泡沫塑料的特性分析

由于泡沫塑料结构的特殊性，所以其性能与实体塑料有较大的差别。每种泡沫塑料都有各自的特性，其通用的特性归纳如下：

（1）质轻，密度小 由于泡沫塑料中含有大量的气泡，所以密度小，其密度一般为10～500kg/m³，仅为一般实体塑料的几分之一或几十分之一，具有较高的比强度。

（2）隔热 由于泡沫体内有大量的气孔，可有效地阻止或延缓热传导，从而起到隔热作用。其隔热作用与密度有关，泡沫塑料的热导率随其密度的下降呈倒抛物线变化。在一定密度范围内，密度下降时热导率也下降，达到最低热导率后随密着度的下降热导率反而升高，见表14-2。

（3）耐热性低 通常泡沫塑料的最高工作温度（指无荷载下失去尺寸稳定性的温度）要比同品种的实体塑料低，所以选用隔热泡沫塑料时，实际工作温度必须低于泡沫料允许最高工作温度。各种泡沫料的热导率及最高工作温度参考数据见表14-3和表14-4。

表14-2 不同密度泡沫塑料的热导率

表14-3 泡沫塑料的热导率 [单位W/（m·K）]

表14-4 泡沫塑料的最高工作温度 （单位：℃）

（4）线胀系数各种泡沫塑料的线胀系数取决于其基体树脂的热膨胀性能，与泡孔的开孔或闭孔形式无关，但与泡孔尺寸的各向异性和密度有关。通常，当泡沫料的密度>20kg/m³时，线胀系数与密度无关，大体上与实体料的接近，当泡沫料的密度<12kg/cm³时线胀系数随密度的减小而增大。

（5）减振性 当泡沫塑料受到冲击和冲压载荷时，因其会使泡孔变形，泡孔内的气体会产生滞流（对开孔泡沫料）和压缩（对闭孔泡沫料），因此，对冲击载荷具有阻抗和缓冲作用，并能将快速冲击的能量变成慢速传递或逐渐消耗散逸，从而实现减振的目的，当外力消失时泡沫体还可回弹复原。但泡沫体的减振复原性能与其品种有关，软质料与硬质料差别很大，它们有不同的性能指标。

泡沫塑料的抗冲击和防振、减振性能主要评定的指标是压缩性能。硬质料的压缩性能可分为两类，一种塑料有明显的压缩屈服性能，如PVC、PU、PF和纤维素泡沫塑料等，它们在压缩负载下泡沫壁膜发生屈服变形或部分开裂，压缩应力/应变曲线中有突然屈服破坏点，该屈服点可作为压缩极限应力进行塑件力学计算。另一种硬质料在压缩负载下无明显的屈服点，曲线呈逐渐变化，泡膜在应力下在破坏前会发生弯曲和皱折，如0.08～0.1mm细泡孔的PS、PF、PE及化学交联的PE泡沫塑料均属此类。在对它们进行力学计算时可取曲线中10%应变时的应力作为极限应力计算值。

硬质料的压缩性能（压缩强度和压缩模量）与密度、泡孔尺寸及成型工艺有关。密度大、泡孔尺寸小，则压缩性能好，抗振性大。此外，不同成型方法，制品的压缩性能也不同。如相同密度的PS泡沫塑料，挤出成型料的压缩性能优于注射成型，更优于模压成型。

软质料的压缩性能，不能用应力/应变试验来测定，通常用压缩永久变形试验、压缩载荷挠曲试验和压入载荷挠曲试验来测定。它们都能反映软质料防振和抗冲击的性能。如开孔系数大的泡沫塑料挠曲变形大，抗振性弱，抗冲击刚性差。

此外，泡沫塑料的抗振性还有方向性，通常垂直发泡方向的压缩强度大于平行发泡方向的，所以制作防振制品时还应注意取材方向。

（6）吸声及隔声 当声波冲击泡沫体时，泡沫体内气泡中的空气会受到压缩或发生滞流，于是可有效地阻止声波传递并吸收声波，具有吸声和消声作用。吸音性通常用吸声系数来表示。吸声性大小与泡孔类型、泡沫体吸声表面积、密度和声波频率等因素有关。开孔结构的吸声系数大于闭孔结构，故硬质开孔PF泡沫料吸声效果很好。泡沫体厚度增大或增大吸声面积，也都可提高吸声效果。另外，对不同密度及厚度的泡沫体，在不同的声波频率下，其吸声系数也不同。对某件的泡沫体，只有在某一声波时其吸声效果最好，吸声系数最大。如厚度为25.4mm的PF泡沫体试件，当密度为37kg/m³时，在声波频为125～4000Hz范围内，只有1000Hz时吸声系数最大，可达100%，如果用密度为67kg/m³的试件，则吸声系数普遍下降，在声波频为1000Hz时吸声系数只有90%。由此可见，对某一泡沫制品的吸声性能大小程度应视现场具体条件而定。

