Пенопла́сты (газонаполненные пластики), газонаполненные композиционные материалы с ячеистой структурой, получаемые из полимерных пен. Промышленное производство пенопластов начато в 1930-х гг. в Германии. Более половины от общего объёма пенопластов выпускают на основе полиуретанов (пенополиуретаны), четверть – на основе полистирола (пенополистиролы), до 20 % – на основе поливинилхлорида (пенополивинилхлориды) и полиолефинов (пенополиолефины). Производятся пенопласты на основе реакционных олигомеров и эластомеров.

Полимер в пенопластах используется очень эффективно: его содержание может составлять всего 1–2 % объёма. По величине кажущейся плотности пенопласты классифицируют как сверхлёгкие (10–50 кг/м³), лёгкие (50–150 кг/м³), средней плотности (150–400 кг/м³), плотные (400–700 кг/м³). Морфология пенопластов зависит от содержания газовой фазы. В плотных пенопластах пузырьки имеют сферическую форму (рис., а); в лёгких и сверхлёгких пенопластах – форму многогранников (рис., б) с пяти- или шестиугольными гранями. Мелко- и микроячеистые пенопласты содержат ячейки размером 0,02–0,1 мм, крупноячеистые – 0,5–2,5 мм. При низкой вязкости вспениваемого материала и удалении растворителя возможно разрушение стенок и получение пенопластов с открытыми порами (поропластов). Поропласты с ретикулярной (рис., в) структурой (системой соединённых тяжей) используются в фильтрах и эластичных губках. Плотность и параметры ячеистой структуры пенопластов зависят от условий вспенивания.

Морфология плотных и средней плотности пенопластов (а), лёгких и сверхлёгких пенопластов (б), поропластов с ретикулярной структурой (в).Морфология плотных и средней плотности пенопластов (а), лёгких и сверхлёгких пенопластов (б), поропластов с ретикулярной структурой (в).Изготовление пенопластов включает технологические стадии компаундирования, вспенивания жидкой композиции и фиксации структуры в твёрдом состоянии. В исходный олигомер или полимер вводят вспенивающие агенты (порообразователи) и другие добавки. К физическим порообразователям относятся газы и легкокипящие жидкости (например, воздух, бутан, пропан, фреоны, жидкий оксид углерода, этиловый спирт), а также их смеси. Химические порообразователи (порофоры) выделяют газы в результате химических реакций. Чаще всего это выпускаемые в виде концентратов смеси карбонатов металлов и органических кислот, а также азопроизводные дикарбоновых кислот (например, азодикарбонамид). Выбор порообразователя определяется температурой его разложения, содержание – количеством газа, образующегося из 1 г порообразователя (т. н. газовое число). Перед вспениванием порообразователи должны быть полностью растворены в полимере. Для стабилизации структуры пен используют поверхностно-активные вещества (ПАВ) – стабилизаторы пены. Для получения пенопластов с однородной мелкоячеистой структурой в композиции вводят зародышеобразователи пор – нуклеаторы (например, микротальк). Технологические смазки (например, моностеарат глицерина) стабилизируют течение вспениваемой массы, облегчают заполнение форм и извлечение изделий. Для снижения температур разложения порофоров используют активаторы – кикеры (например, оксид цинка). Также во вспениваемые композиции вводят наполнители, пластификаторы, антипирены, антиоксиданты, светостабилизаторы и т. д. Отвердители и сшивающие агенты обеспечивают фиксацию структуры пенопластов. Фиксация полимерных пен возможна также удалением растворителя или при гелеобразовании в дисперсиях полимеров. Термопластичные пены обычно фиксируют быстрым охлаждением.

Многообразные способы изготовления пенопластов можно разделить на 2 группы. Для низковязких реакционных олигомеров, растворов и дисперсий (пластизолей) полимеров используются методы диспергирования газовой фазы в присутствии ПАВ механическим взбиванием пены или барботированием физических пенообразователей. Так получают полимеры на основе аминопластов (пеноаминопласты – т. н. мипора), фенопластов (пенофенопласты), эпоксидов (пеноэпоксиды), поливинилхлорида (пластизольный пенополивинилхлорид). Для высоковязких расплавов используются методы вспенивания за счёт выделения газа (конденсации газовой фазы) при уменьшении давления или нагревании. Например, гранулы вспенивающегося полистирола, содержащие 3–5 % пентана, могут перерабатываться в изделия беспрессовым методом при нагревании паром за счёт свободного или частично ограниченного вспенивания в закрытых формах. Пенополиуретаны вспениваются газообразными продуктами реакции поликонденсации полимера при заливке в формы (поролон) или напылении. Пенополиолефины, пенополистиролы, пенорезины изготавливают прессовым, экструзионным, экструзионно-каландровым методами и литьём под давлением. При этом газы и пары растворяются в расплавах при давлении 20–30 МПа. Выделение пузырьков происходит при снижении давления. Снижение вязкости расплава приводит к неоднородности вспенивания. Однородность структуры таких пенопластов определяется полнотой растворения порообразователя, поэтому лучшими порообразователями являются бутан и пентан. При медленном охлаждении вспененной массы поверхностные слои пенопластов могут уплотняться вследствие диффузии газов в атмосферу, при этом в центре изделия появляются более крупные поры. Пенопласты с такой неоднородной структурой называются интегральными. При литье под давлением в холодные формы поверхностные слои изделия из-за быстрого отвердевания также имеют повышенную плотность. Интегральные пенопласты можно собирать из слоёв с различной плотностью.

Теплостойкость, химическая стойкость и электрические свойства пенопластов определяются свойствами вспененного полимера. По жёсткости (величине напряжения сжатия при деформации 50 %) пенопласты классифицируют как жёсткие (выше 0,15 МПа), полужёсткие (0,15–0,01 МПа) и эластичные (ниже 0,01 МПа). Анизотропные пенопласты с эллипсоидными ячейками имеют более высокую жёсткость в продольном направлении. Жёсткость и прочность интегральных пенопластов выше, чем у обычных, и увеличиваются с ростом толщины поверхностного монолитного слоя. Теплоизоляционные свойства лёгких и сверхлёгких пенопластов мало зависят от природы полимеров. Выделяют пенопласты с низкой [0,02–0,05 Вт/(м·К)], средней [0,05–0,1 Вт/(м·К)] и повышенной [более 0,1 Вт/(м·К)] теплопроводностью. С увеличением открытой пористости теплопроводность и водопоглощение пенопластов растут, звукоизоляционные свойства улучшаются. Современные тепло- и звукоизоляционные пенопласты, используемые в строительстве, холодильных устройствах и для изготовления упаковки, по свойствам превосходят другие искусственные и природные материалы.

Газонаполненные материалы можно получать также введением полых наполнителей (синтактные материалы), напылением и спеканием полимерных порошков, вымыванием из полимерной заготовки растворимого наполнителя. Близки к пенопластам по свойствам и применению сотопласты и пузырчатые плёнки, которые являются полыми конструкциями из тонких листовых или плёночных материалов.