開拓創(chuàng)新幻赚，聚焦發(fā)泡材料綠色制備新技術(shù)

隨著新能源等行業(yè)的快速發(fā)展禀忆，發(fā)泡材料得到大規(guī)模應(yīng)用，因其具有的優(yōu)異機(jī)械性能和無毒（低毒）落恼、絕熱箩退、隔音、絕緣佳谦、緩沖戴涝、輕量化等性能，在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用更是帶來了行業(yè)發(fā)展的新契機(jī)。隨著國民對于環(huán)保啥刻、綠色奸鸯、安全、舒適要求愈加苛刻可帽，對環(huán)境友好型的發(fā)泡技術(shù)和具備可阻燃娄涩、可（完全）降解、可導(dǎo)電等新型發(fā)泡材料受到追捧映跟，成為國內(nèi)外研究人員的研究熱點(diǎn)蓄拣。

由華東理工大學(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)目斬獲科技進(jìn)步獎一等獎，開發(fā)的聚丙烯發(fā)泡專用料打破了國外公司的壟斷努隙，聚丙烯微孔發(fā)泡材料不斷地在新興領(lǐng)域成功應(yīng)用球恤，包括新能源汽車動力電池墊片等等，引領(lǐng)了高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料的綠色制造和高端應(yīng)用荸镊。發(fā)泡材料具有什么優(yōu)點(diǎn)

發(fā)泡材料具有較好防震緩沖碎捺、隔音、隔熱保溫以及阻燃防爆等特性贷洲，其在汽車領(lǐng)域主要用于汽車車載空調(diào)用隔熱泡沫管材、汽車減震晋柱、新能源汽車電池用發(fā)泡硅膠密封墊圈等优构。

目前大多數(shù)汽車內(nèi)飾材料，如地板雁竞、頂棚钦椭、方向盤、汽車座椅等均為聚氨酯類泡沫材料碑诉，這種材料耐候性能較差彪腔，易燃且燃燒過程中釋放大量對人體有害的有毒氣體。

隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排發(fā)展趨勢愈加顯著进栽，對汽車輕量化提出了更高要求德挣。特別是在車市持續(xù)萎靡、新能源汽車競爭愈發(fā)激烈的情況下快毛，輕量化成為汽車產(chǎn)業(yè)從困境中突圍的重要方向格嗅。整車廠、改性塑料企業(yè)都在加大輕量化材料領(lǐng)域的布局唠帝。

發(fā)泡材料在新能源汽車領(lǐng)域的新應(yīng)用

新能源電動汽車的技術(shù)關(guān)鍵在于其高能量密度鋰電池的充放電技術(shù)及安全性能屯掖。鋰電池在使用過程中必須保持絕佳的防水防塵效果，而易發(fā)熱自燃是影響其安全使用的頭等難題襟衰。在暴雨贴铜、淺灘、霧霾等極端條件下，為滿足汽車行駛過程中動力電池的密封和緩沖保護(hù)的要求绍坝，特斯拉等美國車企率先將發(fā)泡硅膠這一小眾材料應(yīng)用到動力電池上徘意。

例如：特斯拉model3電池PACK包為了減輕模組重量、提升安全性陷嘴，大量使用有機(jī)硅發(fā)泡灌封材料來保護(hù)單個電芯映砖，可在一定時間內(nèi)有限阻止電池包上部熱量傳輸給電芯導(dǎo)致熱失控。由于特斯拉在動力電池組技術(shù)方便的標(biāo)桿作用灾挨，大大加速硅膠發(fā)泡材料在動力電池PACK包上的應(yīng)用推廣邑退。

聚丙烯微孔發(fā)泡材料技術(shù)

在新能源汽車競爭愈發(fā)激烈的情況下，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)域劳澄，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競相研究的主要課題之一地技。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)課題秒拔。

日常生活中莫矗，當(dāng)人們購買兒童玩具、家具用品等塑料制品時砂缩，都會十分在意其材質(zhì)是否無毒無味作谚、綠色環(huán)保，近年來綜合性能優(yōu)異庵芭、可回收的聚丙烯發(fā)泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”妹懒，日益受到熱捧，是聚合物泡沫材料中增長速度最快的品種双吆。

