泡沫塑料的微观结构与性能
泡沫塑料性能
泡沫塑料的分类方法较多，常见的有3种。
1．按泡孔结构分类可分为开孔泡沫塑料和闭孔泡沫塑料2类：开孔泡沫塑料是泡孔之间相互连通，相互通气，发泡体中气体相与聚合物相间呈连续相，流体可从发泡体内通过。
至于流体通过的难易程度与聚合物本身特性和开孔程度有关。
闭孔泡沫塑料是泡孔孤立存在，均匀地分布在发泡体内，互不连通，气泡完整无破碎，泡孔壁形成发泡体的连接相。
实际的泡沫塑料中两种泡孔结构同时存在，即开孔结构的泡沫塑料体内带有闭孔结构，闭孔结构的泡沫塑料体内带有开孔结构。
如果开孔结构占90％一95％，则称此泡沫塑料体为开孔结构泡沫，反之则称为闭孔结构泡沫。
闭孔结构对发泡体的力学性能影响较大，属泡沫塑料制品的重要结构参数。
开孔结构和闭孔结构的识别特征见图1—1。
图(a)为开孔结构的泡沫塑料体，其泡孔已破裂，泡孔间相互连通。
图(b)为闭孔结构的泡沫塑料体，其泡孔孤立地分布在聚合物体内。
图(c)和图(d)所示的泡孔结构，除夹层为闭孔结构外，还具有不发泡或微发泡的蒙皮层(上下两层)。
图(e)和图(f)是纤维成球状填料增强或填充的高强度泡沫塑料结构。
2．按硬度分类可分为软质、硬质和半硬质泡沫塑料3类：在23℃和50％的相对湿度下，泡沫塑料的弹性模量小于70兆帕的称为软质泡沫塑料。
在上述温度和相对湿度下，弹性模量大于700兆帕的称为硬质泡沫塑料。
介于70兆帕和700兆帕弹性模量之间的泡沫塑料称为半硬质泡沫塑料。
泡沫塑料的性能1密度小2 吸收冲击载荷性好泡沫塑料在受到冲击载荷时，泡孔中的气体受载荷作用而压缩，产生一种滞流现象。
这种压缩、回弹和滞流现象会消耗掉冲击载荷能量。
另外泡沫体还可以较小的负加速度，逐渐分步终止冲击载荷，故呈现出优异的减震缓油能力3.隔热性优良4.隔音效果好5.比强度比强度时指材料强度与相对密度之比值，它代表材料的物理特性。
泡沫塑料的机械强度随发泡倍数增加而下降，一般认为微孔或小孔发泡的泡沫塑料强度高。
泡沫塑料概述
泡沫塑料概述泡沫塑料是一种轻质、柔软和弹性良好的材料，以其独特的性能以及广泛的应用领域而闻名全球，是一种由合成或天然聚合物通过化学反应后形成的材料。
它是保温、隔热、吸音、防震等材料的首选，同时也是许多日常用品的制造材料。
本文将会全面介绍泡沫塑料的概述，包括其种类、生产工艺、性能以及应用领域等相关知识。
一、泡沫塑料的种类：目前市场上的泡沫塑料品种众多，常见的泡沫塑料种类有聚苯乙烯（EPS）、聚氨酯（PU）、聚苯板（XPS）、聚丙烯（EPP）等。
1.聚苯乙烯（EPS）：EPS是一种聚合物，具有高度可塑性和稳定性，其阻燃性好，不易燃烧，且不释放有害气体。
在建筑行业中，EPS被广泛应用于保温和隔热层、屋顶保温板、冷库保温、地下室隔热、管道保温等方面。
2.聚氨酯泡沫（PU）：PU泡沫是由异氰酸酯预聚体和增塑剂，通过化学反应生成的一种高分子聚合物，在空气中具有良好的绝缘性能。
它具有较强的抗压性和耐久性，可以用于汽车、家电、建筑、航空航天等领域。
3.聚苯板（XPS）：XPS在其基础聚苯乙烯原料中加入一定的添加剂制成，具有密度较高、抗压强度高的特点。
它在地下室、屋顶保温、墙体隔热、楼层隔音等方面有着重要的应用。
4.聚丙烯（EPP）：与前三种泡沫塑料相比，EPP泡沫塑料具有更高的柔性和耐冲击性。
