塑料泡沫化是降低其密度,拓展其功能化应用的有效途径。泡沫塑料具有质量轻、隔热、吸声、抗震、比强度高、价格低廉等特点,广泛应用于日用品包装、体育器材、医疗设备配件、汽车工业以及建筑等领域。
目前大部分研究及工业化产品主要聚焦于通用塑料发泡,但通用塑料的性能有限,产品的力学强度、韧性和耐疲劳性有所下降,难以满足较高的使用需求。
工程塑料通常具有高强度、高模量、耐高温等突出特性,其综合性能远高于通用塑料,成为工业领域,特别是军事领域,实现结构部件及武器装备轻量化的一类理想材料。
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超临界发泡是一种物理发泡技术,以超临界CO₂/N₂替代有机发泡剂,在高温高压下形成均相体系,通过压力降产生微孔结构。相比传统化学发泡,超临界发泡可获得泡孔密度更高、泡孔直径更小,力学性能更优异。

 

此外,工程塑料普遍熔体黏度高、加工温度高,传统发泡剂难以胜任;而超临界流体对聚合物溶解性强、增塑效果好,能显著降低成型难度。本文列举了5种目前可用于超临界发泡的工程塑料及其市场应用及量产情况,阅读本文前,欢迎扫码进群参与讨论。

 

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1. PA

 

PA(聚酰胺)也称尼龙,是半结晶型工程塑料,种类繁多(PA6、PA66、PA12等),机械性能和耐热性优良,是目前产业化最成熟的一类材料,多采用超临界注塑/珠粒/板材发泡工艺。但PA结晶速率快、熔体强度在发泡温度区间内偏低,泡孔在生长阶段容易坍塌或破裂

巴斯夫Ultramid® Expand 是目前成熟的PA珠粒泡沫,基于 PA6、PA66 和各种共聚酰胺的模塑料,可通过蒸汽模塑成3D件,主要应用于汽车碰撞吸能于电池包结构件。

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Ultramid® Expand 泡沫材料及其电芯支架应用样品

据网络公开信息,苏州申赛新材是首个实现TPU、TPEE、PEBA、PA等热塑性材料非交联发泡板材的厂商,已实现通用塑料、工程塑料和特种工程塑料的全品类热塑性聚合物材料发泡,已建成万吨级轻量化聚合物材料的供应能力。公司产品广泛应用于大消费、新能源汽车、航空航天、半导体及具身智能等领域。

Zotefoams的ZOTEK®N 是一种高性能闭孔交联尼龙泡沫,以PA6为基础,目前已实现量产,采用超临界氮气发泡,耐高温(最高可达205℃)、耐烃类、醇类和酮类物质,具有优异的隔热和隔音性能等优异性能。主要应用于电池盖、密封垫圈等高温绝缘领域;运动服及防护装备等个人防护;发动机罩、吸能复合材料板等交通运输领域。

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宁波格林美孚目前也已实现尼龙发泡珠粒的量产,其采用多种物理微发泡技术,将整个尼龙原料溶胀,通过改变温度及压强,打破材料内部聚合物/气体均相体系的平衡状态,材料内部形成气泡核并长大成型,得到发泡尼龙材料,可蒸汽模压成型为鞋材、汽车、包装等制品

2. PC

 

PC(聚碳酸酯)是非晶型工程塑料,透明、高抗冲,玻璃化转变温度约147℃,目前PC的超临界发泡研究相对成熟,但泡孔结构调控和力学性能保持是核心挑战。

2026年5月初信息,中科院长春应化所具备PC 复合阻燃泡沫的批量化供货能力,是聚碳酸酯为基体,采用超临界CO发泡技术,突破性解决发泡过程中易结晶的技术难题,产品具优异耐热、阻燃以及机械、隔热性能等。可应用于轨道交通(地板、车顶、侧墙隔热隔音)、舰船(舱顶、舱壁隔热隔音)、建筑外墙保温、新能源车电池组地板、天线罩等。

