聚異氰脲酸酯泡沫 (PIR) 是一種熱固性閉孔塑料泡沫，由多異氰酸鹽和多元醇發生放熱反應而形成。其獨特的分子結構以高濃度的熱穩定異氰尿酸環為特徵，使其具有比標準聚氨酯泡沫 (PUR) 更優異的隔熱性能和防火性能。PIR 發泡材料開發於 1960 年代，由於能夠在兩種溫度之間運作，因此已成為建築、液化天然氣運輸、航太和工業隔熱的重要材料。 -196°C 和 +150°C 同時保持結構完整性 .
核心屬性與效能指標
PIR 發泡的分子結構結合了物理與熱能特性，是傳統硬質發泡無法比擬的。
熱性能
低導熱性:新的 PIR 泡沫樣品的熱傳導值低至 0.019 W/(m-K)，長期保持穩定（老化樣品：≤0.0218 W/(m-K)）。這優於 PUR 發泡和礦棉。
高 R 值:PIR 的 R 值（每英吋熱阻）通常介於 R-6.0 和 R-7.0使其成為最有效的隔熱材料之一。
寬範圍使用溫度:PIR 在極端溫度下仍能保持其特性，從 低溫條件 (-196°C) 在 LNG 儲存至 +150°C 屋頂應用 .
機械強度
抗壓性:在環境溫度下，PIR 泡沫在 10% 變形時可承受≥200 kPa 的抗壓強度。在液氮（-196°C）中浸泡 8 小時後，抗壓強度增加到 ≥280 kPa，證明了其在低溫環境中的可靠性。
尺寸穩定性:線性熱膨脹極小 (≤70×10-⁶ m/m-K)，可防止溫度波動時的翹曲或收縮。
耐火性與安全性
火焰蔓延:PIR 的最大火焰蔓延率為 <25滿足 B1 防火等級 (符合 GB8264 標準），並減少煙霧產生。
氧氣指數:氧指数≥26，当火源被移除时，PIR 可自行熄灭。
低毒性:與早期的 PUR 發泡不同，現代的 PIR 配方透過最佳化的固化過程，將芳香胺等有毒副產品降至最低。
環境耐久性
防水性:吸水率上限為 ≤5%其閉孔結構限制了水蒸氣的滲透性 (≤0.8 g/m²) 。
化學穩定性:由於其惰性聚合物基質，可抵抗腐蝕、霉菌和溶劑。
製造過程：化學與生產
原材料
異氰酸鹽:二苯基甲烷二異氰酸酯 (MDI) 因其反應性和熱穩定性而成為主要成分。
多元醇:石油基多元醇（OH 值 >200）或生物基替代品（如菜籽油衍生多元醇）作為共反應劑 .
催化劑:醋酸鉀或季銨鹽可驅動 異氰脲酸酯三聚反應形成堅固的環狀結構。
發泡劑:水與異氰酸酯反應生成 CO₂，但低 GWP 氫氟烯烴 (HFO) 的使用越來越多。
反應機制
PIR 合成取決於 三聚反應，其中三個異氰酸酯基團 (NCO) 環合成為異氰尿酸酯環。當催化劑最佳化時，此反應會優於尿烷的形成 (>70% 轉換率)。所產生的結構包含聚氨酯、尿素、雙脲和異氰尿酸酯連結。
生產方法
連續貼合:適用於 隔熱板在此過程中，化學品會混合、沉積到面材（例如鋁箔）上，並在雙輸送烤箱中固化。溫度感應器監控泡沫的上升（140-160°C），以確保品質。
噴塗/澆注發泡:對於現場應用 (例如屋頂或液化天然氣罐)，雙組分噴塗系統可在幾秒鐘內完成泡沫的膨脹和固化。美國太空總署 (NASA) 所開發的太空梭儲槽配方，使用澆注泡沫在低溫下與鋁材接合。
批量生產:將泡沫倒入模具，然後用烤箱固化，即可製作客製化的形狀。
環保創新
生物多元醇:透過環氧化作用或酯交换作用合成的菜籽油基多元醇可減少對化石燃料的依賴 .
阻燃改性劑:可膨脹石墨（3-9 wt.%）可增強耐火性，無需鹵素添加劑。
跨產業應用
建築與施工
PIR 板因其高 R 值和防火安全性，在平屋頂和牆體隔熱中佔據主導地位。厚度由 CNC 精密切割，可將熱橋降至最低。
工業低溫絕緣
液化天然氣 (LNG) 管道和儲存罐（-196°C）依靠 PIR 在液氮暴露下的熱穩定性和抗壓強度 .
航太與特殊用途
NASA 所使用的太空梭外部油箱 PIR 澆注泡沫作為熱保護.最新配方改善了對鋁材的附著力和低溫性能 .
聚異氰脲酸酯與聚氨酯泡沫：關鍵差異
雖然兩者都是噴塗或板材絕緣，但 PIR 的分子結構具有明顯的優勢：
表：PIR 與 PUR 性能比較
| 財產 | PIR 發泡 | PUR 發泡 |
|---|---|---|
| 熱傳導 | 0.019-0.022 W/(m-K) | 0.022-0.025 W/(m-K) |
| 服務溫度 | -196°C 至 +150°C | -50°C 至 +120°C |
| 抗壓強度 | ≥200-280 kPa | 100-150 kPa |
| 耐燃性 | B1 等級，氧氣指數 ≥26 | B2 等級，氧氣指數 ~22 |
| 典型成本 | 10-15% 較高 | 較低的基本成本 |
表：PIR 泡棉的技術規格（根據行業標準）
| 參數 | 單位 | 價值 |
|---|---|---|
| 密度 | 公斤/立方米 | ≥35 |
| 熱傳導 | W/(m-K) | ≤0.019（新鮮） |
| 抗壓強度 | kPa | ≥200（環境） |
| 氧氣指數 | - | ≥26 |
| 吸水率 | % | ≤5 |
| 氯含量 | ppm | ≤60 |
聚異氰脲酸酯泡沫 透過其混合物，為硬質熱固性絕緣材料樹立了基準。 超低熱傳導率, 卓越的防火性能以及 機械耐用性.生物基原材料和低全球升溫潛能值發泡劑的創新提升了其可持續性，而製造技術的進步則確保了其在從液化天然氣基礎設施到航空航天等高風險應用領域的精確性。雖然成本比 PUR 高，但其生命週期效率和安全性證明其在重要熱管理方面的投資是值得的。
