进阶中的制备工艺！超临界流体发泡技术凭何夯基垒台？

超临界发泡是以超临界二氧化碳和氮气替代有机发泡剂，在一定压力、温度下进行发泡的工艺技术。作为一种物理发泡成型技术，超临界发泡是制作微孔塑料最有效的方法之一，其制作而成的塑料孔径通常在0.1-10μm之间。根据工艺不同，超临界发泡工艺可分为超临界珠粒发泡工艺、超临界片材发泡工艺，其中超临界珠粒发泡又分为挤出发泡、釜式发泡等。在发泡剂方面，超临界发泡剂以二氧化碳、氮气为主，这是由于二氧化碳和氮气的性质稳定、对环境友好、价格低廉，且反应较温和，易于控制。如今，随着国家双碳目标的推进，建筑、基建等所需板材向轻量化、绿色化、功能化发展，而作为实现聚合物材料轻量化的重要途径，发泡技术起着至关重要的作用。超临界流体发泡聚合物是安全绿色工艺技术，其凭借着优异的保温、力学性能及低碳环保等特性，满足快速发展的新兴行业和高品质生活需求，市场前景相当可观。

其中，林德公司作为专业生产发泡用氮气、二氧化碳等物理发泡剂的气体公司，为物理发泡企业提供高纯度发泡用氮气、二氧化碳及相关增压稳压解决方案、流量控制设备、定制化气体供应的，并保证客户气体供应的稳定性及产品纯度的可靠性。公司主营产品PRESUS®C 高效液体二氧化碳增压装置，凭借多项优势功能使其广泛应用于超临界物理发泡、保温材料、床垫、鞋材、厨房海绵等领域方向；可靠、连续供应高压过冷液体二氧化碳；自动停机，停机时无能量消耗；气体辅助驱动，无需供电；质量流量自动适应客户需求；柔性备用设计，实现最大可用性；二氧化碳来自标准真空隔热槽罐；独立单管，比环形管道安装成本更低；低噪音水平；选配装置实现温度调节。

图：高压釜发泡工艺流程

图源：公众号@塑库网/侵删

利用高压釜发泡好的片材随后会被运送到鞋材厂，使用激光切割机进行初步的裁切，获得中底的粗胚。再使用定制的打粗机，依靠上面的砂轮进行精细打磨，获得一个基本准确的三维外形。最后进行模压定型，将大底的橡胶片放在底下，压紧加热，两者软化粘合，就可以得到一个完整的中底+大底。

3）射出成型+超临界发泡+模压定型

该方法也称胚膜发泡，Lightstrike Pro、C202 GT的氮气中底均采用此工艺。射出成型机的结构和挤出机类似，原料经过加热软化，像针筒挤压一样，通过孔道射入到中底模具中，进行加热成型。在化学发泡的情况下，原料中混合的发泡剂会在高温下分解产生气体，从而进行发泡。但在超临界发泡中，射出成型这一步没有发泡剂，所以得到的是一个没有发泡的冷胚，然后一次性将几十个冷配置于托架上，送入高压釜中进行发泡。因此，这里的射出成型发泡和一步法Mucell发泡成型是不同的。

需要注意的是，在装入高压釜这个步骤中，有2个选择：一是将射出的半成品暴露放置架子上，其相对自由度较大，需要精密计算，控制发泡倍率，以确保成品尺寸与设计值相符，提高良品率；二是将半成品放入中底模具中，发泡膨胀时受到模具的限制基本就是成品的尺寸，但如果受限过度，则会导致中底过度压缩，弹性降低。

• 超临界流体发泡应用于食品领域

超临界CO2能通过调整温度和压强，针对不同分子进行量身定制式萃取，并且其芳香成分不易被氧化破坏。得益于此，超临界流体技术在啤酒花有效成分萃取、从果蔬中提取天然香精、从动植物中提取动植物油脂、从茶叶中脱除咖啡因、从乳脂中脱除胆固醇等方面的研究和应用都取得了长足发展。

早在1993 年，国内就建成沙棘油工业萃取装置, 成功填补SFE 技术的工业化空白。1996年，清华大学建成啤酒花浸膏SFE中试装置，将啤酒花利用率从25%提高到90%左右。目前，国内已有不少企业利用超临界技术萃取天然香辛料、油脂等，且具有脱重金属、可复配、可量化、味道释放快等优点，很受消费者欢迎。

图：江苏越升工厂车间内景图源：公众号@专塑视界常州金纬化工成套设备有限公司是一家致力于塑料挤出成型设备的研发、制造的高科技厂家，公司生产的产品有生物降解塑料改性成套设备，其典型应用为PLA、PBAT、PBS、PPC、PCL、TPS和PHA等全降解塑料的合金共混，淀粉填充改性，竹木粉填充改性，矿物粉填充改性等。图：生物降解塑料改性成套设备图源：公众号@生物降解材料研究院/侵删泰安实力机械装备有限公司是专业从事高压设备研发和制造的生产型企业。主要设备为超临界发泡设备、新型粉体材料装备等各种新材料用设备。SL1000型超临界发泡设备-量产机台是其明星产品，主要用于工厂进行规模性量产使用，该设备优势为可采用氮气、二氧化碳发泡；温度均匀性可达±1.5℃以内；其可发泡材料有EVA、TPU、PE、TPEE、PP、ABS、PEBAX等各种高分子弹性体，主要应用于运动鞋材、板材、片材及新材料的超临界氮气、二氧化碳发泡等领域。当前，由于超临界发泡技术制备的超临界发泡材料性能优良，在鞋材、包装、风电、5G通信等领域应用广泛，而随着超临界发泡材料应用领域扩展，超临界发泡技术应用需求将持续释放，市场发展前景广阔。但仍需注意，由于超临界发泡技术具备清洁环保、性能稳定、泡孔结构精细等特性，使其与传统化学发泡技术相比，其在配方、设备、发泡剂方面难度更高。未来，超临界物理发泡有望作为一种平台型技术，连接上游高性能材料与下游应用场景，未来市场空间广阔，发展速度可期。