What is foam made of

一句话结论:泡棉的配方只有三样东西 —— 基材、发泡剂、交联剂。基材是孔壁的聚合物,发泡剂把气体送进去,交联剂决定链子在发泡之前有没有被绑住。气泡本身不占重量,所以同样一公斤料,做出来的体积由发泡剂放出的气量决定。

三样东西,各自决定什么

把「泡棉由什么做成」拆开,就是这三行。
成分是什么决定什么
基材聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、EVA 等聚合物孔壁的强度和化学性质:耐温、耐化学、软硬
发泡剂受热分解出气体的化合物,或加压溶入熔体的气体发泡倍率,也就是密度;气体放得多,材料就轻
交联剂过氧化物一类的化合物(也可不用,改用电子束辐照)链子能不能滑动:能不能做薄、能不能回炉

三样之外还有成核剂、抗氧剂一类的助剂,但它们是配角 —— 决定一种泡棉叫什么、能干什么的,就是上面这三行。

基材:孔壁用什么聚合物

泡棉的孔壁就是塑料本身,所以泡棉继承了基材的性质。聚乙烯柔韧、耐化学、不吸水;聚丙烯更硬、耐温更高;聚氨酯可以从很软做到较硬,密度跨度大;聚苯乙烯轻而挺,成型性好;EVA 柔软有橡胶感,热成型容易。

每种基材能承受的使用温度是硬指标,不随工艺改变。聚乙烯的耐热级可经受 110 ℃ 工作环境、收缩率 ≤8%;聚丙烯泡棉(IXPP)最高使用温度 140 ℃。

发泡剂:气体从哪里来

让塑料里长出气泡有两个方向:

  1. 把气体「溶」进熔体里。在压力下把气体混进熔融的塑料,压力一撤,气体来不及溶解就析出成泡。物理发泡剂属于这一类,常见的是二氧化碳、氮气与丁烷一类的烃。
  2. 让助剂「放」出气体。混入一种受热会分解并放出气体的化合物,在成型温度下就地放气。化学发泡剂属于这一类。

两条路殊途同归:都是让气体在塑料里就地成核、长大,最后被固化的孔壁关住。发泡倍率就是「原来的体积被撑大了几倍」,密度和倍率是同一个数的两种写法 —— 撑得越大,密度越低。

交联剂:为什么这一样非有不可

挤出机把聚乙烯熔融、混料、再把压力在模口释放,气体就把聚合物撑成泡孔。如果链子还能互相滑动,泡孔壁在膨胀时会被越拉越薄,密度压低到一定程度就会并孔或塌陷。

交联剂解决的就是这个:它在发泡之前把链子连成三维网络,网络兜住泡孔壁,材料就能在更低密度下保住完整、均匀的泡孔。XPE 用的是过氧化物化学交联;IXPE 与 IXPP 不用交联剂,改走电子束辐照,靠高能电子直接把链子接起来。

同样是聚乙烯,为什么会做出三种材料

因为第三样东西可以选。基材都是聚乙烯,改变的是「发泡之前链子有没有被绑住、用什么绑」:

同一族聚乙烯,配方差别只在交联这一步。
PE 泡棉(未交联)XPEIXPE
交联剂不加过氧化物不加,走电子束辐照
泡孔较粗、壁较厚细而均匀最细
最薄单层取决于挤出线3 mm0.1 mm
能否熔融回收可以不能不能

取舍的判据在零件而不在材料,另见PE 泡棉与交联牌号怎么选。

博丰泡棉供应什么

博丰泡棉是交联聚烯烃泡棉的生产厂家,在广东珠海拥有 10,000 m² 厂房、5 条生产线,年产能 5,000 吨。我们做的配方是「聚乙烯或聚丙烯 + 交联」这一支:XPE(过氧化物化学交联)、IXPE 与 IXPP(电子束辐照交联),发泡倍数 3~40 倍,单层最薄 IXPE 0.1 mm、XPE 3 mm,幅宽 500~2000 mm,多层热合可到 200 mm。基材与各档取值另见交联聚乙烯泡棉材料总览。

常见问题

泡棉里装的是空气吗?

成型时孔里装的是发泡剂放出的气体,冷却固化后孔壁把气体关住;长期看,小分子气体会慢慢透过孔壁与外界空气交换,最终孔内主要是空气。闭孔结构里这个过程很慢,所以泡棉能长期保持低导热 —— 这也是闭孔泡棉用作保温材料的前提,详见泡棉材料有哪几类。

不加交联剂会怎么样?

链子仍能互相滑动,泡孔壁在气体膨胀时被持续拉薄,密度一压低泡孔就容易并孔或塌陷。结果是泡孔偏粗、单层做不薄,低密度牌号撑不住长期压缩。换来的是可以重新熔融 —— 未交联的 PE 泡棉能回炉,交联过的不能。

发泡倍率和密度是一回事吗?

是同一个数的两种写法。倍率是体积被撑大的倍数,密度是单位体积的重量。我们的 XPE 牌号 3 倍对应表观密度 300±40 kg/m³,40 倍对应 26.8±3 kg/m³。选密度就是选倍率,判据是载荷和压缩要求,见高密度 XPE 泡棉:密度换来什么。

泡棉能做得比实心塑料更耐高温吗?

不能。泡棉继承的是基材的耐温性,气泡不会提高它,反而因为孔壁很薄,长期高温下更容易收缩。聚乙烯泡棉的耐热级是 110 ℃ 工作环境、收缩率 ≤8%;要保持更高温度下的尺寸,得换基材 —— IXPP 最高使用温度 140 ℃。再往上就不是泡棉的场合了。

延伸阅读

另见:泡棉材料有哪几类 · PE 泡棉 · 发泡材料 · 发泡塑料 · 交联聚乙烯泡棉材料总览 · 联系我们