聚合物泡沫材料是一种以聚合物基体为连续相,气体为分散相的多孔复合材料。这类材料的制备过程主要是通过将气体引入软化或熔融的聚合物中,进行发泡并固化定型以得到稳定的多孔结构。聚合物泡沫具有轻质、比强度高、隔热、隔音、绝缘、抗冲击性能好等优点,被广泛用于风电、轨道交通、航空航天、电子电器等领域。现如今,使用超临界二氧化碳（sc-CO2）发泡工艺制备聚合物泡沫材料受到广泛关注。sc-CO2作为一种理想的物理发泡剂,具有与液体相似的溶解度和与气体相似的扩散系数,可以溶解于大多数聚合物之中,并且对聚合物熔体具有良好的增塑作用,降低聚合物基体的玻璃化转变温度（Tg）。随着社会和工业的高速发展,各领域愈发的需要更高性能和综合性能更好的泡沫,单一聚合物泡沫材料已渐渐无法再满足工业发展所提出的需求。将多种聚合物进行共混后发泡是提升泡沫材料性能与拓展泡沫材料功能的有效途径,不仅可以改善聚合物泡沫的综合性能,还能够获得具有定制性能的聚合物共混泡沫材料。然而,利用sc-CO2发泡制备聚合物共混泡沫材料却存在许多挑战,既需要考虑到聚合物共混物的相容性又需要考虑其发泡行为的复杂性,因此这不仅为制备高性能泡沫材料提供了巨大机会,同时也带来了更多挑战。本论文从聚合物共混物的发泡行为与性能调控的角度出发,对不同通用聚合物（包括:聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC））作为基体的可互容的与完全不互容的聚合物共混物的超临界CO2发泡行为与力学性能等进行了系统研究;进一步从共混复合的角度设计了一种提高热塑性聚合物泡沫材料阻燃性能的新策略。具体研究内容如下:1、利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和环氧树脂（EP）分别与PVC基体进行共混并发泡,制备PVC泡沫材料。研究发现,PMMA与PVC基体具有良好的相容性,PVC/PMMA共混物通过超临界CO2发泡过程可以得到具有规则泡孔结构的泡沫材料,并且随着PMMA含量的增加,共混材料的最佳发泡温度呈现上升趋势。PVC/PMMA发泡材料的膨胀倍率最高接近5倍,但发泡温度较高使得材料出现一定程度的分解变色。与之相对比,EP与PVC基体保持良好相容性的同时,可以对PVC基体起到良好的增塑作用。当EP含量在50.0 wt%以上时,PVC/EP共混材料的Tg由纯PVC材料的85℃降低至30℃以下,大幅改善PVC材料的加工性能。对不同质量比的PVC/EP共混材料进行超临界CO2发泡,发现在相同发泡条件下,随着EP含量的增加,PVC/EP共混材料的膨胀倍率与泡孔尺寸均呈现上升趋势。采用NH3固化后的PVC/EP（50/50）泡沫材料的凝胶含量为82.8 wt%,该泡沫材料密度为0.17g cm-3,其抗压强度接近3.0 MPa（30%形变量下）。上述结果表明采用EP对PVC基体进行增塑后发泡,最后固化的方法,实现了通过超临界CO2发泡制备轻质且具有良好泡孔形貌的硬质PVC泡沫。2、与可互容的聚合物共混物相比,完全不互容的聚合物共混物表现出明显不同的发泡行为。研究了一维纳米粒子-碳纳米管（CNTs）对不相容的线性低密度聚乙烯（LLDPE）/PS共混物的相结构和超临界CO2发泡行为的影响。在双连续相LLDPE/PS共混物中加入足量的CNTs,使得共混物的相结构发生由双连续相结构向海岛相结构的转变,并且其发泡性能得到明显改善。