发泡塑料结构一般用气泡尺寸和气泡密度这两个参数来描述。普通发泡塑料的气泡尺寸一般大于100 μm，气泡密度较小，尺寸分布不均匀。微孔发泡塑料具有10 μm数量级的气泡尺寸，气泡密度大于10<9>个/cm<3>，气泡尺寸分布一致性好，呈现出良好的物理、机械性能，已成为聚合物发泡材料应用研究中的热门课题。用超临界CO<,2>作为发泡剂可获得微孔发泡产品，CO<,2>所产生的溶胀和塑化作用使聚合物的一些性质发生了改变，因此，用CO<,2>作为发泡剂在发泡工艺和设备应用方面与用其它发泡剂存在一些差别。 形成高质量单相气体/聚合物溶液是获得高密度气泡成核的基本条件，为达到这一基本条件，应把尽量多的CO<,2>注入聚合物，并使之快速、均匀地溶解。受诸多因素的影响，单相CO<,2>/聚合物溶液的形成过程较为复杂，不易获得高质量的单相溶液。由于CO<,2>溶解度的限制，CO<,2>的注入量直接影响了气泡成核数和发泡过程的稳定性。如较少的CO<,2>有利于其自身在聚合物中的溶解，但得到的气泡成核数量不足，而过多的CO<,2>则使部份气体不能溶解，形成大气泡或气流串，造成产品内部缺陷或破坏发泡过程。因此，控制CO<,2>注入量和提高CO<,2>在聚合物中的溶解度是获得稳定发泡和高质量单相溶液的关键。 本文设计制作了间歇式发泡实验装置，其实验结果为连续挤出发泡实验提供了可靠的工艺参数和理论依据。间歇式实验研究表明，CO<,2>在聚合物中的溶解度随着压力的增加而增大，随着温度的增加而降低，随着饱和时间的增加而增加。 本文设计制作了连续挤出发泡实验装置。在此实验研究中，为了达到超临界CO<,2>的压力，防止CO<,2>泄漏，保证气体与聚合物的混合、扩散，设计了专门的挤出机螺杆；以发泡条件是否稳定来确定挤出机机筒轴向进气点位置；以气体在聚合物中的溶解度来确定机筒圆周上的进气点数目。挤出发泡研究结果表明，聚合物压力越高，则CO<,2>溶解度越高。因此在挤出机沿程应保持聚合物熔体的高压力，以维持CO<,2>超临界状态不变，促进在输送过程中的CO<,2>充分溶入聚合物熔体。在机筒温度设置方面，从CO<,2>注入口到挤出机头口模，系统温度按照递减的方式分布，可以促进CO<,2>溶解和保持单相溶液的稳定性，也可使聚合物熔体具有较高的粘度，为后续的气泡长大控制做准备。研究指出，注入前的CO<,2>温度对单相溶液的形成质量有较大影响。本文结合实验数据给出了机筒温度分布和CO<,2>温度的最佳应用范围。实验研究也表明，增加螺杆转速将减少气体与聚合物的驻留时间及进气点压力，这对单相溶液的形成非常不利。聚合物熔体压力波动、进气压力与聚合物熔体压力之间的压力差对发泡过程的稳定性影响较大，通过实验研究，获得了最佳的压力差范围。本文从理论上探讨了挤出发泡过程中单相CO<,2>/聚合物溶液形成的全过程及影响因素，建立了CO<,2>注入聚合物后形成的气泡模型、气泡和聚合物熔体在挤出机螺旋槽中的剪切变形和气泡条纹厚度模型、气泡溶解到聚合物熔体的溶解模型，直到形成高质量单相CO<,2>气体/聚合物溶液。 压力、温度、螺杆转速、压力差和压力波动等多种因素对单相溶液形成的影响实验研究对聚合物微孔发泡产品的产业化具有指导意义。挤出发泡单相CO<,2>/聚合物溶液形成过程的理论研究，有助于深入的理解和把握单相气体/聚合物溶液形成的机理，为实际生产提供了理论依据。