挤塑板泡孔结构对XPS主要性能的影响

挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）板材在地暖保温领域有着广泛的应用，而泡孔结构作为影响其主要性能的因素之一，一直是大部分产品研发人员及学者的重要研究方面。根据相关文献研究资料，我们对XPS泡孔结构对其主要性能的影响作简要的分析总结。

一、XPS主要性能与影响因素

1、XPS的主要性能

（1）密度小

相比于同品类塑料，因XPS制品中存在大量气泡，使其制品密度非常小。

（2）抗冲击、承荷载性能

泡沫塑料的泡孔结构在受到冲击、承受荷载时，会使制品产生一定的变形、压缩、回弹及滞留，这种现象在一定程度上能够将所受的冲击、压力耗散，具备优异的抗冲击、承荷载性能。

（3）隔热性

独特的泡孔结构以及孔内气体的存在，使制品导热系数极低，保温性能优异。

（4）隔声效果

泡孔结构的存在起到优异的隔声效果，主要在两方面。

其一，吸收声波能量。当声波通过泡沫塑料时，其内泡孔泡体受声波冲击，内部气体微压缩，产生滞留现象，将一部分冲击能量减弱，而大量的泡孔存在，将这种弱化扩大，在一定程度上使声波能量在制品内部耗散。

其二，声波的传递过程中，在泡体内会引起共振现象，产生噪音，但由于泡体本身存在一定的刚性，会将这种共振减弱甚至消除，从一定程度上达到隔音的效果。

2、XPS的性能影响因素

（1）加工

这里的加工因素主要讨论加工对于泡孔影响。在加工过程中，由于料流的拖力或外界拉力作用，会使所形成的气泡发生变形，椭圆或细长形，制品本身呈各向异性，力学性能会发生一定变化。

（2）泡孔结构

泡沫塑料制品的泡孔开、闭会影响其性能，闭孔率与制品保温、抗压性能成正比。

（3）泡孔尺寸

泡孔的大小直接影响制品压缩性能。经相关研究数据表明，泡孔直径越小，制品压缩性能越好，吸水率越小，反之，直径越大，压缩性能越差，吸水率越大。

（4）发泡倍率

制品的拉伸强度、弯曲强度、热变形温度等都受发泡倍率影响，发泡倍率越大，其值越小，且成品的收缩率增加。

二、泡孔结构对XPS主要性能影响的分析

泡沫塑料泡孔结构对产品性能有着至关重要的影响。在地暖保温材料领域，主要属绝热性能与力学性能，市面上产品的参数指标为导热系数与压缩强度。

1、导热系数

XPS泡沫塑料制品的导热系数一般主要由4个因素决定，分别为：PS固体部分导热系数、泡孔内气体导热系数、辐射传热、孔内气体对流换热。可以叙述为下式：

式中：—— XPS导热系数；

—— PS固体部分导热系数；

—— 泡孔内气体导热系数；

—— 辐射传热系数；

—— 泡孔内气体对流热导率。

XPS内部泡孔为闭孔结构，且泡孔很小，故可忽略不计。相关研究表明，在XPS产品导热系数中，、、的相对贡献率分别为7.5%、62.5%、32.5%。辐射传热则主要受XPS内部泡孔结构影响。

图1 泡孔尺寸对辐射传热的影响（北京化工大学研究数据）

如图1，根据相关研究表明：（1）减小泡孔尺寸，辐射传热降低，XPS导热系数降低；（2）提高制品的泡孔密度，XPS导热系数降低。即在相同密度XPS制品条件下，可以通过减小泡孔尺寸，提高制品泡孔密度的方法来降低XPS制品的导热系数，提升其保温效果。

2、压缩强度

前文所述，压缩强度受闭孔率、泡孔尺寸等因素影响。从闭孔率角度，XPS闭孔率在95%以上，泡孔结构紧密相连且壁间无间隙，泡孔间形成一定的支撑体系，压缩强度极高。从泡孔尺寸角度，采用显微镜观察XPS板材泡孔结构，并测量其泡孔尺寸，如图2、3所示。

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

图4 压缩强度实测

取以上所述产品（绿羽白晶板、普通市售XPS板材）100mm*100mm*20mm试块各5块，根据国标，用抗压测试仪分别测量试块抗压值，并取均值作为该产品的压缩强度。

表1 压缩强度对比

由表1可知，绿羽白晶板压缩强度值较之普通市售板要高出20.03%，其主要原因是泡孔尺寸的大小。根据相关文献、实验研究表明，较大泡孔在受压时泡沫塑料泡体呈非等量压缩，先是从外层泡孔开始变形压缩，至外层泡孔崩塌，内层泡孔才开始弯曲变形。而小泡孔泡沫塑料被压缩时，其整体呈现等量压缩，泡体的内外泡孔可均匀的吸收外加压缩能量。即小泡孔压缩性能优于大泡孔。

三、小结

（1）XPS为闭孔泡沫塑料，保温隔热、隔音以及力学性能等性能优异；

（2）泡孔结构是XPS导热系数的影响因素之一，主要体现在辐射传热上。可以通过减小泡孔尺寸、提高泡孔密度的方式来减小XPS的导热系数，达到提升XPS保温性能的目的；

（3）相对条件下，闭孔率越高，泡孔尺寸越小，XPS的压缩性能越优异。