应用故事 | 发泡样品的膨胀倍率测量

发泡塑料也叫泡沫塑料，是以塑料为基本组分，含有大量气泡，以气体为填充的复合材料。在泡沫塑料生产中，发泡剂含量是决定泡沫塑料发泡程度的重要因素之一。当发泡剂含量增加时，泡沫塑料中泡孔的数目也会随之增加，疏松度进一步提高，反之，当发泡剂含量减少时，泡沫塑料中泡孔的数目、疏松度也会减少。那么发泡剂的含量多少会导致多大程度的膨胀呢？就需要了解发泡塑料的热膨胀性能。

在PVC发泡材料的生产过程中，提高PVC发泡材料质量的关键因素是提高PVC的熔体强度。从高分子材料加工特性分析，提高PVC熔体强度的方法有多种，但Z有效的方式是添加提高熔体强度的助剂和降低加工温度。PVC属于非晶材料，随熔体温度的提高熔体强度降低，反之随熔体温度降低熔体强度提高，但是过低的温度又将导致塑料无法熔融，无法发泡。因此也需要了解PVC的加工温度

在本文中介绍了发泡塑料热膨胀测量的仪器，使用的样品容器，并结合测试谱图分析了发泡塑料的发泡温度，发泡量。

热机械分析仪（TMA）使样品处于一定的温度程序下，施加一定的静态载荷，观察样品在一定方向上的尺寸随温度或时间的变化关系。若所施加的静态可近似忽略，则等同于热膨胀测量（DIL）。TMA 广泛应用于塑料、橡胶、薄膜、纤维、涂料、陶瓷、玻璃、金属材料与复合材料。

温度范围：-150…1550 ℃

升温速率：0…50 ℃/min

载荷范围：0.001…3N

加载模式: 压缩/针入、弯曲、拉伸

动态载荷模式: 斜变力，步阶力，三角波，方波，三角波调制，正弦波调制

1. 样品名称：发泡塑料

2. 样品描述：白色粉末

3. 温度程序：RT-350℃，升温速度10℃/min

4. 测量模式：压缩测试

5. 样品支架：石英支架

? 采用如图所示的大小坩埚嵌套（外面为内径为7.1mm左右的大坩埚，里面为外径为6.9mm左右的小坩埚）的方式组合成容器，测试效果与上述组合相当。

? 优点是推杆头顶在小坩埚内部，万一样品在高温下熔融往周边流淌，不会直接粘到推杆上，起到一定的保护作用。

上图是发泡塑料的热膨胀测试谱图，从图中可以看出样品尺寸在153℃开始明显增加，表明样品开始发泡；样品尺寸在172.9℃增加更快，样品剧烈发泡膨胀；样品尺寸在203.4℃达到Z大点，说明样品这时发泡到达Z大；随着温度的继续增加，样品尺寸开始收缩，表明样品发泡结束，气泡开始破裂。

在整个过程中样品的得到的相关数据：

起始膨胀温度：153.0 ℃
加速膨胀温度：172.9 ℃
膨胀量Z大时温度：203.4 ℃
Z大绝对膨胀量：2788.5 μm
Z大膨胀百分比：4080%

单位质量膨胀量：2.145 mm/mg

注：Z大膨胀百分比=Z大膨胀量/样品初始长度×%

    单位质量膨胀量=Z大膨胀量/样品质量

TMA402 是一台测量发泡塑料热膨胀的非常好仪器。可以得到了膨胀倍率，发泡温度等关键参数。塑料粉末测试需要专用的容易，同时低熔点、会分解的样品在测试过程中可能会对推杆支架造成污染，因此测量时需借助大小坩埚粉末测量容器，减少对推杆的污染。此次测量过程中样品膨胀量非常大，需要取样品非常少，样品的平铺程度会导致样品质量和样品的初始长度不一定成比例，因此使用单位质量膨胀量更有参考意义。

作者

刘少博

耐驰仪器公司应用实验室