它在汽车行业、体育用品、电子组件包装等领域有着广泛的应用。
二、泡沫塑料的生产工艺：通常泡沫塑料的生产制备方式分为物理法和化学法两种。
1.物理法：物理发泡是指将硬质的、高密度的塑料质地转化成轻质、低密度的泡沫材料。
其主要工艺流程为：塑料珠料、液态气体、气体和加热板之间的接触，通过高频振动，使气体充分扩散到原材料中，从而达到材料膨胀和成形的目的。
2.化学法：化学发泡是指泡沫塑料在化学药剂的反应作用下，在材料内部产生有机气体，完成材料的膨胀和成型。
常见的化学反应方式有一次性加药发泡和定量加药发泡两种方式。
三、泡沫塑料的性能：泡沫塑料具有轻巧、保温、隔热、吸音、防火、柔韧、耐冲击、防震等特点。
聚乙烯泡沫塑料研究报告
聚乙烯泡沫塑料研究报告聚乙烯泡沫塑料（PolyethyleneFoam，简称PEF）是一种抗压强度高、保温隔热性能优越的保护材料。
它也被广泛应用于防护、保护、保鲜、避震、减少传输损耗等领域。
本文的目的是分析聚乙烯泡沫塑料的物理性能、化学性能、表面性能、加工性能、强度性能以及不同应用场合下的适合性，为未来的应用提供参考。
一、物理性能聚乙烯泡沫塑料的通用物理性能有：密度（Density）、抗拉强度（Tensile Strength）、抗压强度（Compressive Strength）、冲击强度（Impact Strength）、耐折性（Flexural Strength）、断裂伸长率（Tear Strength）等。
聚乙烯泡沫塑料的密度一般在12-200kg/m3之间，其中，12-25kg/m3的密度被称为低密度聚乙烯泡沫塑料，25-100kg/m3的密度被称为中密度聚乙烯泡沫塑料，100-200kg/m3的密度被称为高密度聚乙烯泡沫塑料。
聚乙烯泡沫塑料的抗拉强度、抗压强度、冲击强度和耐折性一般在1.0-25.0MPa之间，而断裂伸长率则根据不同的密度，在30-200之间波动。
二、化学性能聚乙烯泡沫塑料的化学特性主要是耐温性和耐腐蚀性，它具有很高的耐热性，耐温范围达到100-125℃，耐腐蚀性也有较高的程度，能够耐受大多数水溶液体，包括酸性和碱性。
聚乙烯泡沫塑料的机械性能会随着温度的升高而降低，在高温下可能会导致其失去强度，从而影响其使用寿命。
三、表面性能聚乙烯泡沫塑料的表面性能很重要，因为它是一种复合材料，具有光滑、有光泽、防滑和阻燃等特性，它可以防止灰尘和污染物进入，也不易积灰。
四、加工性能聚乙烯泡沫塑料具有良好的加工性能，可以用多种方式进行加工，包括截剪、折弯、冲压成型、注射成型、电热成型等。
这也是为什么聚乙烯泡沫塑料被广泛应用于其他制品的原因。
五、强度性能聚乙烯泡沫塑料的强度性能良好，它的抗压强度高，能够承受20-150kPa的压力，而其抗冲击强度也可以达到50-200J/m2。
新型环氧树脂泡沫塑料制备及其性能研究
可用于特殊场合的保温隔热材料、 轻质高强复合夹 芯板和电工绝缘材料等 ， 弥补 了传统保温材料防火 性 能差 、 污染环 境 及 适 用范 围窄 等 缺 陷 ， 建 筑 、 在 交 通、 工业及 国防等 领 域具 有 广 阔 的应用 前 景 Ｌ 。 目 ３ Ｊ 前， 所能查 到的 Ｅ Ｐ泡沫塑料 供应商 只有 Ｈ ｓ 和 ｙｌ ｏ Ｓｃｍｎ两 家公 司 ， 内外 对 Ｅ ｉｏ ｉ 国 Ｐ泡 沫 塑料 的报 道 多
