聚合物发泡材料指的是气体分散在固体聚合物中，形成的一种以聚合物 （塑料、橡胶、天然高分子材料等）为基体而内部具有无数气泡的聚集体，是 一种以气体为填料的复合材料[1]。 聚合物发泡材料种类繁多，大部分的热塑性和热固性塑料都可以加工成泡 沫塑料，比如聚氨酯（PU）泡沫、聚烯烃（PP、PE 等）泡沫、聚苯乙烯（PS） 泡沫、酚醛泡沫、聚氯乙烯（PVC）泡沫等热塑性和热固性泡沫塑料；以及丁腈橡胶泡沫，发泡植物纤维、发泡淀粉等天然高分子发泡材料。这些发泡材料在日常生活用品、绝缘材料、包装材料、电子产品、电器、运动设施等行业都有着广泛的用于，高性能泡沫诸如聚异氰脲酸酯（PIR）泡沫、聚酰亚胺（PI）泡 沫、有机硅泡沫等在军事、航空航天等领域发挥着重要作用[2]。 

1.1.1 热塑性发泡材料成核机理 

热塑性发泡材料的发泡过程是一个较为复杂的热力学和动力学过程，根据不同的发泡工艺，又可以将发泡过程分为挤出发泡、模压发泡、釜压发泡、注塑发泡等，而无论哪种工艺，发泡材料的基本过程一般可以分为四个步骤[3]，如 

图 1.1 所示

图 1.1 聚合物发泡过程示意图 

Fig 1.1 Illustration of polymer process 

（1）发泡剂溶解在聚合物基体中，形成聚合物/发泡剂气体的均相体系。在一定的温度和压力下，发泡剂气体分子渗透到聚合物基体中，后来达到溶解平衡，形成气相/聚合物的均相体系。 

（2）热力学失衡造成的气泡成核过程。在热力学不稳定状态下（压力骤降或温度骤升），使聚合物/气相饱和体系迅速成为过饱和体系，溶解在聚合物熔体中的气体在聚合物熔体中集中，并逐渐形成原始微小的气泡，即气泡在聚合物基体中成核，形成“泡核”。 

（3）原始泡孔核的生长。“泡核”形成后，溶解在聚合物基体中的气体分子开始逐渐向“泡核”扩散，使泡孔生长，体系内的自由能持续降低。在气泡生长阶段，相分离开始，气相也已经形成，气泡的膨胀受到聚合物基体的粘弹性、泡孔生长的时间、体系温度、发泡剂的扩散速率等因素的影响。此外，发泡的工艺参数、设备的结构参数等都对气泡的生长也都有强烈的影响。 

（4）泡孔的稳定和固化定型。泡孔在生长的过程中，大部分气体扩散到气泡中或者逃逸出，泡孔生长的驱动力降低，气泡也逐渐不再生长，泡孔趋于稳定，聚合物基体的刚性逐渐提高，泡孔结构始终固化定型。这阶段主要受冷却速率和冷却时机的影响