双阶超临界 CO₂发泡反应釜技术工艺

双阶超临界 CO₂发泡反应釜技术工艺，在高分子材料加工领域的重要技术，其利用超临界CO₂兼具气体低粘度与液体高溶解度的独特物理化学性质，在聚合物基体中形成均匀细密的微孔结构。

相较于传统化学发泡技术，该技术具有无毒、无残留、低GWP值、环境友好等显著优势，已被工信部列入我国优先发展的产业关键共性技术。

超临界CO₂发泡工艺在孔结构调控上存在局限，难以同时实现小泡孔与高孔隙率，且对材料熔体强度要求苛刻、工艺窗口狭窄，限制了其在高端领域的推广；为突破这一技术瓶颈，双阶超临界CO₂发泡技术应运而生。

该技术核心创新在于将气体饱和与泡孔生长这两个热力学条件要求迥异的过程进行物理分离与状态解耦，2025年4月四川大学生物材料工程研究中心发表的相关研究成果，标志着该技术取得重要突破。

该技术通过精确控制两阶段工艺参数，实现对聚合物基体模量、气体溶解度及成核动力学的独立精准调控：

第一阶段采用高压低温策略使气体在聚合物软化点以下达到高浓度均匀溶解平衡；
第二阶段通过低压高温实现受限膨胀与结构定型，有效解决了传统单阶工艺“模量低谷与驱动力高峰重叠”的根本性矛盾。

双阶超临界CO₂发泡技术的核心创新在于利用细胞内外的压力差与表面张力的协同效应，能够实现从具有刚性分子链的工程塑料聚合物直接转化为闭孔重入式凹角泡沫（ closed-cell reentrant concave angle structure），这一过程的关键在于对发泡过程中热力学和动力学条件的精确控制。

双阶工艺的本质区别在于将发泡过程中相互矛盾的条件进行了时空分离。传统单阶工艺在一个反应器内同步完成气体渗透与发泡，其典型困境是：

为获得高扩散速率，过程通常在聚合物的高弹态（软化点附近）及高压下进行，此时聚合物基体粘度最低、强度最弱；随后的快速泄压使溶解气体处于极高过饱和态，产生巨大的气泡生长驱动力。

这种在材料力学性能最弱时施加最大气泡生长驱动力的做法，导致整个过程处于热力学不稳定区，工艺窗口狭窄，对参数波动极其敏感。

双阶工艺巧妙地解决了这一矛盾。第一阶段在低温高压条件下进行气体饱和，温度设定在聚合物的软化点以下，此时聚合物处于高强度、高模量、尺寸稳定性极佳的状态，可完全抑制泡孔成核与生长；同时施加足够高的压力，迫使超临界CO₂高效溶解并渗透至聚合物内部，形成过饱和的均相体系。

第二阶段将预制体置于具备适度背压（如2-5MPa）的二次发泡环境中，通过加热使聚合物温度缓慢升高，在此过程中聚合物模量平缓下降，粘度逐渐降低至适合气泡成核与生长的"发泡窗口"，实现了基体流变特性与气泡生长动力学的匹配。

来源：森朗实验仪器

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活动推荐：邀请函：第二届超临界发泡技术创新及应用论坛（10月29日·青岛）

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一、议题方向

序号	演讲议题	演讲单位
1	聚合物釜式超临界发泡研究进展	青岛科技大学张振秀教授
2	超临界注塑发泡机理的可视化研究：泡孔构效关系调控与模具、材料协同设计	加拿大多伦多大学 Chul B. Park 教授
3	轻质聚合物泡沫的结构调控与应用	中国科学院福建物质结构研究所郑龙辉高级工程师
4	微孔注塑发泡新技术及其应用	中国科学院宁波材料技术与工程研究所汪龙研究员
5	超临界发泡材料在新能源汽车轻量化系统性应用	江苏科技大学周应国教授
6	宁波韧合——缓震轻弹鞋材解决方案	宁波韧合高新技术有限公司陈志雄集团CEO
7	EVA超临界一次发泡成型技术的开发及应用	泉州师范学院卓东贤教授
8	电子加速器辐照改性技术在发泡行业的应用	中广核中科海维电子加速器有限公司张辉军副总经理
9	巴斯夫Elastollan TPU在鞋材领域的解决方案	巴斯夫聚氨酯特种产品（中国）有限公司于大海博士
10	PEBA发泡珠粒蒸汽成型界面结合问题新解:微聚焦X射线衍射分析视角	中科院化学所朱平博士
11	受限超临界流体发泡调控环烯烃共聚物多孔薄膜机制研究	宁夏大学张瑞岩副教授
12	聚合物微发泡连续化挤出产线的设计与工艺验证	拟邀：超临界发泡连续挤出加工/装备相关企业
13	MPP材料在新能源与5G领域的国产化突破与产业协同	拟邀：功能性发泡材料研究机构或制造商
14	超临界二氧化碳发泡聚合物复合材料在电磁防护中的应用	拟邀：电磁屏蔽/微波吸收材料研究机构或企业
15	形状记忆发泡材料的可控构筑与智能响应功能化应用	拟邀：智能材料/高分子功能化研究方向高校/企业