不到 ８７ｃ １ ２ ｍ＿处环氧基的特征峰 。所得的 Ｅ Ｐ泡沫塑料为闭孔结构 ， 泡孔均 匀， 密度最低可达 ０ １ ／ｍ ， ． ４ｇｃ 玻璃 化转
变 温度 为 １ ７Ｃ， 始 分 解 温 度 为 ３２ ５ 。 ０￣ 起 ５．℃
关键词
环氧树脂
泡沫 （ Ｐ 树脂 泡沫塑 料具 有力 学 性 能好 、 水 Ｅ） 耐
乳化 剂 ：Ｐ一１ ， Ｏ ０ 天津 市光 复精 细化 工研究 所 。
１２ 主要 设备 、 器 ． 仪
烘箱 ：Ｂ ０ 型 ， Ｚ １１ 淄博仪表厂；
差示 扫 描 量 热 （ Ｓ 仪 ： Ｅ Ｚ Ｃ —Ｄ Ｃ ０ Ｄ Ｃ） Ｎ Ｔ Ｓ Ｈ Ｓ ２４
型 ， 国耐驰 公 司 ； 德
扫 描 电子显 微 镜 （ Ｅ ： Ｕ Ｎ Ａ ０ Ｓ Ｍ） Ｑ Ａ Ｔ ２ ０型 ， 兰 荷
和分 解 温度 ； 压缩 强度 按 Ｇ ／ ８ ３— ０ ８测试 ， 样 尺 寸 Ｂ Ｔ８ １ ２ ０ 试 为 ５ ｍ × ５ｍ ×１ ｎ， ０ｍ ５ ｍ ７Ｉ 加载 速度 为 ２ｍｍ ｍｉ， ｎ ／ ｎ
笔者 以双 酚 Ａ 型 Ｅ Ｐ为 基 体 ， 用 预 聚 工 艺 制 采
备了 Ｅ Ｐ泡沫塑料 ， 对其微观结构 、 力学性能等进行 了表 征 和分析 。
泡沫材料微观结构与性能研究
泡沫材料微观结构与性能研究泡沫材料是一种获得广泛应用的轻质材料，它由空气和固体物质组成。
其各项物理性能表现取决于其微观结构和组成，因此，研究泡沫材料的微观结构与性能是十分重要的。
本文将从泡沫材料的制备、微观结构和性能三个方面，对泡沫材料的相关研究进行探讨。
一、泡沫材料的制备泡沫材料的制备主要由物理和化学两种方法。
其中，物理方法是通过高温或高压将固态材料强制成形，或通过气流、发泡剂和粘结剂将材料体积扩大为泡沫状。
而化学方法则是通过化学反应产生气体，使材料在反应物质的作用下由糊状变为泡沫状。
此外，还有一种结构相对简单的泡沫材料，即泡沫塑料，它是将塑料在高温下加压使之结晶或是以吸附物增强泡沫性能等方法得到的。
目前常用的泡沫材料制备方法包括EPS法、EPP法、EPE法等。
EPS法是以聚苯乙烯为原料，在氧和氢的存在下，以发泡剂为催化剂和硬化剂，经高压与高温反应而制得。
EPP法同样以聚苯乙烯为原料，经在不同气氛、不同温度和不同沸点下混合、发泡、膨胀、硬化等多道工序，制备而成。
EPE法是以聚乙烯为原料，通过挤压泡沫制造机制备而成。
二、泡沫材料的微观结构泡沫材料的微观结构由固体部分和孔隙两部分组成。
其中，固体部分由基质和增强剂组成，基质是主要的固体成分，增强剂则是用来增强固体部分机械强度的材料。
而孔隙则是由内部气泡构成的，其大小和大小分布决定了泡沫材料的吸噪和保温等性能。
根据泡沫材料孔隙大小，可以将其分为微泡和泡沫两种类型。
微泡材料的孔隙在10微米以下，具有优异的吸噪能力，泡沫材料则孔隙在50微米以上，具有更高的保温性能。
此外，泡沫材料的孔隙大小和分布与其制备方法及质量有关。
三、泡沫材料的性能泡沫材料具有轻质、便于加工和造型、优秀的隔音和保温性能等一系列特点，因此在建筑、航空、汽车等方面得到了广泛应用。
例如，泡沫材料用于建筑中的隔音、隔热，航空用于较弱部位防撞，汽车中用于减小噪声的传递等。
在泡沫材料的性能中，将其划分为物理、化学、力学等多个部分可得到更为详细的性能描述。
硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究
硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究1. 引言硬质聚氨酯泡沫塑料是一种常用的绝缘材料和填充材料，具有轻质、耐热、隔热、隔音等特点，在建筑、交通工具和包装领域得到广泛应用。
然而，对于硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系，即应力-应变关系的研究，对于了解其力学性能至关重要。
本文将从宏观力学模型和微观结构层面，对硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系进行深入探讨。
2. 宏观力学模型在宏观尺度上，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系主要通过应力-应变曲线来描述，其中包括线性弹性阶段、屈服阶段和断裂阶段。
在应力小于比屈服强度时，硬质聚氨酯泡沫塑料呈线性弹性，应变与应力成正比；当应力逐渐增大超过比屈服强度时，材料将出现塑性变形，应力较缓慢地继续增加；最终在应力达到最大值时，硬质聚氨酯泡沫塑料将发生断裂。
通过对宏观力学模型的研究，可以更好地理解硬质聚氨酯泡沫塑料在受力过程中的力学性能。
3. 微观结构层面在微观尺度上，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系受其内部细胞结构和界面相互作用影响。
硬质聚氨酯泡沫塑料的微观结构呈现闭孔结构，孔隙间充满气体，形成有效的隔热和隔音效果。
然而，由于泡沫塑料的微观结构不规则性，使得其在受力时呈现出复杂的本构关系。
研究表明，泡沫塑料的微观结构对其力学性能具有显著影响，如细胞大小、壁厚度、连通性等都会对泡沫塑料的变形行为和强度产生影响。
4. 总结与展望硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系是一个复杂而重要的研究课题。
在宏观力学模型和微观结构层面，硬质聚氨酯泡沫塑料都表现出了多变的力学性能，其本构关系受多种因素影响。
未来的研究可以从提高泡沫塑料的力学性能、优化微观结构设计等方面进行深入探讨，以提高泡沫塑料的应用性能和推动其在新领域的应用。
个人观点与理解在我看来，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系研究是一个非常值得深入探讨的课题。
了解其力学性能，可以为材料工程领域的发展提供重要参考，也有助于解决在具体应用领域中可能出现的问题。
通过对泡沫塑料的本构关系进行深入研究，还有助于推动材料设计和制备技术的发展，为新材料的研发奠定基础。
聚氨酯泡沫塑料教材
聚氨酯泡沫塑料教材引言聚氨酯泡沫塑料是一种常见的材料，具有轻质、隔热、吸音等特点，在建筑、包装、交通工具等领域得到广泛应用。
本文档将介绍聚氨酯泡沫塑料的基本特性、制造工艺以及应用领域，以便读者对这种材料有更深入的了解。
1. 聚氨酯泡沫塑料的基本特性聚氨酯泡沫塑料具有以下几个基本特性：•轻质：聚氨酯泡沫塑料的密度低，比重小，使得物体变得轻盈，适合在需要减轻重量的场合使用。
