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與傳統(tǒng)注塑制品相比乐疆，微孔發(fā)泡注塑制品具有質(zhì)量更輕划乖、翹曲和內(nèi)部殘余應(yīng)力更少、尺寸穩(wěn)定性好挤土、成型周期短等一系列優(yōu)點(diǎn)琴庵。目前，欠注發(fā)泡成型是微孔注塑技術(shù)中應(yīng)用為廣泛的工藝之一，具有操作簡單迷殿、效率高儿礼、能夠生產(chǎn)復(fù)雜制件，且能耗少庆寺，符合節(jié)約材料蚊夫，降低成本這一發(fā)展理念，滿足發(fā)泡產(chǎn)品市場(chǎng)化的需求懦尝。然而知纷，欠注發(fā)泡成型工藝也存在發(fā)泡制品內(nèi)部泡孔易發(fā)生大量變形，泡孔尺寸分布不均勻陵霉，所得制品表面存在大量的氣痕琅轧、銀紋等缺陷，制約了其力學(xué)性能的提高和外觀視覺踊挠，阻礙了欠注發(fā)泡制品的進(jìn)一步應(yīng)用乍桂。家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心的何力團(tuán)隊(duì)采用自主研發(fā)的氣體反壓裝置，利用化學(xué)欠注發(fā)泡工藝研究氣體反壓（GCP）對(duì)微孔注塑過程中發(fā)泡行為的影響止毕。研究發(fā)現(xiàn)模蜡，采用氣體反壓可以減少發(fā)泡注塑制品的泡孔變形以及不均勻等缺點(diǎn)，改善了泡孔的形態(tài)扁凛。丙烯微孔發(fā)泡實(shí)驗(yàn)方法將PP忍疾、發(fā)泡劑(AC)、發(fā)泡助劑[Zn(St)2／ZnO]按照98.5∶1∶0.5的比例混合均勻后加入料筒中進(jìn)行塑化谨朝。然后打開氣體反壓裝置卤妒，在型腔中分別注入固定的GCP為0，0.2字币，0.4则披，0.6，0.8?MPa的氣體洗出，隨后按照表1的工藝參數(shù)注射熔融樹脂進(jìn)行發(fā)泡士复，冷卻后，取出PP發(fā)泡樣品翩活。GCP對(duì)充模過程中熔體壓力的影響熔體注射完后阱洪，熔體壓力瞬間達(dá)到大值。隨著GCP從0增加至0.8?MPa菠镇，熔體內(nèi)部大壓力從1.55?MPa增大到2.16?MPa冗荸，注射完成后，隨著氣體的排出利耍，熔體壓力瞬間下降蚌本，隨著冷卻收縮盔粹，熔體壓力逐漸趨于0?MPa。由此可知程癌，GCP可以明顯地提高熔體充模過程中的熔體壓力舷嗡，改善欠注發(fā)泡過程中的熔體壓力環(huán)境。CP對(duì)泡孔質(zhì)量的影響在沒有施加氣體反壓時(shí)嵌莉，由于熔體流動(dòng)速率遠(yuǎn)大于泡孔的膨脹速率咬崔，泡孔發(fā)生流動(dòng)剪切變形，導(dǎo)致末端位置的泡孔在皮層區(qū)域受到剪切作用時(shí)間和作用力較大烦秩，在流動(dòng)方向上出現(xiàn)很大的變形，泡孔發(fā)生撕裂合并現(xiàn)象郎仆，泡孔形貌極不規(guī)則只祠，而中間區(qū)域的泡孔形態(tài)受到剪切力較小，呈現(xiàn)規(guī)整圓形形態(tài)扰肌。同時(shí)發(fā)現(xiàn)抛寝，隨著GCP的增大，皮層附近撕裂變形的泡孔區(qū)域變小曙旭，熔體內(nèi)部芯層泡孔從橢圓形向規(guī)整圓形形態(tài)轉(zhuǎn)變盗舰，規(guī)則泡孔區(qū)域所占比例增大，泡孔之間呈現(xiàn)獨(dú)立分布桂躏。當(dāng)GCP達(dá)到0.8?MPa時(shí)钻趋，皮層附近泡孔呈現(xiàn)出相對(duì)較好的圓形形態(tài)，此時(shí)整體泡孔的變形較小剂习。是因?yàn)镚CP可以有效地降低泡孔在充模過程中受到的流動(dòng)剪切作用蛮位，GCP值越大，泡孔在遷移過程中受到熔體壓力越大鳞绕，泡孔受到熔體的約束力大失仁，泡孔不易發(fā)生變形。GCP對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響CP對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響如下圖所示们何√呀梗可知，在常壓下泡孔的非變形層(也就是規(guī)則泡孔區(qū))厚度僅占整個(gè)樣品厚度的10.9%冤竹；隨著GCP的增大拂封，泡孔的非變形層所占比例逐漸升高，GCP為0.8 MPa時(shí)贴见，升高至26.7%烘苹。而泡孔變形層區(qū)域厚度所占比例隨著GCP的增大而大幅度下降，從63.7%下降到45.4%片部，這說明GCP可以減小泡孔變形層镣衡，增大規(guī)則泡孔區(qū)域范圍霜定。