轻量化材料是我国新材料发展重点领域,高性能聚合物发泡材料是最具代表性的轻量化材料。超临界CO2发泡聚合物是绿色安全制造技术,研究聚合物/CO2溶液流变性质与泡孔形貌之间关系对于发展聚合物熔融发泡关键共性技术具有重要的理论和应用价值。本文以聚乙烯(PE)为典型研究对象,首先建立了超临界CO2环境下聚合物流变性质表征方法,然后基于流变特性进行了系列研究,包括:原位考察了聚合物/CO2溶液的非等温与等温结晶行为,确定结晶程度对降压发泡行为的影响;利用结晶提升熔体强度可以改善聚合物发泡行为,以及泡孔生长细胞模型和Considere泡孔生长稳定性判定标准,实验和模拟计算相结合分析影响共混物LLDPE/LDPE发泡过程的关键因素;鉴别聚乙烯共混物的相容性及其对挤出发泡行为的影响。超临界CO2气氛下的流变性质影响因素实际是静压力和CO2溶解量两方面的共同作用,首先利用不同高压介质建立了高压环境下聚合物流变性质的表征方法。选取惰性气体He(在聚合物中几乎不溶解)作为高压施加介质,考察了静压力对聚合物流变行为的影响,发现随着静压力增加复数黏度逐渐增大,损耗因子变小;采用Barus方程对静压力平移因子进行拟合,发现线性结构的HDPE在10MPa以内的压力系数为34.4MGPa-1,而10MPa以上仅为4.2GPa-1，即存在明显的拐点;对于长支链结构的LDPE的压力系数为20.4GPa-1,并且随着温度的增加而增大,这主要是由于温度升高自由体积增大导致其对压力更加敏感。对不同温度和CO2饱和压力下的流变学性质进行了考察,区分静压力和CO2溶解量的影响,采用Fujita-Kishimoto(F-K)模型拟合了 CO2浓度对聚合物流变性质的影响;结合Arrehenius方程、Barus方程和F-K模型综合考虑了温度、静压力和CO2浓度影响因素,建立了综合平移因子模型,HDPE和LDPE平移因子的拟合值与实验值平均偏差分别为5.31%和 2.57%。其次,设计高压流变仪样品夹具使之适宜实施降压发泡过程,基于高压流变特性原位研究LDPE/CO2溶液的非等温与等温结晶动力学,以及其对泡孔结构的影响。高压DSC测得的起始结晶温度近似为:Tc,onst=101.4-0.718P(MPa),而利用高压流变测试发现即使CO2饱和压力高达28 MPa时,其相比常压条件也仅降低4℃。基于等温结晶过程发现其存在着三个差异比较明显的阶段:一是弹性模量基本保持不变,即结晶诱导期,此阶段结晶尚未开始;二是弹性模量增加较快,即结晶进行时,此阶段属于晶体成核和生长阶段;三是弹性模量稳定在一个较高的数值,此阶段结晶基本结束。在不同结晶时间下进行降压发泡,发现相对结晶度从0增加至25%(对应结晶度27%)时,发泡倍率由28增加至32,泡孔大小由155μm降低至135 μm,泡孔密度由3.7×106增加至4.7×106 cells/cm3。即形成的晶体一方面增强了熔体强度,另一方面增加了异相成核点。随着结晶时间继续增加,泡孔孔径进一步变小,倍率开始逐渐变低,并且过量的结晶会使得泡孔尺寸分布不均匀。再次,分别对LLDPE和LDPE含量为5%的共混物采用等温结晶提升熔体强度以期改善发泡效果,发现虽然通过等温结晶使得聚合物基体的复数黏度、弹性模量等都能得到不同程度的提升,但是仍然难以形成规整的泡孔结构,泡孔合并和破裂现象较为明显。基于泡孔生长细胞模型和Considere泡孔生长稳定性判定标准,采用数值计算方法分析泡孔生长情况,发现复数黏度增加会减缓泡孔生长速率,但是泡孔稳定生长时间几乎保持不变;增加松弛时间对泡孔生长速率没有明显影响,但是会大幅度增加泡孔生长稳定时间。即改善聚合物发泡效果应该在提高基体黏弹性的基础上着重于材料松弛时间的提高以增加泡孔生长稳定时间。模拟结果还发现Henry常数和扩散系数能够明显改变泡孔生长速率但是对泡孔生长稳定性无明显影响,而表面张力对泡孔生长过程影响甚微。最后,以LDPE/HDPE和LDPE/PP为考察对象,采用DSC和流变相结合的方法鉴别共混物的相容性,以及共混体系结构对挤出发泡过程的影响。发现在不同组分配比下LDPE/HDPE都有着较好的相容性,基于偏光显微镜分析发现PP黏度越高、含量越大,LDPE/PP共混体系趋向于形成共连续结构。通过共混物在未发泡挤出和发泡挤出条件下的胀大行为,可以判定LDPE与PP共混的成核效果要明显优于其与HDPE.共混,即不相容的界面作为成核能垒较低的区域有利于泡孔成核。但发泡结果显示相容性较好的LDPE/HDPE共混物始终能够得到较规整的泡孔结构,而LDPE/PP的复数黏度虽然高于LDPE/HDPE,却并不能得到理想的发泡结果。通过对共混物的溶解扩散行为分析发现共连续相结构的扩散系数要明显高于"海-岛"结构和相容聚合物,表明在共连续相结构的共混物内部可能存在着气体通道,使得气体逃逸现象较为严重,进而导致泡孔稀少,发泡倍率低。