•隔热：聚氨酯泡沫塑料的结构透气性好，能有效地阻挡热量的传输，具有良好的隔热性能，被广泛应用于建筑、冷藏箱等领域。
•吸音：聚氨酯泡沫塑料可以通过调整其结构，实现吸音功能，常用于音频设备、车辆噪音隔离等领域。
•耐腐蚀：聚氨酯泡沫塑料具有很强的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱以及大部分溶剂的侵蚀，适用于一些特殊环境下的使用。
•加工性好：聚氨酯泡沫塑料可以通过模压、喷涂、浇注等多种加工方式来制造成各种形状，非常灵活。
2. 聚氨酯泡沫塑料的制造工艺2.1 原料准备制造聚氨酯泡沫塑料的主要原料包括聚醚多元醇、多巴胺、二异氰酸酯等。
这些原料在一定的比例下混合，形成聚氨酯泡沫塑料的基础组分。
2.2 反应在制造过程中，原料混合后往往需要进行反应。
常见的反应方式有以下几种：•醇反应：聚醚多元醇与多巴胺在一定的温度下反应，生成聚氨酯链的主体结构。
•异氰酸酯反应：二异氰酸酯与聚醚多元醇中的氢原子发生反应，形成三聚氰胺结构。
•水分分解反应：一些聚氨酯泡沫塑料加入适量的水分进入反应体系，通过水和异氰酸酯的反应增加泡沫塑料的体积。
2.3 发泡反应后的聚氨酯泡沫塑料混合物通常需要进行发泡处理，以增加其体积。
常见的发泡方式有以下几种：•物理发泡：通过物理手段，如振动、加热等，使混合物中的气泡产生增多并膨胀，形成泡沫状。
•化学发泡：通过在混合物中引入发泡剂，触发化学反应，产生气体，使混合物形成泡沫。
2.4 固化和成型经过发泡后，聚氨酯泡沫塑料需要进行固化和成型。
固化可以通过加热或等待一定时间使其自然固化。
EPS泡沫塑料性能介绍
EPS泡沫塑料性能介绍_EPS是一种热塑性材料，经加热发泡以后，每立方分米体积内含有300～600万个独立密闭气泡，内含空气的体积为98%以上，这样的结构使它具有许多特性。
一，保温隔热性能EPS具有良好的保温性能是因为它由完全封闭的多面体形蜂窝构成，蜂窝的直径0.08～0.15mm，蜂窝壁厚为0.001mm。
EPS由约98%的空气和2%的聚苯乙烯组成。
截留在蜂窝内的空气是一种热的不良导体，因而对EPS的热绝缘（保温）性能起决定性的作用。
与含有其他气体的泡沫塑料不同，空气长期留在蜂窝内，所以保温效果稳定不变。
（一）导热系数导热系数取决于密度和温度。
EPS厚度减少，热辐射的透过率上升，当厚度低于10mm时尤为明显。
EPS的含水量对导热系数影响显着，每吸收1%体积的水，导热系数上升3.4%，因此，在任何墙体结构里，隔热层必须放在远离可能产生冷凝水的地方。
随着环境温度的下降，EPS泡沫塑料的导热系数将随之下降。
EPS泡沫塑料适用于温度较低的环境之中。
因为传导与辐射在不同程度上随制件的密度（即泡孔的壁厚）而变化，当EPS密度过大或过小时，其导热系数都将增加。
在常温下，当EPS泡沫塑料的密度在30～40kg/m 3时，其导热系数最低。
根据上述特性，我们若要选择EPS泡沫塑料作绝热材料时，首先，环境温度要小于75℃，环境温度越低，其导热系数越低，即绝热性能越好。
其次，我们还应选择密度合理的EPS泡沫塑料作为绝热材料。
若我们仅从导热系数出发，则可选取密度为30～40kg/m 3左右的EPS泡沫塑料为好，随着EPS的密度上升，EPS的强度也将上升，但是，材料消耗增加，成本也必将上升。