對(duì)變形層的泡孔變形度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如下圖所示廊鸥，泡孔的平均長度隨著GCP的增加望浩，整體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，泡孔的平均寬度隨著GCP的增加而逐漸增大惰说，泡孔的變形度隨GCP的增大而減小磨德，由常壓下0.530的泡孔變形度降低到GCP為0.8?MPa下的0.304泡孔變形度，即GCP可以減小泡孔長度與寬度的差距吆视，使變形區(qū)的泡孔變形程度減小典挑。對(duì)不同GCP下泡孔非變形層的泡孔直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見圖c啦吧，隨著GCP的增加您觉，當(dāng)GCP為0.2?MPa時(shí)泡孔直徑略有減小，但隨著GCP的進(jìn)一步增大授滓，泡孔直徑從36.09?μm增大到41.93?μm琳水。這是因?yàn)镚CP的增大使得熔體的壓力也隨之增大，使得泡孔的成核臨界能壘升高般堆，泡孔的成核速率下降在孝，泡孔在充模過程中受到流動(dòng)場(chǎng)的影響減弱，更多的氣體在卸壓階段促進(jìn)泡孔的生長淮摔，因此熔體壓力越大私沮，泡孔直徑越大。

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編者按：目前和橙，塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右顾彰，在國外汽車上達(dá)到了15%至20%。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%胃碾，廣泛應(yīng)用于儀表板涨享、電機(jī)支架、座位板仆百、空調(diào)風(fēng)罩厕隧、門嵌飾板等內(nèi)外飾。本文作者從專利角度對(duì)微孔發(fā)泡技術(shù)的重點(diǎn)申請(qǐng)人進(jìn)行分析俄周，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考吁讨。標(biāo)題：微孔發(fā)泡技術(shù)讓汽車駛向輕量化丙烯微孔發(fā)泡汽車非金屬部件的輕量化領(lǐng)域，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競相研究的主要課題之一峦朗。目前建丧，塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右，在國外汽車上達(dá)到了15%至20%波势。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%翎朱，廣泛應(yīng)用于儀表板橄维、電機(jī)支架、座位板拴曲、空調(diào)風(fēng)罩争舞、門嵌飾板等內(nèi)外飾。該技術(shù)在20世紀(jì)80年代初被麻省理工學(xué)院提出澈灼，通常指孔徑小于10μm竞川、泡孔密度大于109個(gè)/cm3的發(fā)泡材料，這種材料的孔密度非常高且為封閉泡孔叁熔，相對(duì)于其他發(fā)泡材料具有更好的剛性委乌，在汽車零件等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文中荣回，筆者將從專利角度對(duì)微孔發(fā)泡技術(shù)的重點(diǎn)申請(qǐng)人進(jìn)行分析福澡，以期為行業(yè)企業(yè)提供參考。外注重工藝技術(shù)保護(hù)筆者通過專利數(shù)據(jù)庫檢索后發(fā)現(xiàn)驹马，截至目前，全球共有4000多件與微孔發(fā)泡相關(guān)的專利申請(qǐng)除秀，其中國外有1700余件糯累，美國、日本册踩、德國三國的相關(guān)專利申請(qǐng)量居前三位泳姐；國內(nèi)相關(guān)專利申請(qǐng)有2400多件，其中企業(yè)占1556件暂吉，其次是科研院所胖秒，從申請(qǐng)人分布地區(qū)來看，廣東慕的、江蘇阎肝、浙江等地的專利申請(qǐng)量較高。Trexel公司的MuCell技術(shù)是目前為成熟肮街、商品化為廣泛的微孔發(fā)泡技術(shù)风题，該技術(shù)來源于麻省理工學(xué)院在20世紀(jì)80年代提出的發(fā)明專利。Trexel公司在1995年通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓獲得這項(xiàng)技術(shù)的全球開發(fā)和商品化推廣嫉父，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出連續(xù)微孔成型技術(shù)--MuCell沛硅。