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帝人(TEIJIN)通过改变PC树脂熔融粘度改良发泡成型性开发专用牌号 Panlite Z-2601,(均匀发泡)、SS-1230Z/GX-3430WC(细密泡孔),其材料配合MuCell®超临界注塑发泡技术,轻量化率可达15%。

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3. PET

 

PET(聚对苯二甲酸乙二酯)属热塑性聚酯,由于超临界发泡过程对材料的熔体强度要求极高,普通瓶级或纤维级PET无法满足,必须使用改性或工程级PET,通过扩链/支化改性提高熔体强度是主流方法PET超临界发泡板密度低、强度高、吸水率低、隔音隔热性能好广泛应用于风力发电、轨道交通、船舶和航空航天材料。

安徽东远新材是全球高端发泡芯材的引领者公司采用先进的“免干燥PET反应挤出发泡一体化”关键核心技术,使得产品具有更优异的力学性能和综合成本优势。其高强度结构芯材广泛应用于风电、轨道交通、船舶舰艇、汽车、建筑、包装等领域。

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南京创博是国内聚合物发泡装备领域的骨干企业,其与北京化工大学保持紧密的产学研合作,双方联合申请的专利“一种热塑性聚酯挤出发泡成型方法”体现了装备与工艺的协同创新。  

越升科技是国内率先开发PET发泡板生产线的企业之一。将反应性挤出和发泡过程相结合,采用环保型发泡剂和PET瓶片为主要原料,实现了原料来源的多样性。越升的PET发泡板生产线可生产密度范围为80-350kg/m³的泡沫板材,广泛应用于风能、铁路、航空等领域。

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法宁格在PET发泡生产线领域也拥有独特的技术优势。其XPET发泡板生产线采用突变型螺杆设计,具有塑化均匀、产量高、操作方便等特点。公司强调环保理念,指出最新的PET发泡技术可以利用生产过程中产生的二氧化碳作为发泡剂,实现温室气体零排放。

4. POM

 

POM(聚甲醛)是半结晶型工程塑料,具有高刚性和优异的耐磨性,但热稳定性较差,加工窗口窄、熔体强度低,一般可使用超临界注塑发泡工艺,POM微孔发泡当前主要停留在研究与小批量应用阶段,潜在应用集中在精密齿轮、汽车部件和电子器件外壳。

2016华南理工大学黄汉雄等人发布一种包含电加热和水冷却的快速热循环成型技术,以改善采用超临界氮气为物理发泡剂的注塑微孔发泡聚甲醛(POM)盖板的表面质量

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2023Feng 等人用超临界氮气作发泡剂,采用微孔注射成型技术制造了发泡 POM 和 PA66 齿轮零件。相比传统(不发泡)注塑件,发泡 POM 和 PA66 齿轮件的平均重量分别减轻了 5% 和 10%,兼具机械性能、热稳定性,并降低了材料成本

5. PPO

 

PPO(聚苯醚)本身具有优异的耐热性、本征阻燃性和低介电常数,其分子链刚性极强,导致熔体黏度高、流动性差,直接发泡非常困难,泡孔结构难以控制。

一般通过共混改性结构改性提高PPO的熔体强度发泡,制备出轻质、高强、耐高温、本征阻燃和低介电的泡沫材料于5G通信、新能源电池、轨道交通和航空航天等高端市场

上海绿羽科技北京工商大学SABIC共同开发完成“聚苯醚超临界连续挤出发泡板材工业化制备关键技术”依托SABIC与北京工商大学联合研发的特殊PPO组合料,绿羽原创性突破挤出发泡装备与工艺技术,打通了从原料开发、设备构建、产品成型到应用验证的完整创新链条。目前,该材料应用5G通信、轨道交通、新能源汽车等领域

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中科院长春应化所突破EPPO发泡专用料、釜压发泡工艺及珠粒成型三大核心技术瓶颈,建成千吨级EPPO泡沫生产线,发泡材料兼具低密度与高强度特性,同时实现优异的阻燃与导电性能,应用领域全面覆盖包装、汽车、建筑、航空等行业。

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EPPO 电芯缓冲块

来源艾邦鞋业论坛综合整理

作者 808, ab