浮力泡棉的原理很簡單:閉孔泡棉的主體是封在獨立氣泡裡的氣體,所以它排開的水比它本身重,於是浮起來。工程上要問的不是「第一天浮不浮」,而是「在水裡泡了一個季度之後還浮不浮」。
為什麼閉孔泡棉能浮
泡棉的浮力來自封在裡面的氣體體積。閉孔泡棉的每個氣泡都是密封的小室,氣體留在原地,材料的密度也就保持穩定。開孔泡棉的氣泡是連通的,水會擠走裡面的空氣——泡棉變重、浮力下降,最後沉下去。
密度與浮力
浮力等於排開水的重量減去泡棉自身的重量。因為水的密度遠大於這類泡棉,餘量很大:泡棉密度越低,同樣體積提供的浮力越大,但材料也越軟、越容易被壓縮。
博豐泡棉生產 3~40 倍發泡倍率的 XPE 與 IXPE,表觀密度覆蓋 26.8~300 kg/m³。低密度端——25~40 倍、約 26.8~40 kg/m³——是浮床、浮毯與泳池浮具所在的範圍。密度更高的規格用在這個零件同時還要承力或保持形狀的場合。
長期表現由吸水率決定
| 項目 | XPE | IXPE |
|---|---|---|
| 發泡倍率 | 3~40 倍 | 3~40 倍 |
| 表觀密度(GB/T 6343) | 26.8~300 kg/m³ | 26.8~300 kg/m³ |
| 吸水率(GB/T 1034) | ≤0.4% | ≤0.4% |
| 耐化學性 | 耐水與耐潮 | 耐海水、耐油脂、耐酸鹼 |
| 單層厚度 | 3~15 mm | 0.1~15 mm |
| 多層熱合 | 15~200 mm | 15~200 mm |
吸水率 ≤0.4% 是浮力能保持穩定的原因。一個會吸收自身重量百分之幾的水的材料,會損失相應比例的浮力餘量,而且這個損失會隨著每一季泡在水裡而累積。
用在海水裡時,IXPE 是規格更合適的牌號:我們的廠方資料列明它耐海水、耐油脂、耐酸鹼,並描述為無毒無味。
一立方公尺能托起多少重量
浮力件靠排開的水工作。一立方公尺淡水重 1,000 kg,一塊完全浸沒的泡棉托起的重量,等於它排開的水重減去它自身的重量。選規格時真正要算的是這個差值,而它在整個密度區間裡變化很小。
| 發泡倍數 | 表觀密度(kg/m³) | 每立方公尺托舉重量(kg) |
|---|---|---|
| 25 倍 | 40 | 960 |
| 30 倍 | 33.3 | 967 |
| 35 倍 | 28.6 | 971 |
| 40 倍 | 26.8 | 973 |
25 倍到 40 倍,差別約 13 kg/m³——最輕的牌號多托 1.4% 左右。同一區間裡邵氏硬度從 25~30 降到 13~18。零件還要保持形狀、承力或打螺釘固定時,這份剛度通常比 13 kg 更值錢,選偏硬的一檔更合適。
厚度對這個數字的影響比密度大得多。10 mm 厚、每平方公尺排開 10 公升水,接近 10 kg 的托舉力;厚度翻倍,托舉力翻倍。換成最輕牌號,每平方公尺只多出 0.13 kg。
吸水率隨密度下降而上升
最浮得起來的那一檔,吸水也最多。吸水率按 GB/T 1034 方法 4 在 23 ℃ 下浸 22 小時測定,上限是按發泡倍數分檔給的,不是給整個材料一個數。
| 發泡倍數 | XPE | IXPE |
|---|---|---|
| 3~10 倍 | ≤0.2% | ≤0.2% |
| 15 倍 | ≤0.3% | ≤0.2% |
