超临界发泡技术是当前鞋材应用领域最热门的工艺之一，通过在热塑性弹性体体内形成大量微米级气泡制成多孔泡沫材料，制得的发泡材料具有轻质、高抗拉伸强度、良好的弹性、缓冲性、耐温性、耐化学性等优点。

超临界状态指的是物质的温度和压力同时超越其临界温度和临界压力，此时气液两相的物质相互交融，变得即为相似，同时拥有气体和液体的特征。

超临界发泡技术的原理为在充满热塑性弹性体的模腔中注入CO2或N2超临界流体，使气体与熔融的原料混合均匀后，通过快速升温或快速降压的方式，使聚合物/气体均相体系发生相分离，产生气泡核。

这一过程依赖于热力学不稳定作用，促使气泡核的形成。在高温下，气体吸收热量并快速扩散入气泡核中，使泡孔逐渐长大；随后，通过快速降温，泡孔合并，完成泡孔结构的定型。

聚合物发泡过程

超临界发泡技术使用的超临界流体主要为CO2和N2，它们具有绿色环保、无残留、来源广泛、价格低廉等优势；且超临界压力及温度较为温和，容易实现，对聚合物溶解性较好、扩散能力较强、易于控制。然而，两种气体在实际应用中存在一定的区别。

1. 临界点不同

CO2流体的超临界状态相变点为压力7.38 MPa、温度31.10 ℃，而N2流体为压力3.39 MPa、温度−146.9 ℃。

CO2流体在间隙发泡时有时处于高压气态流体状态，有时处于超临界流体状态，而N2流体在用于物理发泡剂时会一直处于超临界状态，需要另外配备低温冷却设备，且CO2获取和纯化都更简单，因此CO2生产成本相对于N2更低。

2. 扩散与溶解度不同

二氧化碳在常见热塑性弹性体中的扩散系数比氮气高出数倍，溶解度也也比N2高，因此在同等压力和温度条件下，CO2能更迅速地分布在弹性体的各个角落，从而产生更多的气泡。

超临界N2极低的扩散系数有利于热塑弹性体物理发泡过程中泡孔的稳定生长和发泡材料的尺寸稳定，从而得到更细腻、更均匀的泡孔结构，可以提高材料的力学性能。

3. 密度不同

N2的密度是1.25kg/m3，CO2的密度是1.99kg/m3，N2由于跟空气密度接近，发泡后与空气相互扩散相对比CO2慢。

虽然CO2能产生更多的气泡，但是CO2气体容易逃逸，使产品存在一定的收缩率问题。因此如果想得到低密度的聚合物发泡材料比较推荐使用CO2，而想使得泡孔小一些则使用N2。

4. 塑化作用

溶解于聚合物中的超临界流体对聚合物具有强烈的塑化作用，能够增强聚合物链段的活动能力，影响聚合物的玻璃化转变、结晶及晶体熔融等行为，其中CO2的塑化作用比N2的强。

溶解的超临界CO2能够降低聚合物的玻璃化转变温度，诱导结晶并降低结晶温度，从而使加工区间变宽。

CO2和N2作为发泡剂的对比

来源：艾邦弹性体网综合整理

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一、议题方向