擠塑板泡孔結構對XPS主要性能的影響

擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）板材在地暖保溫領域有著廣泛的應用，而泡孔結構作為影響其主要性能的因素之一，一直是大部分產品研發人員及學者的重要研究方面。根據相關文獻研究資料，我們對XPS泡孔結構對其主要性能的影響作簡要的分析總結。

一、XPS主要性能與影響因素

1、XPS的主要性能

（1）密度小

相比于同品類塑料，因XPS制品中存在大量氣泡，使其制品密度非常小。

（2）抗沖擊、承荷載性能

泡沫塑料的泡孔結構在受到沖擊、承受荷載時，會使制品產生一定的變形、壓縮、回彈及滯留，這種現象在一定程度上能夠將所受的沖擊、壓力耗散，具備優異的抗沖擊、承荷載性能。

（3）隔熱性

獨特的泡孔結構以及孔內氣體的存在，使制品導熱系數極低，保溫性能優異。

（4）隔聲效果

泡孔結構的存在起到優異的隔聲效果，主要在兩方面。

其一，吸收聲波能量。當聲波通過泡沫塑料時，其內泡孔泡體受聲波沖擊，內部氣體微壓縮，產生滯留現象，將一部分沖擊能量減弱，而大量的泡孔存在，將這種弱化擴大，在一定程度上使聲波能量在制品內部耗散。

其二，聲波的傳遞過程中，在泡體內會引起共振現象，產生噪音，但由于泡體本身存在一定的剛性，會將這種共振減弱甚至消除，從一定程度上達到隔音的效果。

2、XPS的性能影響因素

（1）加工

這里的加工因素主要討論加工對于泡孔影響。在加工過程中，由于料流的拖力或外界拉力作用，會使所形成的氣泡發生變形，橢圓或細長形，制品本身呈各向異性，力學性能會發生一定變化。

（2）泡孔結構

泡沫塑料制品的泡孔開、閉會影響其性能，閉孔率與制品保溫、抗壓性能成正比。

（3）泡孔尺寸

泡孔的大小直接影響制品壓縮性能。經相關研究數據表明，泡孔直徑越小，制品壓縮性能越好，吸水率越小，反之，直徑越大，壓縮性能越差，吸水率越大。

（4）發泡倍率

制品的拉伸強度、彎曲強度、熱變形溫度等都受發泡倍率影響，發泡倍率越大，其值越小，且成品的收縮率增加。

二、泡孔結構對XPS主要性能影響的分析

泡沫塑料泡孔結構對產品性能有著至關重要的影響。在地暖保溫材料領域，主要屬絕熱性能與力學性能，市面上產品的參數指標為導熱系數與壓縮強度。

1、導熱系數

XPS泡沫塑料制品的導熱系數一般主要由4個因素決定，分別為：PS固體部分導熱系數、泡孔內氣體導熱系數、輻射傳熱、孔內氣體對流換熱?？梢詳⑹鰹橄率剑?/span>

式中：—— XPS導熱系數；

—— PS固體部分導熱系數；

—— 泡孔內氣體導熱系數；

—— 輻射傳熱系數；

—— 泡孔內氣體對流熱導率。

XPS內部泡孔為閉孔結構，且泡孔很小，故可忽略不計。相關研究表明，在XPS產品導熱系數中，、、的相對貢獻率分別為7.5%、62.5%、32.5%。輻射傳熱則主要受XPS內部泡孔結構影響。

圖1 泡孔尺寸對輻射傳熱的影響（北京化工大學研究數據）

如圖1，根據相關研究表明：（1）減小泡孔尺寸，輻射傳熱降低，XPS導熱系數降低；（2）提高制品的泡孔密度，XPS導熱系數降低。即在相同密度XPS制品條件下，可以通過減小泡孔尺寸，提高制品泡孔密度的方法來降低XPS制品的導熱系數，提升其保溫效果。

2、壓縮強度

前文所述，壓縮強度受閉孔率、泡孔尺寸等因素影響。從閉孔率角度，XPS閉孔率在95%以上，泡孔結構緊密相連且壁間無間隙，泡孔間形成一定的支撐體系，壓縮強度極高。從泡孔尺寸角度，采用顯微鏡觀察XPS板材泡孔結構，并測量其泡孔尺寸，如圖2、3所示。

 圖2 泡孔尺寸50~100um（綠羽白晶板） 圖3 泡孔尺寸140~200um（普通市售XPS）

圖4 壓縮強度實測

取以上所述產品（綠羽白晶板、普通市售XPS板材）100mm*100mm*20mm試塊各5塊，根據國標，用抗壓測試儀分別測量試塊抗壓值，并取均值作為該產品的壓縮強度。

表1 壓縮強度對比

由表1可知，綠羽白晶板壓縮強度值較之普通市售板要高出20.03%，其主要原因是泡孔尺寸的大小。根據相關文獻、實驗研究表明，較大泡孔在受壓時泡沫塑料泡體呈非等量壓縮，先是從外層泡孔開始變形壓縮，至外層泡孔崩塌，內層泡孔才開始彎曲變形。而小泡孔泡沫塑料被壓縮時，其整體呈現等量壓縮，泡體的內外泡孔可均勻的吸收外加壓縮能量。即小泡孔壓縮性能優于大泡孔。

三、小結

（1）XPS為閉孔泡沫塑料，保溫隔熱、隔音以及力學性能等性能優異；

（2）泡孔結構是XPS導熱系數的影響因素之一，主要體現在輻射傳熱上?？梢酝ㄟ^減小泡孔尺寸、提高泡孔密度的方式來減小XPS的導熱系數，達到提升XPS保溫性能的目的；

（3）相對條件下，閉孔率越高，泡孔尺寸越小，XPS的壓縮性能越優異。