一步法三维聚合物泡沫制备新工艺：发泡行为与界面融合机制研究

本文推荐一种创新的一步法颗粒发泡（OSGF）工艺，通过顺序加热-控温冷却-模腔约束发泡三步法，成功制备了具有复杂几何结构的可降解聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）泡沫材料。研究揭示了温度-压应力协同机制，实现了界面强度达1.5 MPa、平均膨胀比6.5的高性能泡沫制备，为环保材料工程提供了高效生产方案。

　　

Highlight

材料特性

聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT）颗粒C1200（密度1.13 g/cm³，熔融指数3.2 g/10 min）与801T（密度1.20 g/cm³，熔融指数4.3 g/10 min）作为研究对象，采用纯度99.9%的二氧化碳（CO₂）作为物理发泡剂。

PBAT流变行为

聚合物的流变行为反映了分子链动态特性，显著影响发泡性能。图2显示两种PBAT样品在160°C下的储能模量及损耗角正切值随角频率变化曲线。随着频率增加，两种PBAT的储能模量均上升，其中PBAT-C1200表现出更高的储能模量，表明其分子链缠结密度更大，熔体弹性更优，有利于气泡成核与稳定。

结论

为高效制备高膨胀比、均匀泡孔的三维泡沫，本研究提出一步法颗粒发泡（OSGF）新工艺。通过先加热后冷却的处理方式调控材料结晶度：当初始温度超过熔点时，结晶时间延长导致结晶度降低；而控温冷却阶段CO₂的溶解-析出行为形成晶体缺陷，为气泡提供成核位点。该工艺实现了泡孔直径50-300 μm、膨胀比6.5的PBAT泡沫制备，界面强度达1.5 MPa，突破传统蒸汽箱成型（SCM）的低温焊接限制。

作者贡献声明

张远鹏：主笔撰写；黄婷慧：数据整理；张继翔：数据整理；严卓西：数据整理；陈佳庆：数据整理；张晶晶：论文修订；雷彩虹：数据整理。

利益冲突声明

作者声明无已知可能影响本研究的财务或个人利益冲突。