩者不同的地方在製造方面,泡棉主要使用發泡劑或發泡劑注入帶有充氣氣泡的聚合物液體產生氣孔。而海綿中的微小互連腔室是透過將碳酸氫鈉與彈性體混合而產生的。

海綿主要有兩種類型:開孔式和閉孔式。開孔海綿橡膠包含開放的、相互連接的氣孔,當海綿沒被擠壓時,這些氣孔允許空氣、水和其他化學物質通過。閉孔海綿包含容納氮氣的氣球狀細胞,從而防止這些物質在低壓下通過。

生產開孔海綿需要在加熱的模具中將碳酸氫鈉添加到成分中,趁未固化的海綿像蛋糕一樣膨脹時,小蘇打會產生開放的、相互連接的氣孔。製造閉孔海綿則添加了一種在熱和壓力下會分解的化學粉末。釋放的氮氣有助於賦予閉孔海綿橡膠強大的壓縮變形和恢復特性。儘管氮氣是一種氣體,但它不會像泡棉中使用的氣態發泡劑那樣產生泡沫。

氣泡結構:開放式或密閉式

泡棉生產過程產生的氣泡是開孔式結構,每個氣孔間是互通的,更像是一個網而不是固體。這種結構的剛度或硬度取決於所使用的聚合物——通常是PVC、聚乙烯或聚氨酯。

相反,在海綿製造中,孔隙影響材料性能。與泡棉不同,閉孔式海綿被壓縮時,因為是密閉式結構,孔隙中的氣體無處可去,導致強大的抗壓縮形變性和良好的壓縮恢復性。

密封性能

泡棉和海綿材料都具有低密度的優勢,但作為隔絕材料時表現截然不同。泡棉的開放式蜂窩結構即使在壓縮時也能讓液體、氣體輕鬆通過。然而,海綿會阻止氣體和液體的流動,這也使得海綿材料成為HVAC密封(Heating, Ventilation and Air Conditioning 空氣調節系統的英文縮寫)應用中的不錯選擇。切割海綿會打開邊緣孔。這允許有限量的液體保留,但材料的主體仍然充當屏障。

不過事實上泡棉或海綿都可以依照需要製造成不同氣孔特性的材料,因此在使用相同材料,例如聚氨酯製造的泡棉或海綿,在外形上很難分辨,很多製造廠商在名稱上也會混用兩個名詞,不過在很多時候這兩種材料其實是大異其趣的。


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