Inicio > Aprenda > Centro de conocimiento > Más allá de la densidad: Caracterización del contenido de celdas abiertas y cerradas en espumas rígidas

Más allá de la densidad: Caracterización del contenido de celdas abiertas y cerradas en espumas rígidas

2025-10-21Application Note

Resumen: Las espumas de etileno-acetato de vinilo (EVA) y polietileno expandido (EPE) se utilizan ampliamente en embalaje, aislamiento térmico y aplicaciones acústicas debido a sus favorables propiedades mecánicas y físicas.Además de las características visuales y estructurales, la proporción de celdas abiertas y cerradas dentro de la espuma influye significativamente en parámetros clave de rendimiento como la resistencia a la humedad, la conductividad térmica, el comportamiento de amortiguación y la atenuación del sonido.Esta nota de aplicación describe una metodología basada en picnometría de gas para cuantificar el contenido de celdas abiertas y cerradas en espumas EVA y EPE. La medición precisa de estos parámetros permite predecir de forma más fiable el rendimiento del material y facilita una selección adecuada de materiales según los requisitos de aplicación.

Palabras clave:Espuma rígida, contenido de celdas abiertas, contenido de celdas cerradas, picnómetro de gas, ASTM D6226, ISO 4590

Producto	BetterPyc 380
Industria	Materiales de construcción, químicos, polímeros y plásticos
Muestra	Espuma EVA, espuma EPE
Tipo de medición	Densidad
Tecnología de medición	Caracterización de polvos, método de desplazamiento de gas

Introducción

Las espumas rígidas se utilizan ampliamente en sectores como la construcción, la automoción, la industria aeroespacial y el embalaje, gracias a su estructura ligera y a sus versátiles propiedades de rendimiento. Aunque la densidad ha sido tradicionalmente el principal indicador para evaluar la calidad de las espumas, el análisis de la estructura celular proporciona una comprensión más completa de las propiedades funcionales del material.

En los materiales de espuma rígida, el contenido de celdas abiertas se refiere a poros interconectados que permiten el paso de gases y fluidos, mientras que el contenido de celdas cerradas corresponde a poros aislados, sellados respecto a la superficie, lo que reduce la permeabilidad. Las espumas de celdas abiertas suelen presentar mayor transpirabilidad y absorción de agua, mientras que las de celdas cerradas ofrecen mejor impermeabilidad y aislamiento.

La cuantificación precisa del contenido de celdas abiertas y cerradas es esencial para evaluar propiedades clave como la integridad mecánica, la eficiencia térmica y la durabilidad a largo plazo. Estas mediciones desempeñan un papel fundamental en el control de calidad, la optimización del diseño de materiales y la mejora de procesos, garantizando que la estructura de la espuma cumpla con los requisitos funcionales de su aplicación prevista.

Figure 1. Estructura del material de espuma rígida

Descripción del instrumento y de la muestra

Las mediciones se realizaron utilizando el picnómetro de gas BetterPyc 380, un instrumento de alta precisión diseñado para la determinación exacta de la densidad real y propiedades volumétricas relacionadas. El análisis se centró en cuantificar el contenido de celdas abiertas y cerradas en muestras de espuma EVA y EPE. Esto se logró integrando datos de volumen geométrico, masa y gravedad específica para calcular la proporción de celdas “abiertas” interconectadas frente a celdas “cerradas” selladas dentro de la estructura de la espuma.

BetterPyc 380 Foam sample a & b

Determinación del contenido de celdas abiertas

De acuerdo con las normas ASTM D6226 e ISO 4590, el picnómetro de gas proporciona un método consistente y eficiente para medir el contenido de celdas abiertas en espumas rígidas. El procedimiento de ensayo es el siguiente:

1. Cortar dos cubos de 2,5 cm³ a partir de la muestra de espuma utilizando una cuchilla y una regla. Medir el volumen geométrico con un calibrador vernier.

2. Colocar los dos cubos en el picnómetro de gas y medir el volumen de desplazamiento de la muestra (VSPEC).

3. Retirar los cubos de la cámara de muestra y dividir cada uno en ocho partes, obteniendo un total de 16 cubos más pequeños.

4. Colocar los 16 fragmentos en la cámara de muestra y medir el nuevo volumen de desplazamiento (VSPEC2).

El contenido de celdas abiertas (Ov) se calcula a partir de los volúmenes corregidos medidos antes y después de la subdivisión de la muestra:

donde:
V = volumen geométrico de la muestra original de espuma en forma de cubo
VSPEC = volumen de desplazamiento de la muestra correspondiente a los dos cubos intactos
VSPEC2 = volumen de desplazamiento de la muestra tras su subdivisión en 16 fragmentos más pequeños

La segmentación de las muestras de espuma en piezas más pequeñas ayuda a eliminar la interferencia del aire superficial y mejora la penetración del gas durante la medición. Este enfoque incrementa la precisión de los valores de volumen corregidos, lo que permite obtener cálculos más exactos del contenido de celdas abiertas.

