超临界物理发泡技术因其绿色环保、无化学物质残留、制品性能优异等优势，已成为制备轻量化聚合物微孔泡沫的重要发展方向。在典型的间歇式釜压/模压发泡工艺中，聚合物基体在超临界流体（如CO2、N2）氛围下饱和达到溶解平衡，随后通过快速卸压打破体系的热力学平衡，驱动气体分子发生相分离，进而诱导泡孔的成核与生长。凭借该工艺，热塑性弹性体、聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）等高分子微发泡材料已实现了规模化生产。然而，尽管超临界物理发泡技术在工程应用上取得了显著进展，但学术界对其背后的微观物理过程依然缺乏足够系统与深入的认识。

       近期，中山大学翟文涛教授课题组提出了聚合物“高弹态”发泡的概念，围绕热塑性聚氨酯弹性体（TPU）热塑性聚酰胺弹性体（PEBA）体系的超临界发泡中发表多篇学术论文（Polymer 228 (2021) 123872；Polymer 256 (2022) 125244；ACS Appl. Polym. Mater. 6(20) (2024) 12799−12807；Polymer 334 (2025) 128736）。该概念指出：将发泡温度控制在聚合物的软化点与流动点之间（即“高弹态”区间），能够有效利用基体中残存的有序结构（如半结晶聚合物中未熔融的晶区，或交联弹性体中的化学交联网络）作为物理节点，提供抵抗泡孔破裂所需的“基体强度”；同时，借助软化状态下分子链的高活动能力，能够充分平衡泡孔生长所需的分子链变形能力与稳定泡孔结构所需的支撑力，从而实现聚合物高倍率的稳定膨胀。近日，研究团队基于“高弹态”发泡的认识，进一步揭示了典型半结晶聚合物（PP）与交联弹性体（EVA）在超临界物理发泡过程中的微观机制。

进展一：结晶状态主导的聚丙烯（PP）“高弹态”发泡机制及超高倍率泡沫制备

       聚丙烯（PP）因其高的结晶度，发泡窗口通常极其狭窄。团队系统对比了高结晶均聚聚丙烯（PPH）与低结晶共聚聚丙烯（PPB）的超临界CO2发泡行为。研究发现，维卡软化点（VST）是决定PP发泡行为的临界阈值。在VST温度以下，由于刚性结晶结构的限制，发泡仅能以低效的“固态撕裂（Solid-state tearing）”模式进行，泡孔难以生长；而一旦突破VST，基体大量晶区熔融，材料进入“高弹态膨胀（High-elastic expansion）”模式。由于PPH结晶结构完善，其有效发泡窗口被限制在155~158 °C的狭窄高温区；相反，PPB因引入了乙烯共聚链段，降低了结晶完善程度，使其“高弹态”区间显著拓宽（126~137 °C）。通过有效平衡发泡温度与PPB的结晶熔融状态，团队成功制备出膨胀倍率高达83.3倍的超轻PP泡沫。该工作确立了以初始结晶态为主导的PP超临界发泡的微观机制。

图1. 聚丙烯的膨胀倍率与发泡温度的关系

图2. 聚丙烯的发泡机理示意图

进展二：交联网络设计与气体膨胀力协同调控的EVA“高弹态”发泡机制

       EVA弹性体在运动鞋中底等领域应用广泛，但纯EVA熔融后模量显著降低，极难进行物理发泡。引入化学交联是拓宽其发泡窗口的关键，但交联网络如何从分子链运动层面与气体膨胀力博弈，一直缺乏系统的机理研究。

       团队通过调控交联剂（BIPB）含量，定量分析了交联网络对EVA高温模量和应力松弛动力学的影响。研究表明，过度的交联会“冻结”链段运动，在强大的气体膨胀力下引发基体的脆性断裂；而构建包含0.2~0.6 phr交联剂的稀疏交联网络，能够充分匹配“高弹态”发泡要求——既赋予基体足够的强度抑制黏性流动，又保留了分子链的充足延展性。采用CO2/N2混合气体的发泡策略，利用CO2提供强劲的膨胀驱动力，借助N2维持泡孔内压稳定，在轻度交联EVA体系中实现了30倍（密度低至0.031 g/cm3）的超高发泡倍率，为产业界制备超轻EVA泡沫提供了理论指导。

图3. 交联剂含量对EVA交联网络的影响

图4. 交联网络与气体膨胀力协同调控的EVA“高弹态”发泡机制示意图

       以上两项研究分别从结晶结构和化学交联网络两个维度，验证了“高弹态”发泡概念的普适性，不仅制备了超高发泡倍率的PP和EVA发泡材料，也为设计开发下一代高性能、轻量化弹性体与塑料发泡材料提供了坚实的理论基础和工程化指导。

       上述两篇论文的第一作者均为中山大学one游戏皇马赞助江俊杰博士后，通讯作者为翟文涛教授。相关研究工作得到了国家自然科学基金（52173053, 52473052）、广东省重点领域研发计划（2023B0101010003）以及广东省科协青年科技人才培育计划（SKXRC2025067）的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.polymer.2025.129408

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.polymer.2025.129842

初审：袁湛楠

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军