Sunforce™－一種即使在高溫下也能輕鬆保持其尺寸和強度的珠狀泡棉材料
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介紹

在使用發泡聚苯乙烯（EPS）或發泡聚丙烯（EPP）進行設計時，您是否遇到以下問題：「在高溫環境下無法達到預期的尺寸和強度」？

本文以改質聚苯醚（mPPE）珠狀泡棉「Sunforce™」為例，從「設計角度」解釋如何評估泡棉的耐熱性。

為什麼泡沫材料的耐熱性是設計問題？

泡沫材料在減輕重量和形狀靈活性方面非常有用，發泡聚苯乙烯（EPS）和發泡聚丙烯（EPP）在許多領域都有應用。
另一方面，在高溫環境下的應用和製程中，由於尺寸不穩定或強度下降幅度超出預期，設計可能會失效。雖然這些問題通常歸因於“耐熱性不足”，但泡沫材料的耐熱性不能僅用單一溫度指標來評估。材料的性能會隨著應力條件和工作環境的變化而顯著變化。

下一章，我們將使用有效的指標來評估泡棉材料的耐熱性，並闡述不同條件如何影響材料的性能。

如何評價泡棉材料的耐熱性？

泡沫材料的耐熱性能會因評估標準的不同而呈現不同的表現。本章將採用三種評估指標，在不同條件下比較EPS、EPP和mPPE基珠粒泡棉材質的耐熱性。

（1）加熱尺寸試驗

加熱尺寸變化試驗是評估材料在無應力條件下尺寸穩定性的指標。
雖然 EPS 和 EPP 隨著溫度升高容易發生尺寸變化，但基於 mPPE 的珠狀泡棉即使在高溫下也表現出最小的尺寸變化，並保持穩定性能。

（2）熱變形試驗

HDT 是用來評估負載下熱阻性能的指標。
當存在應力時，EPS和EPP材料的剛度往往會降低，即使在相對較低的溫度下也會發生形變。另一方面，基於mPPE的珠狀泡沫材料則表現出即使在負載下形變也受到抑制的特性。

（3）高溫壓縮試驗

高溫下的壓縮應力保持率是評估高溫條件下壓縮應力下降程度的指標，材料剛度的差異在達到高溫時會反映在每種材料行為的差異。

為什麼發泡聚苯乙烯（EPS）和發泡聚丙烯（EPP）在高溫環境下有設計局限性

上一章所示的評估結果差異源自於構成每種泡棉的樹脂的熱性能。
EPS是一種玻璃化轉變溫度（Tg）約100°C的材料。由於其剛度在該溫度下發生變化，因此其在高溫下的性能會因操作條件而異。
EPP的熔點高達約160°C，但其玻璃化轉變溫度（Tg）約為0°C。因此，雖然它在無負載條件下表現出穩定的性能，但在負載條件下，其剛度下降的現象會更加明顯。
與這些材料相比，mPPE 基珠狀泡棉具有更高的 Tg（轉變時間），即使在高溫下，其剛度變化也更為緩慢。
這種差異反映在前一章所示的評估結果的差異。

典型玻璃化轉變溫度和熔點值（文獻值）

Sunforce™是一種珠狀泡棉材料，即使在高溫環境下也能進行設計。

Sunforce™ 的關鍵特性在於它利用了 mPPE 基樹脂的耐熱性能，並將其製成珠狀泡棉。儘管是泡沫材料，但它在尺寸穩定性和應力保持方面仍具有極佳的設計靈活性，即使在高溫條件下也能保持穩定，這使其設計自由度遠超注塑產品和塊狀材料。

此外，Sunforce™ 提供了一系列以 3.5 至 15 倍低膨脹比為中心的材料，使其成為在高溫環境下需要剛度和結構完整性的應用中，既能減輕重量又能實現組件功能的材料。
這提供了一種新的材料選擇方案，即使在以前人們認為「珠狀泡沫不能在高溫下使用」的情況下也是如此。

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可以利用耐熱性的應用實例

（1）引擎油分離器絕緣材料

引擎部件在高溫環境下會受到各種約束和壓縮應力的影響。雖然人們希望透過使用泡沫材料來實現隔熱和減輕重量，但高溫下剛度的降低有時會成為設計難題。
Sunforce™ 是一種基於 mPPE 的珠狀泡沫，在高溫下剛度會逐漸變化，因此是引擎油分離器周圍隔熱應用的可行選擇。

（2）碳纖維增強複合材料芯材

在碳纖維增強複合材料（CFRP）結構中，採用芯材的夾層結構被廣泛用於同時實現輕量化和高剛度。然而，在成型過程或使用環境中，當溫度較高時，芯材需要具備尺寸穩定性和形狀保持性。
Sunforce™ 具有優異的性能，即使在高溫條件下也不易發生尺寸變化和剛度降低。因此，將其用作碳纖維增強複合材料 (CFRP) 的芯材，有助於在高溫成型製程和使用過程中保持輕量化的同時，確保設計靈活性。

泡沫材料的耐熱性會因評估條件的不同而有所差異。在高溫高應力條件下，玻璃化轉變溫度對設計可行性至關重要。
我們希望這篇文章能促使人們重新思考高溫環境下的泡沫材料設計。

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