Determinación del contenido de celdas cerradas

Cuando se conoce la gravedad específica (sg) del material sólido, el porcentaje de volumen ocupado por las paredes celulares (Wv) y por las celdas cerradas (Cv) puede calcularse de la siguiente manera:

donde:

m = masa de la muestra de espuma (g)
sg = gravedad específica del material sólido (g/cm³)
V = volumen geométrico de la muestra de espuma (cm³)

Estos cálculos permiten comprender la estructura interna de la espuma y evaluar la distribución de la densidad y la integridad de las celdas cerradas. La determinación precisa de Wv y Cv facilita la predicción del rendimiento en aplicaciones que requieren resistencia a la humedad, aislamiento térmico y durabilidad mecánica.

Análisis y comparación de datos experimentales

La Tabla 1 resume las condiciones de medición utilizadas durante el ensayo, mientras que la Tabla 2 presenta los parámetros físicos básicos de las muestras de espuma EVA y EPE —incluyendo volumen geométrico, masa y gravedad específica— que sirven como datos de entrada para el análisis posterior con el BetterPyc 380.

Tabla 1. Condiciones de medición

Parámetro	Valor	Parámetro	Valor
Temperature	25℃	Copa de muestra	100 mL
Tipo de gas	Nitrógeno	Equilibrio	0.01 psig/min
Ciclo de purga	10	Presión de purga	3 psig
Ciclo de análisis	3	Presión de análisis	3 psig

Table 2. Información de las muestras de espuma

Muestra	Volumen geométrico (cm³)	Masa (g)	Gravedad específica
Espuma EVA	30.9850	0.3820	0.92
Espuma EPE	52.4031	0.5115	0.95

Como se muestra en la Tabla 3, los contenidos de celdas abiertas y cerradas de las espumas EVA y EPE se determinaron mediante el método de desplazamiento de gas, una técnica eficiente y fiable para la caracterización de la estructura celular de las espumas. La espuma EPE presentó un contenido significativamente mayor de celdas abiertas (96,33 %) y un menor contenido de celdas cerradas (2,64 %) en comparación con la espuma EVA (88,42 % y 10,24 %, respectivamente), lo que indica que la EPE posee una estructura interna más porosa y permeable.

La cuantificación del contenido de celdas abiertas y cerradas en espumas EVA y EPE proporciona información valiosa sobre sus características funcionales. Los materiales con mayor contenido de celdas abiertas, como la EPE, suelen permitir un mayor flujo de aire, flexibilidad y absorción acústica. En cambio, los materiales con mayor contenido de celdas cerradas, como la EVA, ofrecen mejor estanqueidad, mayor resistencia mecánica y mejor aislamiento térmico. Estas diferencias estructurales influyen directamente en el rendimiento y la idoneidad de los materiales espumados para aplicaciones específicas.

Además, las bajas desviaciones estándar (≤ 0,08 %) observadas en todas las mediciones ponen de manifiesto la excelente repetibilidad y precisión del BetterPyc 380, confirmando su fiabilidad para la caracterización precisa de espumas.

Table 3. Resultados del contenido celular de las muestras de espuma

Muestra	N.º	Contenido de celdas abiertas (%)	Desviación estándar (%)	Contenido de celdas cerradas (%)	Desviación estándar (%)
Espuma EVA	1	88.35	0.06	10.32	0.06
	2	88.42		10.24
	3	88.50		10.16
	Promedio	88.42		10.24
Espuma EVA	1	96.44	0.08	2.53	0.08
	2	96.32		2.65
	3	96.23		2.74
	Average	96.33		2.64

Conclusión

Este estudio demuestra que el picnómetro de gas BetterPyc 380 proporciona un método fiable y estandarizado para caracterizar el contenido de celdas abiertas y cerradas en espumas rígidas, de acuerdo con las normas ASTM D6226 e ISO 4590. El análisis cuantitativo de las espumas EVA y EPE reveló diferencias estructurales claras: la EPE presenta predominantemente una estructura de celdas abiertas, mientras que la EVA mantiene un mayor contenido de celdas cerradas, lo que da lugar a ventajas de rendimiento diferenciadas.

Estas mediciones aportan información que va más allá de los parámetros convencionales de densidad, proporcionando una comprensión más profunda de la morfología de la espuma y de su influencia en propiedades funcionales como la permeabilidad, el aislamiento y la resistencia mecánica. La incorporación del análisis de celdas abiertas y cerradas en los procesos rutinarios de control de calidad e I+D permite a los fabricantes optimizar formulaciones, mejorar el rendimiento del producto y garantizar la consistencia entre lotes de producción.