Sunforce™——一种即使在高温下也能轻松保持其尺寸和强度的珠状泡沫材料
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介绍

在使用发泡聚苯乙烯（EPS）或发泡聚丙烯（EPP）进行设计时，您是否遇到过以下问题：“在高温环境下无法达到预期的尺寸和强度”？

本文以改性聚苯醚（mPPE）珠状泡沫“ Sunforce™ ”为例，从“设计角度”解释了如何评估泡沫的耐热性。

为什么泡沫材料的耐热性是一个设计问题？

泡沫材料在减轻重量和形状灵活性方面非常有用，发泡聚苯乙烯（EPS）和发泡聚丙烯（EPP）在许多领域都有应用。
另一方面，在高温环境下的应用和工艺中，由于尺寸不稳定或强度下降幅度超出预期，设计可能会失效。虽然这些问题通常归因于“耐热性不足”，但泡沫材料的耐热性不能仅用单一温度指标来评估。材料的性能会随着应力条件和工作环境的变化而发生显著变化。

下一章，我们将使用有效的指标来评价泡沫材料的耐热性，并整理不同条件如何影响材料性能。

如何评价泡沫材料的耐热性？

泡沫材料的耐热性能会因评价标准的不同而呈现不同的表现。本章将采用三种不同条件的评价指标，在基于本公司实施的测定实验数据，对选取的EPS及EPP样品以及mPPE系珠粒发泡材料的耐热行为进行比较。

（1）加热尺寸试验

加热尺寸变化试验是评价材料在无应力条件下尺寸稳定性的指标。
通过上表可知，EPS和EPP随着温度升高更容易发生尺寸变化，而mPPE珠状泡沫在相同测试条件下表现出三者中最小的尺寸变化，保持较为稳定的性能。

（2）热变形试验

HDT 是用于评价负载下热阻性能的指标。
当存在应力时，EPS和EPP材料的刚度往往会降低，即使在相对较低的温度下也会发生形变。另一方面，基于mPPE的珠状泡沫材料则表现出即使在负载下形变也受到抑制的特性。

（3）高温压缩试验

高温下的压缩应力保持率是评价高温条件下压缩应力下降程度的指标，材料刚度的差异在达到高温时会反映在每种材料行为的差异上。

为什么发泡聚苯乙烯（EPS）和发泡聚丙烯（EPP）在高温环境下存在设计局限性

上一章所示的评估结果差异源于构成每种泡沫的树脂的热性能。
EPS是一种玻璃化转变温度（Tg）约为100°C的材料。由于其刚度在该温度下发生变化，因此其在高温下的性能会因操作条件而异。
EPP的熔点高达约160°C，但其玻璃化转变温度（Tg）约为0°C。因此，虽然它在无载荷条件下表现出稳定的性能，但在载荷条件下，其刚度下降的现象会更加明显。
与这些材料相比，mPPE 基珠状泡沫具有更高的 Tg（转变时间），即使在高温下，其刚度变化也更为缓慢。
这种差异反映在前一章所示的评估结果的差异中。

典型玻璃化转变温度和熔点值（文献值）

Sunforce™是一种珠状泡沫材料，即使在高温环境下也能进行设计。

Sunforce™ 的关键特性在于它利用了 mPPE 基树脂的耐热性能，并将其制成珠状泡沫。尽管是泡沫材料，但它在尺寸稳定性和应力保持方面仍具有相当优秀的设计灵活性，即使在高温条件下也能保持稳定，这使其设计自由度优于注塑产品和块状材料。

此外，Sunforce™ 提供了一系列以 3.5 至 15 倍低膨胀比为中心的材料，使其成为在高温环境下需要刚度和结构完整性的应用中，既能减轻重量又能实现组件功能的材料。
这提供了一种新的材料选择方案，即使在以前人们认为“珠状泡沫不能在高温下使用”的情况下也是如此。

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可以利用耐热性的应用实例

（1）发动机油分离器绝缘材料

发动机部件在高温环境下会受到各种约束和压缩应力的影响。虽然人们希望通过使用泡沫材料来实现隔热和减轻重量，但高温下刚度的降低有时会成为设计难题。
Sunforce™ 是一种基于 mPPE 的珠状泡沫，在高温下刚度会逐渐变化，因此是发动机油分离器周围隔热应用的可行选择。

（2）碳纤维增强复合材料芯材

在碳纤维增强复合材料（CFRP）结构中，采用芯材的夹层结构被广泛用于同时实现轻量化和高刚度。然而，在成型过程或使用环境中，当温度较高时，芯材需要具备尺寸稳定性和形状保持性。
Sunforce™ 具有优异的性能，即使在高温条件下也不易发生尺寸变化和刚度降低。因此，将其用作碳纤维增强复合材料 (CFRP) 的芯材，有助于在高温成型工艺和使用过程中保持轻量化的同时，确保设计灵活性。

泡沫材料的耐热性会因评估条件的不同而有所差异。在高温高应力条件下，玻璃化转变温度对设计可行性至关重要。
我们希望本文能够促使人们重新思考高温环境下的泡沫材料设计。

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