所以，我们在选择EPS泡沫塑料的密度时，应该综合考虑其导热系数、强度及生产成本等诸多因素。
另外，还需指出，除了上述的EPS泡沫塑料的密度以外，EPS的分子量（一般常用相对粘度值来表示），EPS颗粒的大小，发泡成型以后的粘接程度（熔结性），以及EPS发泡以后其本身的孔径等等，这些因素也多少对EPS泡沫塑料的导热系数有所影响。
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的泡孔排列和泡壁形状 ， 即使同一种泡沫塑料也具有不 同的
泡孔 形状 和泡孔 尺寸 ， 且泡孔 形状 也并 非完全 是对 称结 而
菱形 十二面体模 型 由 Ｐａ ａ 提 出 ， 为泡沫是 由形状 ｌｅｕ ｔ 认
泡沫 塑料从微观结 构上可 以分 为闭孔泡沫 和开孔泡沫 两类 。闭孔泡 沫中泡孔之间相互独立且泡孔 间由泡壁 隔离 ，
因此 有很好 的力学性 能。开孔泡沫 中泡孔之 间相互贯 通且
有很 多支架 ， 具有更好 的能量吸收性能。泡沫塑料主要是通
塑料 的发展。Ｇｂｏ．ｓｂ 立体模 型的不足 之处是 泡孑单 ｉ ｎＡ ｈｙ ｓ Ｌ
公式， 并在很多泡沫材料中得到了应用。
球 形泡彳 Ｌ
ｏ ｏ
临 界池孔 多嘶 体泡扎
真实 聚合 物泡 沫 的泡 孑 结 构往 往存在 着各种 缺 陷， Ｌ 主
要有 不规则 的泡 孔形 状 、 不一致 的泡 棱横 截面及 泡孔 破裂 等， 这些缺 陷都会对泡沫 的宏观性能产生不同程度的影响。 Ｈ． Ｚ ｕ等 研究 了开孔泡沫 中不规则 的泡孔形状对 Ｘ．ｈ 泡沫压缩性能的影响 。结果表 明， 高度不规则的泡沫 比相对
１ 泡沫塑料的微观结构
沫 的泡 孔单元是 由 １ 条泡 棱构成 的立方体结 构 ， 构单 ２ 而结 元由 １ 个泡孔单元和 １ 条连接棱 构成。这种结构模型使开 ２ 孔泡沫 的微观结构最简单化 ， 以通过微观结构参数简单方 可
便地计算宏观力学性能 ， 是泡沫材料 中一种极有影响力 的理 论模 型。在开 孔立体 模型 的基础 上 ， ｂｏ Ｇｉｓｎ和 Ａ ｈ ｙ又建 ｓｂ 立 了包含完整泡壁 的闭孔泡沫立体模型 ， 进一步推动 了泡沫
非 线 弹性 变形 过 程 中开 孔泡 沫会 在 某一 恒定 的载 荷下 发
生密实化 或坍塌 ， 并在应力 一应变 曲线 上出现较 长的平 台。
Ａ． Ｂｙ ｏ Ｄ．ｒｄ ｎ等 通 过 ｘ光 断层扫 描技 术观察 并模 拟 了泡 沫 塑 料在 压缩 试验 中 的密 实化 过 程 ， 充分 证 明 了这 一点 。
为菱 形十二 面体的泡孔 紧密排列 构成 的。这 种排列可 以实 现， 但并不是三维立体最有效 的排 列方式 。Ｋ ｌｉ 模 型认 为 ｅｖｎ
构， 因此这些理想 的几何模 型并不能真实反映聚合物泡沫 的 微观结构特征。
收稿 日期 ： ０ １ ８１ ２ １— ．６ ０
９ ８
工程塑料应用
构参数 对泡沫塑料 的宏观性能如压缩 、 拉伸和剪切等都有很
大 的影 响 。
泡沫塑料 的力学性能可 以通过上述 的传 统理论模 型进 行模拟 预测 ， 并且得 到 了许多与试验 数据相一致 的结 果 ” 。 。 。 但是这些模 型都 假设 泡孔为均匀对称的均衡结构 ， 不能表 并