MuCell技術(shù)的核心即采用超臨界流體為發(fā)泡劑，發(fā)泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔绕辖，通過壓力控制氣泡的生長使樹脂形成泡孔均勻的微孔結(jié)構(gòu)摇肌。后來，Trexel公司基于MuCell技術(shù)提交相關(guān)專利申請(qǐng)共有33件仪际，涉及微孔發(fā)泡工藝以及發(fā)泡設(shè)備結(jié)構(gòu)的研發(fā)围小，旨在提高超臨界流體在聚合物中的溶解性以及控制超臨界流體的流量昵骤。為提高發(fā)泡劑超臨界流體的溶解性，Trexel公司通過加入液壓系統(tǒng)吩抓、設(shè)置旋轉(zhuǎn)擠壓系統(tǒng)以及在加熱工作缸內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)的螺旋件等方法改進(jìn)涉茧；在超臨界流體計(jì)量控制上，Trexel公司給出了在入口閥和出口閥之間設(shè)置儲(chǔ)料缸控制發(fā)泡劑計(jì)量疹娶、螺桿上添加超臨界流體的計(jì)量泵等解決手段伴栓。基于MuCell工藝的加工成本可降低10%至20%雨饺，減少材料消耗并縮短成型周期钳垮，成為汽車輕量化的優(yōu)良解決方案。Demag Ergotech公司在微孔發(fā)泡技術(shù)方面也申請(qǐng)了較多專利额港，其早的相關(guān)專利申請(qǐng)是在1995年饺窿，申請(qǐng)的25件相關(guān)專利均為螺桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的技術(shù)改進(jìn)，其專利的商品化產(chǎn)品為Ergocell微孔發(fā)泡技術(shù)移斩。該技術(shù)的核心是設(shè)置了氣體計(jì)量與混合模塊肚医，使熔體/氣體混合物的均化過程獨(dú)立于塑化過程，獲得的制品具有較低的內(nèi)應(yīng)力向瓷，消除了翹曲和縮痕肠套，較適用于汽車內(nèi)飾。阿博格公司是全球領(lǐng)先的注塑機(jī)制造商猖任，其在2015年公開了Profoam發(fā)泡技術(shù)你稚，該技術(shù)工藝簡單，采用液體發(fā)泡劑朱躺，通過密封螺桿加料段來使料斗和塑化裝置之間形成壓力腔刁赖，從而使發(fā)泡劑在壓力下引入。該技術(shù)主要適用于纖維增強(qiáng)發(fā)泡材料长搀，制得的發(fā)泡塑件多能減重30%宇弛。阿博格公司的專利申請(qǐng)量不多，主要涉及注塑機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)源请，其中具有顆粒鎖結(jié)構(gòu)的注塑機(jī)是Profoam發(fā)泡工藝的關(guān)鍵技術(shù)涯肩。筆者認(rèn)為，Trexel巢钓、Demag Ergotech等國外企業(yè)掌握了微孔發(fā)泡工藝的核心技術(shù)病苗，國內(nèi)企業(yè)在使用相關(guān)技術(shù)時(shí)必然面臨較高的專利許可費(fèi)用。國內(nèi)注重原料技術(shù)研發(fā)在國內(nèi)專利申請(qǐng)人中症汹，南京聚隆科技股份有限公司（下稱聚隆科技）和會(huì)通新材料股份有限公司（下稱會(huì)通新材料）的相關(guān)專利申請(qǐng)量多硫朦，這兩個(gè)申請(qǐng)人都是以微孔發(fā)泡材料的原料研發(fā)為主，涉及的技術(shù)均為通過原料選擇來提高發(fā)泡材料的熔體強(qiáng)度和流動(dòng)性背镇，以獲得泡孔均勻咬展、外觀優(yōu)良的微孔發(fā)泡產(chǎn)品泽裳。

