一但空心玻璃微珠破碎,它们平均密度将接近玻璃球壳自身的密度,如果 100%微球破碎,密度将达到玻璃本体的密度,2.54g/cm³。为了确定 HGMs 的破坏程度,需要将 HGMs 从基质树脂中提取出来,可以通过把制品进行高温(例如 550℃,8小时)处理除去塑料相,剩余的无机灰分仅由 HGMs 组成,其真密度可使用气体比重计计算。通过公式(2.2)可以用来确定 HGMs的体积破碎率;

公式(2.2)
式中:
dtrue HGM input = HGMs加入基体前的真密度;
dtrue HGM residue = HGMs加入基体后并高温处理后的灰分中HGMs的真密度;
dtrue glass(2.54) = 玻璃本体的真密度2.54g/cm³
示例:如果聚合物中添加的 HGMs 密度为 0.46g/cm³,高温处理过程后残余灰分的密度为 0.52g/cm³,HGMs 在经历挤出过程后的体积破损率是多少?
解答:应用公式 2.2,

如果配方中除了 HGMs 还有其他无机添加剂(如玻璃纤维),塑料制品高温处理后的灰分也包括这些无机添加剂。在这种情况下,残余灰分的密度(ρglass fiber & bubble mix)可以用气体比重计测得。在确定气体无机添加剂密度后(例如,玻璃纤维为 2.5g/cm³,CaCO3 为 2.68g/cm³,可以用气体比重计测得),残余 HGMs的密度(ρ HGM in residue)可以用公式 2.3 计算,再通过公式 2.2 即可算出体积破损率。

(2.3)
式中:
Wf other filler = 其它填料的质量分数;
ρ other filler =其它填料的密度;
Wf HGM = 配方中HGMs的质量分数(用小数表示,比如10%,记为0.1);
ρ HGM in residue = HGMs加入基体后并高温处理后的灰分中HGMs的真密度
示例:聚合物中添加 10wt%HGMs(密度为 0.46g/cm3)和 20wt%玻璃纤维(密度为 2.5g/cm³),高温处理过程后残余灰分的密度测得 1.38g/cm³,HGMs 在复合过程中的体积破损率是多少?
解答:聚合物中含有 10wt%HGMs 和 20wt%玻璃纤维,则灰分中含有33.3wt%HGMs 和 66.7wt%玻璃纤维,通过公式 2.3,

计算得到 ρHGM in residue =0.727g/cm³,则

如果 HGMs 不能有效提取出来,则可以通过测量最终制品的密度,利用公式 2.4 计算 HGMs 的体积破损率;

(2.4)
其中,
ρHGM 为添加 HGMs 的密度,g/cm³;
ρ1 为理论密度,g/cm³(无微球破损时复合材料密度);
ρ2 为实际密度,g/cm³(微球破损后实际制品密度);
Wf-HGM 为 HGMs 的质量百分比(按小数计数)。
示例:90wt%的聚酯树脂(1.04g/cm³)和 10wt%HGMs(0.2g/cm³)进行复合,成型后的密度测得 0.78g/cm³,成型过程中 HGMs 的破损率是多少?
解答:假设成型过程中 HGMs 不破损,理论密度为:

但是复合材料实际密度为0.78g/cm³,因此HGMs体积破损率为:

需要注意的是,在许多成型过程中,可能会有大量的空气与 HGMs 一起混入聚合物基体中,这种情况下得到的密度会低于理论密度。因此,部分 HGMs 破碎引起的密度的增加可能被空气的引入掩盖。
以上内容节选自《空心玻璃微珠在塑料、弹性体和胶黏剂中的应用》 ISBN 978-7-122-50093-9, 化学工业出版社 2026年5月版