１ １ 泡孔形 态与表征 ． （ ） １ 传统理论模型
响 ， 对研 究 作 了总 结 和 展 望 。 并
关键词
泡沫塑料 微观 结构
力学性 能
模 型 泡沫 的泡孔是 由 ８个正六边 形和 ６个正方 形组成 的十 四面
泡 沫塑料又称 多孔塑料 ， 是一种 以塑料为基本组分 ， 内
部 含有 大量气泡的轻质多孔材料 ， 也可视为 以气体为填料 的
泡沫 塑料 的压 缩变 形机理 主要有 四种变形 方式 ： 弹 线 性行 为 、 线弹性 行为 、 非 塑性塌 陷以及各种 破坏方 式 。开 孔 泡沫塑料 和闭孔泡沫 塑料在压缩 载荷下 的力 学响应有很
图 ２ 计算确定面积内所包含的未知泡孔数量
溪 溪
（ ） ａ （ ｂ）
大 的区别 。开孔 泡沫的线弹性主要 由泡棱的弯 曲变形引起 ，
图 ４ 相 同泡 孔 大 小 的不 同泡孔 形 状
在计 算泡 沫 的泡 孔密 度时 ， 需将 泡沫分 为泡 孔具 有理
想横 截面 和非 理想横截 面两种情 况进行讨论 。理想情 况下
泡 壁 为六 边 形 ， 完全 包含 临 界泡 孔（ ５ ）而 非 理想 情 并 图 ａ， 况 下泡壁通 常为五边 形 、 六边 形或正方 形 ， 且都有不 同程 并 度的扭 曲（ ５ 。结 果表 明 ， 图 ｂ） 非理想 泡孔截 面模 型和 理想 泡 孔横截 面模 型能够分 别可靠地 预测各 向同性低 密度泡沫 和高 密 度 泡沫 的泡 孔密 度 ， 均 绝对 离 差 （ ＡＤ） 别为 平 Ａ 分 ３ ． 和 ５ ． 而用 传统 模型 预测 泡孔 密度 时 的 ＡＡ ９２ ％ ７２ ％， Ｄ分
别为 ５ ．％ 和 ６ ． ９４ ２４ ％。 因此 ， 用这种方法计算 泡沫的泡孔密
度 比传 统 模 型更 加 可靠 。
小， 泡棱 的微 屈曲是泡沫压缩变形 的决定 因素 。作者还通 过 应力 一应变 曲线建立 了泡 沫的压缩破坏表面 ， 符合 最大压应
（ａ） （ ） ｂ
力准则 ， 且与已有实验结果 相一致 。
体受到压缩 和剪切等 力学作用 ， 因此研究泡沫塑料 的力学性 能对保证泡沫 的安全使用具有重要意义。
（ ａ） （ ｂ） （ Ｃ）
ａ 一严格限制法给出最小值（ ＝ ： 一完全泡孔法给出最大值 （ ｎ ８） ｂ ｎ
＝
２ １ 压 缩 性 能 ．
１ ； 一 限制分数法给出平均值（ ￣ ２５） ７） ｃ ｎ－ ． １
因而被 广泛应用 于航空航 天 、 风力发 电、 体育器 材 、 包装 、 建
筑、 冷藏 、 船舶制造等领域 ｔ Ｊ ｏ 泡沫塑料 的性 能及其潜在 应用主要取决 于基体材 料的 物理 、 学性 能和泡沫 的泡孔结构 。 自从泡沫 塑料产生 后就 化 有 了大量关于化学结构 和加 工条件对 泡沫性能影响 的研究 ， 而对 于泡 沫塑料 微观结 构与 宏观性 能之 间关 系的研 究 较 少 。近年来 ， 随着微 观分析技术的不断进步 ， 来越多的 越 科学家期望通过对 已有 泡沫塑料的微观结构进行研究 ， 获取 微观结构 一性 能之间的关系 ， 而进 一步提高现有泡沫塑料 从 的宏观性 能并开发 出新型高性能泡沫塑料 。
元之 间由连接棱相 连接 ， 不能实现 密堆积 ， 另外泡棱 与连接
棱在结构上并不等价 ， 这与泡沫 的实 际情况有所不 同。
过在 聚合物基 体 中形 成气泡核并 使气泡膨 胀长大后 稳定而