聚丙烯作為產(chǎn)量大眨唬、增長量快、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的五大通用熱塑性樹脂之一好乐，其高品質(zhì)發(fā)泡材料的綠色制備一直是聚合物發(fā)泡領(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)匾竿。其中，超臨界CO2（二氧化碳）發(fā)泡聚合物技術(shù)是制備聚丙烯微孔發(fā)泡材料的關(guān)鍵核心技術(shù)蔚万。

圖片

聚焦發(fā)泡材料綠色制造新技術(shù)

2016年岭妖，由華東理工大學(xué)牽頭申報(bào)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“重點(diǎn)基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目——“聚合物材料的輕量化技術(shù)”獲準(zhǔn)立項(xiàng)。該項(xiàng)目所聚焦的正是運(yùn)用綠色高效發(fā)泡工藝反璃，開展聚合物輕量化的應(yīng)用基礎(chǔ)—共性技術(shù)—產(chǎn)業(yè)化示范的“一條鏈?zhǔn)健毖邪l(fā)工作区转。

據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)專家介紹，聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類版扩》侠耄化學(xué)發(fā)泡劑常常存在化學(xué)殘留、發(fā)泡過程難控制和不易獲得高發(fā)泡倍率等缺點(diǎn)礁芦；物理發(fā)泡劑中的氟氯烴類則對臭氧層有破壞作用蜻韭，已逐漸被禁止和限制使用悼尾；一些新型氟碳?xì)浠衔锏娜蜃兣瘽撃苤等韵鄬^高或價格昂貴，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全肖方。

相比傳統(tǒng)發(fā)泡劑影響氣候闺魏、火災(zāi)危險(xiǎn)、有害殘留以及VOC排放等問題和弊端俯画，超臨界流體析桥，特別是超臨界CO2發(fā)泡聚合物是綠色制造技術(shù)，被工信部列入我國優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)艰垂，而且CO2進(jìn)入聚合物后會引起熔點(diǎn)泡仗、表面張力和粘度下降、結(jié)晶行為改變等一系列變化猜憎，可以制備微孔甚至納米泡孔材料娩怎。

創(chuàng)新點(diǎn)

聚丙烯是結(jié)晶聚合物，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制胰柑，很難制備高發(fā)泡倍率產(chǎn)品截亦；高溫發(fā)泡聚合物熔體強(qiáng)度不夠無法保持完整泡孔，可操作窗口窄柬讨。因此崩瓤，大規(guī)模制造具有穩(wěn)定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發(fā)泡倍率微孔材料難度大。

為了攻克這一難題踩官，近年來谷遂，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合無錫會通、中石化北化院卖鲤、浙江新恒泰、鎮(zhèn)海煉化等單位畴嘶，在合適物料體系蛋逾、可控工藝過程和高效工業(yè)裝備等方面開展了超臨界CO2發(fā)泡聚丙烯的優(yōu)化、強(qiáng)化和工程化等系列工作窗悯，形成了“適合超臨界CO2發(fā)泡的聚丙烯專用料”“分步/分段發(fā)泡新工藝”“優(yōu)化構(gòu)建流場結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效規(guī)模制備”等三大技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢：

根據(jù)在低于其流動溫度的可變形區(qū)發(fā)泡既可以突破結(jié)晶的制約又能保證發(fā)泡材料微孔結(jié)構(gòu)和外形尺寸的穩(wěn)定成型這一發(fā)泡機(jī)制区匣，開發(fā)了兼具較寬發(fā)泡溫度窗口和較強(qiáng)的CO2溶解擴(kuò)散能力的聚丙烯發(fā)泡專用料，以及能有效改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑蒋院；CO2變壓飽和提高了過程效率和發(fā)泡倍率亏钩，氣泡成核和生長的分段實(shí)施大幅減小了高壓設(shè)備體積；釜壓發(fā)泡欺旧、模壓發(fā)泡等高壓設(shè)備和聚合物預(yù)成型體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)保證了均勻的壓力場姑丑、溫度場和速度場，成功實(shí)現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔發(fā)泡材料的規(guī)模制造和柔性生產(chǎn)辞友。