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發(fā)泡材料品種眾多，大多數(shù)熱塑性塑料和熱固性塑料都能加工成發(fā)泡材料破婆。熱塑性塑料發(fā)泡材料是指以高分子聚合物(塑料涮总、橡膠、彈性體)為基礎(chǔ)而其內(nèi)部具有無數(shù)氣泡的微孔材料祷舀，也可以視為以氣體為填料的復(fù)合材料瀑梗。下面介紹熱塑性塑料發(fā)泡材料的四大成型工藝。一裳扯、模壓成型聚丙烯微孔發(fā)泡模壓成型屬于較早的發(fā)泡工藝類型抛丽，所以對(duì)模壓發(fā)泡并沒有規(guī)范的縮寫命名。直到近年來聚丙烯模壓發(fā)泡材料涌現(xiàn)出來后饰豺，被冠以“M”亿鲜，定義為“MPP”。近年來涌現(xiàn)出MPP冤吨，幾乎是我國獨(dú)創(chuàng)的一種發(fā)泡PP蒿柳。其制造工藝是以壓機(jī)做為發(fā)泡的關(guān)鍵設(shè)備，原理上與傳統(tǒng)的模壓發(fā)泡沒有本質(zhì)的不同漩蟆，關(guān)鍵的區(qū)別在于發(fā)泡劑不是傳統(tǒng)的AC化學(xué)發(fā)泡劑垒探，而是采用超臨界CO2，因而發(fā)泡倍率可以高達(dá)20多倍爆安，且非常環(huán)保。具體的制造方法是仔引，先采用混煉扔仓、壓延、擠出等各類加工工藝將PP 制成不同厚度的薄板咖耘，然后將這些薄板剪裁好放置在大型壓機(jī)中的模具中翘簇，合上模具。加熱壓機(jī)的上下模板儿倒，將PP板材的溫度上升至PP的熔點(diǎn)附近版保，與此同時(shí)從不同方位向模具中注入超臨界CO2，在充分浸漬PP板材后夫否，將PP板材的溫度降至適于發(fā)泡的溫度彻犁，迅速釋放壓機(jī)的壓力，讓PP板材充分發(fā)泡并降溫凰慈，即得到MPP發(fā)泡板材汞幢。MPP產(chǎn)品的制造以及制品的優(yōu)點(diǎn)在于：在固體形態(tài)下浸漬;對(duì)PP熔體強(qiáng)度要求較低;發(fā)泡過程易于控制;產(chǎn)品泡孔精細(xì)、均勻;材料力學(xué)性能優(yōu);超臨界CO2較為環(huán)保且不會(huì)燃燒微谓。但不足點(diǎn)也是比較明確的森篷，如：浸漬速度慢;必須經(jīng)歷制成薄板的預(yù)加工工藝過程;受聚丙烯結(jié)晶度的影響很大;靠壓機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)输钩，不僅不連續(xù)，且效率較低仲智，難以大規(guī)模工業(yè)化;應(yīng)用領(lǐng)域不十分明確;在發(fā)泡PP中屬于制造成本較高的工藝买乃。二、可發(fā)性珠粒模塑成型可發(fā)性珠粒模塑成型工藝钓辆，即在高壓釜中剪验，在一定時(shí)間內(nèi)，通過高壓將物理發(fā)泡劑在預(yù)定溫度下浸漬進(jìn)入基體樹脂的細(xì)小粒料之中岩馍，然后冷卻體系溫度至室溫碉咆，即得到可發(fā)性珠粒。使用時(shí)蛀恩，先在一定的發(fā)泡溫度下疫铜，利用水蒸氣或熱空氣使可發(fā)性珠粒預(yù)發(fā)泡一下，得到綠豆大小預(yù)發(fā)泡的可發(fā)性珠粒双谆。在制備制品時(shí)壳咕，將預(yù)發(fā)泡的可發(fā)性珠粒放入模具中加熱、減壓顽馋，使預(yù)發(fā)泡的可發(fā)性塑料珠粒進(jìn)一步膨脹并相融合谓厘，形成預(yù)定形狀的發(fā)泡材料，即稱為可發(fā)性珠粒模塑成型寸谜。由于都是采用物理發(fā)泡劑竟稳，因而發(fā)泡倍率較大。三熊痴、擠出發(fā)泡成型將塑料與發(fā)泡劑(物理或化學(xué))分別加入擠出機(jī)的不同位置他爸，高壓下在擠出機(jī)中熔融形成均勻的溶液，然后在口模處突然泄壓果善、發(fā)泡诊笤、冷卻，制成板材巾陕、片材甚至管材等讨跟。在擠出發(fā)泡過程中，發(fā)泡劑在高壓狀況下必須與塑料形成均勻的溶液鄙煤，并在口模處瞬間泄壓晾匠、發(fā)泡、冷卻梯刚、形成發(fā)泡材料混聊，不可能借助固相或者結(jié)晶的約束力，故而對(duì)塑料的熔體強(qiáng)度要求很高，特別需要熔體在拉伸過程中具有較強(qiáng)的應(yīng)變硬化的性能句喜，因此發(fā)泡難度較大预愤。四、注塑發(fā)泡成型注塑發(fā)泡材料是發(fā)展相對(duì)較晚的一種發(fā)泡材料咳胃，主要因?yàn)閭鹘y(tǒng)注塑工藝與發(fā)泡必備條件之間存在矛盾植康。當(dāng)今的注塑發(fā)泡材料僅限于發(fā)泡倍率很低的制品，甚至于發(fā)泡并非是主要目的展懈，而僅僅為了減小注塑制品的收縮率與變形销睁，特別是在托盤，支架等大型制品的注塑中存崖。聚賽龍公司通過配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)冻记、精準(zhǔn)的加工工藝、特殊的螺桿組合及配混工藝研制的可微發(fā)泡改性PA6區(qū)別于普通可微發(fā)泡改性PA材来惧，使其在高表面要求冗栗、發(fā)泡效率及穩(wěn)定性上具備優(yōu)勢(shì)，使其能夠滿足大型微發(fā)泡汽車注塑件供搀。