这是因为海岛相结构的相界面是封闭的,有效防止了 CO2从共混物相界面处逃逸。相反,当LLDPE/PS共混物原本就呈现海岛相结构时（如质量比为80/20）,CNTs的加入并不会对共混物的发泡行为产生明显影响。进一步,我们对LLDPE/PS共混物及其纳米复合材料发泡后的泡沫样品进行了溶剂刻蚀处理,刻蚀去除PS相后,得到了具有半开孔结构的泡沫。半开孔结构中小孔的尺寸可以通过调节LLDPE/PS共混物及LLDPE/PS/CNTs纳米复合材料中的PS相的含量来调控。研究发现,发泡温度、PS相含量与CNTs的存在都会对发泡样品的溶剂刻蚀过程的质量损失率和相对质量损失产生重要影响。3、研究了乙烯-辛烯共聚物（POE）和三元乙丙橡胶（EPDM）两种聚合物弹性组分对环烯烃共聚物（COC）的增韧及共混增韧COC材料的发泡行为。质量比为90/10时,COC/POE、COC/EPDM共混材料的相结构均为海岛相结构,其中POE（或EPDM）作为岛相,在COC基体中呈现良好的分散,平均相区尺寸约为1 μm,且分散相粒子与COC基体间具有较强的界面粘附力。与纯COC材料相比,COC/POE（90/10）与COC/EPDM（90/10）两种共混材料在保持低介电损耗特性和刚性的同时,断裂伸长率有一定增加,并且抗冲击强度大幅提高,韧性得到明显改善。对纯COC材料及其共混材料的超临界CO2发泡行为研究后发现,与纯COC材料相比,共混材料具有更高的发泡性能。尤其是COC/EPDM（90/10）发泡材料的最佳膨胀倍率由纯COC材料的11.7倍提升至15.4倍,且具有更低的泡孔尺寸与更高的泡孔密度。并且,其发泡窗口更宽,在170℃～200℃温度范围内可保持稳定且良好的发泡性能。这主要是因为分散相EPDM粒子一方面在发泡过程提供了足够多的异相成核位点,提高了泡孔密度与孔隙率;另一方面,EPDM与COC基体具有较强的界面粘附性,显示出沿泡孔壁方向一定程度的拉伸取向,在一定程度上降低了高温发泡时的泡孔撕裂程度。4、基于膨胀型阻燃剂（IFR）与二维填料膨胀石墨（EG）和一维填料碳纳米管（CNTs）之间的三元协同作用,设计了一种在PP复合泡沫燃烧过程中快速形成三维网络多孔炭层的新策略。PP/10EG/5CNTs/25IFR复合泡沫无论在小火焰或强火焰燃烧的情况下均表现出良好的阻燃性能和优异的耐烧蚀性能。该复合泡沫在燃烧过程中形成的致密多孔炭层结构,保持了其原有的整体形状,完全抑制了坍塌和熔滴现象的出现。进一步提出和分析了 PP/EG/CNTs/IFR复合泡沫在燃烧过程中可能发生的结构变化过程:在三种组分中,IFR在燃烧过程中迅速膨胀并形成残炭,在小火焰燃烧（如极限氧指数（LOI）测试和UL-94测试）的情况下提高了 PP复合泡沫的阻燃性能;EG聚集体在燃烧过程中剧烈膨胀形成炭骨架,抵消了泡孔结构的收缩,阻止了热量从外部向内部的传递,防止内部材料出现高温熔化和分解现象;同时,CNTs起到了类似“桥梁”的作用,其和EG聚集体之间的相互作用能够将膨胀后的蠕虫状EG聚集体紧密地连接起来,最终减少了炭层中的缺陷。研究发现,IFR会在CNTs与膨胀的EG聚集体的表面原位形成残炭,这不仅提高了三维网络多孔炭层的致密性,还提高了该炭层的抗热氧化性。这种策略可适用于改善其他热塑性聚合物复合泡沫的阻燃性能和耐烧蚀性能。