隔声性是指透过声音小于入射声音的性能。泡沫体的隔声效果主要是通过吸收声波的能量，使声波不能反射，且被消耗于材料之内而达到消声、隔声效果的。因此，闭孔结构及密度较大的泡沫体，其隔声性较好，是一种优良的声阻材料，其制品已广泛用于建筑和需要消除噪声的场合。

（7）介电性好由于泡沫塑料中充满着空气、CO₂和N₂等气体，它们的介电常数及介质损耗因数都很低，因此其介电性比同品种的实体塑料更好，适用作高频通信电缆等绝缘材料。泡沫塑料的介电性能见表14-5。(www.xing528.com)

表14-5 泡沫塑料的介电性能

①改性PPO；②10⁴Hz测试。

（8）回弹性高，强度低 泡沫塑料回弹性好，尤其是软质料或开孔结构料回弹性更好。如软质PU料的回弹率高达85%以上，其结皮结构料还具有外坚内韧的特性，用作坐垫时可不用蒙皮。

泡沫塑料强度低，但强度与密度成正比关系，发泡倍率高、密度低则力学性能也低。在泡沫塑料中，一般微孔、小孔或结构泡沫塑料强度较高。

（9）耐介质性比实体料低 泡沫塑料耐化学药品、耐辐射、耐紫外线等耐介质性，主要决定于所取树脂基体的物性，但是由于发泡后内存大量气孔，扩大了与介质接触的面积，并且孔中充满了氧气、CO₂等气体，使透湿性及渗透性大，因此其耐介质的侵蚀能力比实体料下降。

（10）透湿性大 吸水性及透湿性与基体树脂的物性有关，但由于内含大量气泡的缘故使其吸水性和透湿性增大，如开孔结构的泡沫料对湿气几乎毫无阻透能力。泡沫料的吸水性和透湿性对环境温度和湿度增高的敏感性也增大，所以防水、防湿制品要采取相应的措施。

各种泡沫塑料的透湿率可参考表14-6。

表14-6 泡沫塑料的透湿率

（11）漂浮性 泡沫塑料密度小，制品表面经防水处理后可具有良好的耐透水、耐水溶解、耐溶胀性，故漂浮性很好。如PE、PS、AS、ABS和PVC等闭孔结构的泡沫塑料都是较优良的漂浮材料，广泛用于水上航运、渔业和救生器材、浮标等。

（12）阻燃性 差未经阻燃处理的泡沫塑料大多数为易燃物料，即使基体树脂是难燃塑料，但其泡沫制品也会降低阻燃性，有些品种燃烧时还会产生浓烟，释放有毒气体。因此，提高阻燃性，降低烟密度，防止产生毒气，尤其对建筑用的泡沫塑料更为重要。常用结构泡沫塑料的阻燃性见表14-7。

（13）二次加工性 好大多数泡沫塑料制品都便于表面涂饰处理，不仅可提高外观质量，而且可提高使用性能，如耐蚀、耐磨、耐湿、防水、抗紫外线及短波射线等。硬质料具有木材的性能，可锯、钉、钻孔和切削等加工，有的品种还便于粘接和吸塑成型。但是其着色性稍差，因泡沫料中树脂含量少又不透明，如要达到一定的着色效果需加入较多着色剂，同时要防止色料在发泡反应中起副作用。

表14-7 结构泡沫塑料的阻燃性能

（14）性能灵活可变对某一种树脂的泡沫塑料，只要变动一下树脂的品级或某一种助剂的品种，或改变一下成型方法和成型工艺条件等就可得到不同密度、不同气泡结构、和不同性能指标的泡沫塑料制品。所以当评定某品种泡沫料具体性能指标时，必须在确定各种因素的具体条件下才有实际意义。

（15）环保性差 泡沫塑料的配方中有许多品种的助剂，有毒性，或在成型过程中会释放出有毒或有污染的挥发物，尤其是采用CFC-11发泡剂的，由于会破坏大气的臭氧层已成为目前国际公认必须控制使用的品种。此外，泡沫制品的用量极大，有大量的废弃物、废料和边角料，如果不重视将严重污染环境即造成所谓的白色污染，所以各界必须加强对泡沫塑料的管理，重视其回收和再生利用。