由罗杰斯公司发布
高弹体材料解决方案

自 20 世纪 60 年代以来,许多泡棉和海绵产品材料供应商都使用密度来帮助描述材料硬度。

但罗杰斯的材料专家认为,压缩反弹应力是一种更加准确的方法,可用于对 BISCO® 多孔硅胶和 PORON® 聚氨酯泡棉的硬度进行分类。

让我们回顾一下密度和硬度的基本知识、测量方法,以及为什么这两种特性对于选择高弹体材料相当重要。

密度

何谓材料密度?为什么这一特性很重要?

材料密度是用于测量单位体积的质量指标,也是决定泡棉是否适合特定应用的关键因素:

  • 高密度材料较重,非常适合需要耐久性和/或隔音的应用。但是,如果重量是关键因素,例如,在飞机设计中,重量会影响燃油消耗,则低密度材料可能是首选。高密度泡棉和固体可作为有效的隔音材料。
  • 低密度材料更轻,缓冲性能也更好,非常适合减重是关键考量因素的应用。但是,低密度材料可能无法提供与高密度材料相同水平的耐久性或隔音功效。低密度泡棉具有出色的吸音效果。

密度与硬度的直观描述

高密度泡棉与低密度泡棉的对比总结

高密度泡棉:
  • 更重、更经久耐用
  • 隔音和结构支撑的理想之选
  • 常用于汽车隔音或工业用垫圈
低密度泡棉:
  • 更轻、更好的缓冲性能
  • 是飞机设计等重量敏感型应用的理想之选
  • 出色的吸音效果

如何测量泡棉和海绵材料的密度?

泡棉和海绵材料的密度通常以磅/立方英尺 (PCF) 或千克/立方米 (Kg/m³) 为单位测量。先测量材料的重量,再用测得的重量除以材料体积,即可算出密度。

例如,BISCO 材料密度的算法如下:

用来描述密度和硬度测量方法的正方形

  1. 使用经过校准的尺子从一块材料中切割出 6 英寸 x 6 英寸的样品。
  2. 使用跌落计(不会对材料表面施加压力)测量材料厚度。如上图所示,使用 1 英寸的测量头测量样品的五个点、四个角和中心。
  3. 在校准过的秤上称量样品。
  4. 使用以下公式计算材料密度,以获得 PCF 值:

以磅/立方英尺 (PCF) 为单位的密度公式

硬度

什么是材料硬度?为什么这一特性很重要?

材料硬度是指泡棉或海绵在受力压缩时会如何变化。这是一个需要考量的关键因素,以在应用中实现最佳性能。

硬度决定了泡棉是否能够:

  • 在压力下保持密封。
  • 防止金属或塑料等周边材料发生形变。
  • 根据应用提供缓冲或结构完整性。

材料硬度可分为从超软到特硬等多个等级。

  • 过硬的材料可能导致金属或塑料形变。
  • 过软的材料可能无法提供有效的密封性能来防止灰尘或液体进入。

硬度等级

如果材料太硬,部件可能会因产生过大的力而发生应变,导致部件翘曲和扭曲(如果是金属部件)或破裂(如果是塑料部件)。如果作用力太小,则可能无法产生所需的密封或填隙作用,致命灰尘和液体有间隙进入。

如何测量硬度?

泡棉硬度的测量方法如下:在两块板之间挤压一块直径为 1 英寸的泡棉,记下用多大的压力(应力)会导致泡棉压缩以及压缩比例是多少(应变)。然后可以用获得的数据来创建应力与应变对比曲线。大多数材料都根据泡棉压缩 25% 所需的压力来评定硬度等级。在同样压缩 25% 的条件下,所需压力更小的泡棉比所需压力更大的泡棉更为柔软。BISCO 硅胶和 PORON 聚氨酯分别使用 ASTM D1056 和 ASTM D3574 作为测试方法。

哪种材料硬度适合我的应用?

选择合适的材料硬度取决于垫圈设计和环境暴露等因素。应用暴露于灰尘和液体的程度和强度如何?

以下快速指南可帮助您选择适合的材料硬度:

软泡棉
  • 是防尘密封和低闭合力应用的理想之选。
  • 适用于需要泡棉来填充小间隙或空隙的不规则表面。
硬泡棉
  • 非常适用于防止液体渗入垫圈或密封件。
  • 为高压应用提供增强的密封和耐久性。

如果拿不准,可以先使用中等硬度泡棉,这种泡棉通常在密封性能和极低配合面应力之间达到平衡。

详述:

软质材料的兼容性更高,是需要低闭合力和防尘密封应用的理想之选。软质材料在表面可能不规则的情况下也能起到很好的效果,因为它们可以填充空隙和小间隙。

硬质材料可提供更强效的密封性能,因为这种材料的两个表面都有额外的作用力。这样可以防止任何灰尘或液体围绕垫圈和基板材料的配合面流动。

如果您不确定是软质材料还是硬质材料的效果更好,我们建议您先尝试使用中等硬度的材料。如果不清楚硬度要求,通常应先尝试使用中等硬度的材料,因为这种材料具有良好的密封性能,而且不会对配合面产生过大的应力。从本质上说,中等硬度材料做到了两全其美。

多孔材料的硬度与密度

硬度和密度是否彼此相关?

一个常见误解是,当多孔材料的硬度增加,其密度也会增大。

然而,泡棉或海绵的硬度和密度并不一定彼此相关,因为低密度材料有可能是硬质的,而高密度材料也有可能是软质的。

密度和硬度彼此独立,因此,在为应用选择泡棉或海绵时必须分别评估这两种特性。

产品的硬度通常与特定配方或制造工艺更加相关,这使得公司可以自行降低或增加密度和压缩力。

如何查明材料的硬度或密度?

查明材料硬度和密度的最佳方法是查看材料的技术数据资料表。数据资料表应会列出密度和硬度。

对于罗杰斯的材料,请访问材料的产品页面,在“下载”>“数据资料表”区块查看所需的信息。

例如,BISCO® BF-1000 技术数据资料表如下所示:

BISCO 数据资料表的数值 

可帮助您选择合适泡棉的工具

我们的网站提供各种工具,以帮助您确定哪个产品系列最适合您的独特应用。

要点

  • 密度用于测量单位体积的质量,会影响耐久性、重量和声学特性。
  • 硬度表明泡棉在作用力下会如何压缩,这一特性对于密封和结构完整性至关重要。
  • 密度和硬度是独立的特性,必须分别评估。
  • 务必咨询罗杰斯的销售工程师,获取选择最佳材料的相关指导。

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发布于 2025 年 1 月 17 日

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