What is foam made of

一句話結論:泡棉的配方只有三樣東西 —— 基材、發泡劑、交聯劑。基材是孔壁的聚合物,發泡劑把氣體送進去,交聯劑決定鏈子在發泡之前有沒有被綁住。氣泡本身不佔重量,所以同樣一公斤料,做出來的體積由發泡劑放出的氣量決定。

三樣東西,各自決定什麼

把「泡棉由什麼做成」拆開,就是這三行。
成分是什麼決定什麼
基材聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、EVA 等聚合物孔壁的強度和化學性質:耐溫、耐化學、軟硬
發泡劑受熱分解出氣體的化合物,或加壓溶入熔體的氣體發泡倍率,也就是密度;氣體放得多,材料就輕
交聯劑過氧化物一類的化合物(也可不用,改用電子束輻射)鏈子能不能滑動:能不能做薄、能不能回爐

三樣之外還有成核劑、抗氧劑一類的助劑,但它們是配角 —— 決定一種泡棉叫什麼、能幹什麼的,就是上面這三行。

基材:孔壁用什麼聚合物

泡棉的孔壁就是塑膠本身,所以泡棉繼承了基材的性質。聚乙烯柔韌、耐化學、不吸水;聚丙烯更硬、耐溫更高;聚氨酯可以從很軟做到較硬,密度跨度大;聚苯乙烯輕而挺,成型性好;EVA 柔軟有橡膠感,熱成型容易。

每種基材能承受的使用溫度是硬指標,不隨工藝改變。聚乙烯的耐熱級可經受 110 ℃ 工作環境、收縮率 ≤8%;聚丙烯泡棉(IXPP)最高使用溫度 140 ℃。

發泡劑:氣體從哪裡來

讓塑膠裡長出氣泡有兩個方向:

  1. 把氣體「溶」進熔體裡。在壓力下把氣體混進熔融的塑膠,壓力一撤,氣體來不及溶解就析出成泡。物理發泡劑屬於這一類,常見的是二氧化碳、氮氣與丁烷一類的烴。
  2. 讓助劑「放」出氣體。混入一種受熱會分解並放出氣體的化合物,在成型溫度下就地放氣。化學發泡劑屬於這一類。

兩條路殊途同歸:都是讓氣體在塑膠裡就地成核、長大,最後被固化的孔壁關住。發泡倍率就是「原來的體積被撐大了幾倍」,密度和倍率是同一個數的兩種寫法 —— 撐得越大,密度越低。

交聯劑:為什麼這一樣非有不可

擠出機把聚乙烯熔融、混料、再把壓力在模口釋放,氣體就把聚合物撐成泡孔。如果鏈子還能互相滑動,泡孔壁在膨脹時會被越拉越薄,密度壓低到一定程度就會併孔或塌陷。

交聯劑解決的就是這個:它在發泡之前把鏈子連成三維網路,網路兜住泡孔壁,材料就能在更低密度下保住完整、均勻的泡孔。XPE 用的是過氧化物化學交聯;IXPE 與 IXPP 不用交聯劑,改走電子束輻射,靠高能電子直接把鏈子接起來。

同樣是聚乙烯,為什麼會做出三種材料

因為第三樣東西可以選。基材都是聚乙烯,改變的是「發泡之前鏈子有沒有被綁住、用什麼綁」:

同一族聚乙烯,配方差別只在交聯這一步。
PE 泡棉(未交聯)XPEIXPE
交聯劑不加過氧化物不加,走電子束輻射
泡孔較粗、壁較厚細而均勻最細
最薄單層取決於擠出線3 mm0.1 mm
能否熔融回收可以不能不能

取捨的判據在零件而不在材料,另見PE 泡棉與交聯牌號怎麼選。

博豐泡棉供應什麼

博豐泡棉是交聯聚烯烴泡棉的生產廠家,在廣東珠海擁有 10,000 m² 廠房、5 條生產線,年產能 5,000 噸。我們做的配方是「聚乙烯或聚丙烯 + 交聯」這一支:XPE(過氧化物化學交聯)、IXPE 與 IXPP(電子束輻射交聯),發泡倍數 3~40 倍,單層最薄 IXPE 0.1 mm、XPE 3 mm,幅寬 500~2000 mm,多層熱合可到 200 mm。基材與各檔取值另見交聯聚乙烯泡棉材料總覽。

常見問題

泡棉裡裝的是空氣嗎?

成型時孔裡裝的是發泡劑放出的氣體,冷卻固化後孔壁把氣體關住;長期看,小分子氣體會慢慢透過孔壁與外界空氣交換,最終孔內主要是空氣。閉孔結構裡這個過程很慢,所以泡棉能長期保持低導熱 —— 這也是閉孔泡棉用作保溫材料的前提,詳見泡棉材料有哪幾類。

不加交聯劑會怎麼樣?

鏈子仍能互相滑動,泡孔壁在氣體膨脹時被持續拉薄,密度一壓低泡孔就容易併孔或塌陷。結果是泡孔偏粗、單層做不薄,低密度牌號撐不住長期壓縮。換來的是可以重新熔融 —— 未交聯的 PE 泡棉能回爐,交聯過的不能。

發泡倍率和密度是一回事嗎?

是同一個數的兩種寫法。倍率是體積被撐大的倍數,密度是單位體積的重量。我們的 XPE 牌號 3 倍對應表觀密度 300±40 kg/m³,40 倍對應 26.8±3 kg/m³。選密度就是選倍率,判據是荷載和壓縮要求,見高密度 XPE 泡棉:密度換來什麼。

泡棉能做得比實心塑膠更耐高溫嗎?

不能。泡棉繼承的是基材的耐溫性,氣泡不會提高它,反而因為孔壁很薄,長期高溫下更容易收縮。聚乙烯泡棉的耐熱級是 110 ℃ 工作環境、收縮率 ≤8%;要保持更高溫度下的尺寸,得換基材 —— IXPP 最高使用溫度 140 ℃。再往上就不是泡棉的場合了。

延伸閱讀

另見:泡棉材料有哪幾類 · PE 泡棉 · 發泡材料 · 發泡塑膠 · 交聯聚乙烯泡棉材料總覽 · 聯絡我們