形成 的 ， 其微观结构特性 主要 通过泡孔密度 、 泡孔 形状 、 泡
孔 尺寸 、 各向异性率 和开孔 ／ 闭孔率等参数来 表征。这些结
Ｈ． ｊｄ Ｔ ｅａ等 。 也对 泡沫的泡孔密度 及力学性能进 行 ｅ 。
了详细 的研究 。但 由于泡沫 中泡孑 分布的复杂性 ， Ｌ 已有 的泡
孔密 度表征方 法在应用过 程 中都存 在一定 的误差 。无论 如
何， 这些探 索都为今 后的深入 研究提供 了很好 的思路 ， 随着 维成像技术 和图像 分析技术的提高 ， 泡孔 密度 的检测以及
与开孔泡 沫 的压 缩过 程不 同 ， 闭孔泡 沫的线 弹性 南泡
ａ 一理想泡孔横截面；ｂ 一非理想泡孔横截面 图 ５ 泡孑横截面与临界泡孔 Ｌ
壁 的弯 曲或延伸 和泡棱的弯曲 、 拉伸或收缩 引起 。而在非线 弹性阶段 ， 泡孔 内的气体也受 到压缩作 用 ， 同时泡壁上 产生
膜 应力 ， 使应力 一应 变曲线 随应变增 大而升 高。在压实 区 ， 压缩应变增 大 ， 沫塑料发 生塑性形 变 ， 泡 脆性 泡沫 塑料 由于
工程塑料应用
２１ 年 ， ３ ０ １ 第 ９卷 ， ｎ 期 第
泡沫 塑料 的微观结构与性能
马忠雷 张广 成
７０７ １０ ２） （ ｔ． 西５ ＿业大学理学 院， Ｔ 西安
摘要
综述 了近年 来泡沫塑料微观 结构与宏观力学性能关 系的研 究新进展 ， 阐述 了泡沫塑料微观结构如泡孔形
态、 泡孔 密度 的最新表征技 术和模拟方 法， 详细分析 了微 观结构对 泡沫塑料 的力学性能 尤其是压 缩和拉 伸性能 的影
泡壁破 坏和泡孔粉碎而发生塌陷。ＬＪ ｉｓｎ等把开孔立体 ．Ｇ ｂｏ ．
模型扩展 到闭孔泡 沫材料 中 ， 考虑 了分配在 泡壁上 的材料 、
马忠雷， ： 等 泡沫魍料 的微观结构与性能
９ ９
泡壁 的弯 曲 、 导膜应 力和泡孔 中的气压 ， 导 出闭孔 泡沫 诱 推
相对密度 增大而增 大 ， 而且纵 向的拉 伸强度 比横 向的大 ， 半 硬质泡沫 的拉伸强度 比软质 的大。横 向的拉 伸强度小是 因 为泡棱更 倾 向于在纵 向方 向有序排列 ， 使得泡棱在横向载荷 下更加 容易 弯曲破坏 ， 另外 纵 向拉伸需要 破坏更 多的泡棱 ； 纵向与横 向的拉伸强度不 同， 并且 虽然拉伸强度随着泡孔 各 向异性 比增大而增 大 ， 增加 的速率 逐渐减小 。同样 ， 向 但 横 拉伸 强度随着泡孔各 向异性 比增大而下降 ， 但下 降速 率逐渐
２１ ０ １年， ３ 第 ９卷， １ 期 第 ｌ
于临界泡 孔 ， 而低密 度泡 沫的孔 隙率大 于临界 泡孔 ， 图 ４ 如
所示 。
泡沫性能的预测将会 越来 越精确 。
２ 泡 沫 塑 料 的 力学 － 陛能
泡沫 塑料大 量应用 于包装 和能 量吸 收用途 ， 作为夹 也 芯结构复合材料 的芯层用 于结 构材 料中 ， 可能会在局部或整
异性 的增大而下 降。这两种 缺陷对泡 沫的性能影 响是独立 的， 它们 的相互作用对泡沫压缩性能影响很小 。 ＹＸ．ａ ． Ｇ ｎ等 用 Ｖ ｒｎ ｉ ｏｏｏ 镶嵌模 型模 拟 了开孔泡 沫塑
料在压 缩载荷下 的宏观力 学行为 。研究 发现泡孔 破裂对泡 沫 的压缩模量影 响很 大 ， 而对压缩状态下 的平 台应力影 响较