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一、背景 

聚苯乙烯微球（PS微球）作為高分子科學的重要研究對象，因其獨特的物理化學性質，在生物化學、檢測、催化劑等多個領域展現出廣泛的應用潛力。聚苯乙烯微球的制備方法多樣，包括懸浮聚合、乳液聚合和分散聚合等，不同方法制得的微球在粒徑、均一性及表面性質等方面存在差異。這些差異不僅影響PS微球的分散性和吸附性，還可能對其力學性能，特別是抗壓性能產生顯著影響。

二、測試設備與方法 

為了深入探究PS微球的單顆粒抗壓性能，本文采用IEST元能科技的SPFT（單顆粒力學性能測試）設備進行測試。SPFT設備能夠高精度地控制位移和測量壓力，從而精確采集壓頭加載到單個顆粒上的壓力-位移曲線。另外，SPFT采用底部光學系統成像的方式，測試軟件中可同步記錄顆粒被壓縮、變形、壓潰的整個畫面。這一設備特別適用于評估材料顆粒層級的耐壓性和壓潰力，對于理解聚苯乙烯微球在壓縮過程中的行為至關重要。

圖1.  (左) SPFT設備；(右) 光學系統底視圖

本文選取6款粒徑D50在30μm左右的PS微球。測試過程遵循嚴格的標準化步驟：首先，通過乙醇分散制樣，確保顆粒的均勻分布；然后，利用光學顯微鏡定位單個分散顆粒；接著，配置實驗參數并執行壓縮測試；測試過程中，觀察并記錄顆粒在壓縮前后的形態變化。每個樣品通常測試5個以上的顆粒，以確保數據的可靠性和統計意義。

三、結果分析 

1、單顆粒壓縮曲線和形貌變化

圖2. 6款不同PS微球的單顆粒壓縮曲線

圖3. 6款不同PS微球的單顆粒壓縮過程動圖（上）及壓前壓后形貌（下）（節選）

2、壓潰力和抗壓強度對比

通過結果可以看出，每個樣品平行測試10次的曲線一致性都比較好。PS微球-01和-02的單顆粒整體壓潰力都遠大于另4款PS微球。

根據GB/T 43091-2023關于粉末抗壓強度測試方法的國家標準，可通過單顆粒的壓潰力和顆粒粒徑計算顆粒的抗壓強度，平均值的結果如表1所示。PS微球-01和-02的抗壓強度比其它4款PS微球高了近10倍。結合壓縮過程顆粒形貌變化的情況，可以說明不同款式的PS微球，其壓潰力和破碎行為存在顯著差異。

表1. 6款不同PS微球的單顆粒抗壓強度

一些微球（如-01和-02）具有極高的壓潰力，在壓縮過程中能夠保持相對完整的顆粒形態，即使受到較大的壓力，也只是突然崩裂，但崩裂后的碎片仍然能夠保持一定的結構完整性。這類微球通常具有緊密的內部結構和較高的剛性，使得它們在受到外力作用時能夠迅速響應并產生劇烈的形變，但不易完全破碎。這種特性使得它們在需要承受較大壓力而保持結構完整性的應用場景中具有潛在優勢。

相比之下，另一些微球（如-03到-06）的壓潰力則相對較小，它們在壓縮過程中會逐漸變形，并最終以雪花狀的方式碎掉，慢慢攤開在載玻片上。這類微球通常具有較為松散的內部結構和較好的韌性，能夠在一定程度上吸收和分散壓縮應力。然而，由于其內部結構較為脆弱，一旦受到外力作用，就容易發生破壞，形成雪花狀的碎片。這種特性使得它們在需要較好分散性和吸附性的應用場景中可能更具優勢。

3、力-位移曲線的特征

（1）前段曲線斜率：通過對比不同微球的壓潰點前的曲線變化和斜率特征，我們可以進一步分析它們的形變機制和力學性能。高壓潰力的微球通常具有較陡峭的壓縮曲線，表明其從彈性變形到破壞的過渡較快。而低壓潰力的微球則可能具有更為平緩的壓縮曲線，反映出其在壓縮過程中的逐漸變形和能量吸收。

（2）壓潰后的應力響應：從曲線上可以看出，高壓潰力的微球被壓潰后，隨著壓頭的持續下壓，其應力在較短的壓縮量變化時沒有明顯下降，很快就再上升了（壓頭連帶壓顆粒和基底）。而低壓潰力的微球被壓潰后，隨著壓頭的持續下壓，在較短的壓縮量變化時出現明顯下降和波動。這同樣說明高壓潰力的微球由于其內部結構的堅固性，崩裂后的碎片仍然能夠保持一定的結構完整性，使得應力水平不發生顯著衰減。

四、小結

綜上所述，通過IEST元能科技的SPFT設備對不同類型的聚苯乙烯微球進行單顆粒壓縮性能測試，不僅揭示了不同種類微球在抗壓性能上的顯著差異，還深入分析了其形變機制和破碎行為。這些發現不僅有助于我們更好地理解聚苯乙烯微球的力學性能，還為其在各個領域的應用提供了重要的參考依據。