項(xiàng)目成果

利用上述創(chuàng)新技術(shù)栅哀，項(xiàng)目已成功建設(shè)了2套年產(chǎn)3萬立方模壓發(fā)泡裝置震肮，實(shí)現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔厚板的制造；新建了4套留拾、優(yōu)化改造了3套年產(chǎn)4-6萬立方的釜壓發(fā)泡裝置戳晌，生產(chǎn)效率提高25%，成品率提高到99%以上痴柔；發(fā)泡專用料已在鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)沦偎；2016-2018年新增產(chǎn)值3.31億，利稅1.09億咳蔚。隨著應(yīng)用市場快速開拓豪嚎，2019年共推廣新建了13套裝置，市場占有率高和競爭力強(qiáng)屹篓。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲得授權(quán)發(fā)明專利8件疙渣、實(shí)用新型專利8件；相關(guān)研究成果發(fā)表了46篇SCI/EI收錄論文堆巧，“國外同行認(rèn)為我們?nèi)嫦到y(tǒng)地研究了CO2間歇發(fā)泡聚丙烯行為妄荔。”科技查新表明谍肤，模壓發(fā)泡的工程化技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平啦租，釜壓發(fā)泡的優(yōu)化與強(qiáng)化技術(shù)具有國內(nèi)外新穎性。

“可以說荒揣，我們的項(xiàng)目引領(lǐng)了高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料的綠色制造和高端應(yīng)用篷角。”團(tuán)隊(duì)的底氣系任，來源于“硬核”的技術(shù)和不斷開拓的應(yīng)用領(lǐng)域：

全新的超臨界CO2模壓發(fā)泡技術(shù)通用性強(qiáng)恳蹲，除聚丙烯外，還成功用于聚氨酯彈性體微孔發(fā)泡材料生產(chǎn)俩滥，并已經(jīng)完成了多種熱塑性聚合物及其復(fù)合材料的中試嘉蕾；釜壓發(fā)泡各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與日本公司相當(dāng)；開發(fā)的聚丙烯發(fā)泡專用料打破了國外公司的壟斷霜旧；除廣泛應(yīng)用于汽車零部件和內(nèi)飾错忱、緩沖包裝等傳統(tǒng)領(lǐng)域，由于CO2發(fā)泡產(chǎn)品環(huán)保健康挂据，很好地滿足了兒童玩具以清、食品、醫(yī)療崎逃、家居用品等領(lǐng)域?qū)G色材料的需求掷倔；特別由于微孔賦予了聚丙烯一些優(yōu)異的獨(dú)特性能，聚丙烯微孔發(fā)泡材料不斷地在新興領(lǐng)域成功應(yīng)用个绍，包括新能源汽車動力電池墊片今魔、5G通信微波中繼天線罩勺像、高檔汽車音響振膜、防彈衣背板等等错森，產(chǎn)品附加值高吟宦。

領(lǐng)銜了“十三五”重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、推進(jìn)了國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定涩维、擔(dān)任了國際發(fā)泡塑料期刊的副主編殃姓、培養(yǎng)一批聚合物發(fā)泡研發(fā)和生產(chǎn)高層次人才，趙玲教授帶領(lǐng)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已成為國內(nèi)瓦阐、國際具有重要影響力的聚合物發(fā)泡研發(fā)團(tuán)隊(duì)蜗侈。

“這只是起步，超臨界CO2發(fā)泡制備輕質(zhì)高強(qiáng)的聚合物材料很好地滿足了塑料減量化睡蟋、材料輕量化和制造綠色化的要求踏幻，發(fā)展前景廣闊〈辽保”團(tuán)隊(duì)對輕量化聚合物研發(fā)工作的未來充滿信心该面。

寫到這里，想必大家已經(jīng)對發(fā)泡材料綠色制備新技術(shù)以及我國科研人員所做出的貢獻(xiàn)有所了解信卡。我們期待著我國科研人員能夠創(chuàng)造出更多的佳績隔缀。期待下次科普時與大家再見!