| 20 倍 | ≤0.3% | ≤0.3% |
| 25 倍 | ≤0.4% | ≤0.3% |
| 30~40 倍 | ≤0.4% | ≤0.4% |
換算成能比的單位看:26.8 kg/m³ 的泡棉,0.4% 的自重吸水約合 0.11 kg/m³,而它的托舉餘量約 973 kg。就算把這點允許量全部吸滿,托舉力的變化也只在小數點後第二位。這個量級的吸水,不是把浮力件壓沉的原因。
真正改變結果的是水去了哪裡。切口斷面、熱合縫、膠膜、開孔背襯,每一處能存的水都遠多於泡棉本體;零件在服役中變重時,該查的是這些地方。複合件要指定閉孔面層並封邊,驗收時測成品組件,而不是測一張片材。
做更厚的浮力件
XPE 單層厚度 3~15 mm,IXPE 單層 0.1~15 mm。更厚的零件——浮床、厚坐墊——靠多層熱合疊出來,XPE 與 IXPE 可到 200 mm,功能性牌號可到 100 mm。泡棉還可以壓花增加摩擦力,或複合一層布面。
船艇與浮台裡的浮力泡棉
用於浮力的泡棉,多數並不直接泡在水裡,而是裝在一個結構裡面:小船上是艙底空腔或密封的座箱,浮筒和浮碼頭上的是夾芯板裡的芯材,皮划艇與槳板上是不站人時讓板面留在水面的那一層芯。
被包住這件事帶來兩個要求。一是按空腔而不是按自己的形狀下料,所以是 CNC 銑削或模切成形,圖紙畫的是腔體,不是產品外形。二是要承受能接觸到它的水——艙底水、濺水與凝露——封閉發泡的牌號和封邊的做法,在這裡比理論托舉力最後那幾公斤更重要。
一艘船要帶多少浮力、放在哪裡、怎麼驗證,由造船方和它在銷售市場適用的規則決定。我們按造船方指定的密度、厚度和切割形狀供應泡棉,不對整船定級、測試或認證。
材料到哪裡為止
博豐泡棉供應的是作為浮力材料使用的泡棉。我們不製造、不定級、也不認證任何成品救生衣、個人浮力裝置或其他安全器材。
成品浮力裝置的浮力等級、性能測試、認證與標識,由該裝置的製造商按其銷售市場的規則負責。我們按裝置製造商指定的密度、厚度與形狀供貨,不對成品裝置的性能作任何陳述。
常見問題
浮力泡棉用什麼材料?
閉孔聚乙烯泡棉——浮床與泳池浮具用 XPE,需要更薄或更緻密的一層時用 IXPE。封閉的氣泡把氣體留在裡面,浮力由此產生,並在水中保持穩定。
浮力泡棉用久了會失去浮力嗎?
只有在吸水的情況下才會。我們的 XPE 與 IXPE 按 GB/T 1034 實測吸水率 ≤0.4%,使用中浮力餘量基本不變。開孔泡棉會吸水增重,浮力隨之下降。
博豐泡棉能認證救生衣或浮力裝置嗎?
不能。我們只供應作為浮力材料的泡棉。成品浮力裝置的定級、測試、認證與標識,屬於裝置製造商的責任。
浮床、浮毯用什麼規格的泡棉?
低密度端,即 25~40 倍發泡倍率、表觀密度約 26.8~40 kg/m³ 的範圍,同體積浮力最大而重量最輕。厚度超過單層上限時用多層熱合實現。
浮力泡棉要多厚?
由需要的托舉力倒推。10 mm 厚每平方公尺接近 10 kg,托舉力隨厚度線性增加,用零件要托住的重量除以所用牌號每平方公尺的托舉力,就是厚度。算出來超過 15 mm 時——XPE 與 IXPE 的單層上限——就用多層熱合疊加,最高可到 200 mm。
浮力泡棉和浮水泡棉是一回事嗎?
是。這兩個叫法指的是同一類材料做同一件事:靠封閉氣泡提供浮力餘量的閉孔泡棉。區別在叫法和用法,不在聚合物本身。