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塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右隅居，在國外汽車上達(dá)到了15%至20%。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%葛虐，廣泛應(yīng)用于儀表板胎源、電機(jī)支架、座位板屿脐、空調(diào)風(fēng)罩涕蚤、門嵌飾板等內(nèi)外飾。聚丙烯使用量占比塑料部件50%以上的诵。讓汽車用上更多的塑料部件万栅，還有很多功課可以開展。全球微孔發(fā)泡相關(guān)的專利申請(qǐng)奢驯，前三位為：美國申钩、日本次绘、德國瘪阁。Trexel公司的MuCell技術(shù)是目前為成熟、商品化為廣泛的微孔發(fā)泡技術(shù)邮偎，該技術(shù)來源于麻省理工學(xué)院在20世紀(jì)80年代提出的發(fā)明專利管跺。Trexel公司在1995年通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓獲得這項(xiàng)技術(shù)的全球開發(fā)和商品化推廣，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出連續(xù)微孔成型技術(shù)--MuCell禾进。MuCell技術(shù)的核心即采用超臨界流體為發(fā)泡劑豁跑，發(fā)泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔，通過壓力控制氣泡的生長使樹脂形成泡孔均勻的微孔結(jié)構(gòu)泻云。聚丙烯微孔發(fā)泡微孔發(fā)泡技術(shù)讓汽車駛向輕量化——在汽車非金屬部件的輕量化領(lǐng)域艇拍，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競相研究的主要課題之一狐蜕。2018年，中石化就將聚丙烯微孔發(fā)泡材料應(yīng)用技術(shù)開發(fā)列為重點(diǎn)課題卸夕。國內(nèi)微孔發(fā)泡材料注重原料技術(shù)研發(fā)层释。在高校方面，北京化工大學(xué)在微孔發(fā)泡工藝的專利申請(qǐng)量上占有主要地位快集，主要發(fā)明人為楊衛(wèi)民課題組和何亞東課題組贡羔。楊衛(wèi)民課題組的研究方向主要是微孔發(fā)泡專用注射機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在專利申請(qǐng)方向上側(cè)重于改進(jìn)螺桿結(jié)構(gòu)和設(shè)置滲透釜來獲得聚合物熔體/超臨界氣體均相體系个初。近期乖寒，華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授領(lǐng)銜的“高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過程的優(yōu)化和強(qiáng)化”項(xiàng)目斬獲上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。北京化工大學(xué)教授院溺、教育部“長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授楊衛(wèi)民楣嘁，華東理工大學(xué)化工學(xué)院院長、聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所所長覆获、教育部“長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授趙玲马澈，兩位教授將出席“2020中國聚烯烴大會(huì)”，并介紹聚烯烴發(fā)泡技術(shù)與材料開發(fā)弄息。國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排發(fā)展趨勢(shì)愈加顯著痊班，對(duì)汽車輕量化提出了更高要求。特別是在車市持續(xù)萎靡摹量、新能源汽車競爭愈發(fā)激烈的情況下涤伐，輕量化成為汽車產(chǎn)業(yè)從困境中突圍的重要方向。整車廠缨称、改性塑料企業(yè)都在加大輕量化材料領(lǐng)域的布局凝果。汽車輕量化要求更高，對(duì)聚丙烯微孔發(fā)泡材料的需求正在進(jìn)一步放大睦尽！在這個(gè)領(lǐng)域有哪些新的進(jìn)展和要求器净？有哪些新的技術(shù)研發(fā)？趙玲教授將在“2020中國聚烯烴大會(huì)”開講当凡。