中科院宁波材料所汪龙研究员将出席青岛超临界发泡论坛，详解微孔注塑发泡新技术路径

核心要点

• 中科院宁波材料所汪龙研究员将在 10 月 29 日青岛论坛上以"微孔注塑发泡新技术及其应用"为题发表演讲。
• 微孔注塑发泡以超临界 CO₂/N₂ 为发泡介质，将泡孔直径控制在 1~100 μm 区间，材料密度可降低 5%~30%。
• 该技术正在新能源汽车结构件、5G 高频通信、医疗器械等场景推进工程化验证。

一、汪龙研究员与宁波材料所发泡技术布局

中国科学院宁波材料技术与工程研究所（简称宁波材料所）成立于 2004 年，是中国科学院、浙江省、宁波市三方共建的应用导向型研究所。其高分子先进加工团队长期围绕聚合物发泡成型工艺与装备开展系统研究，重点方向之一就是以超临界流体为物理发泡剂的注塑发泡技术。

汪龙研究员长期聚焦"微孔注塑发泡"工艺与机理研究，其工作覆盖了从泡孔成核与长大的基础理论、模具与工艺协同设计，到 PLA、TPU、PP、PA 等不同基体材料的工艺适配。即将在 10 月 29 日青岛论坛上做的报告《微孔注塑发泡新技术及其应用》，将以工艺视角为主线，串联该所近年的代表性研究进展。

二、微孔注塑发泡的工艺机理

微孔注塑发泡的核心是将超临界状态的 CO₂ 或 N₂ 在塑化阶段与聚合物熔体形成均相体系，再通过快速释压或温度跃升使体系进入热力学过饱和状态，气体从熔体中析出形成大量微米级气泡核，最终稳定在 1~100 μm 区间。理论上当泡孔直径小于材料内部临界缺陷尺寸时，泡孔的存在不再显著降低材料的力学性能，反而能通过应力集中抑制裂纹扩展。

与传统的化学发泡剂（如 AC、OBSH）相比，超临界物理发泡具有三个突出特征：一是发泡剂残留几乎为零，特别适合食品接触、医疗器械等场景；二是泡孔尺寸更细，可实现"纳米孔"甚至"亚微米孔"调控；三是工艺窗口与材料熔体强度耦合紧密，需要在塑化、注射、保压三阶段对温度、压力、背压做出精细控制。

三、技术演进：从 MuCell® 到国产化突破

微孔注塑技术的工程化起点可追溯到上世纪 90 年代。麻省理工学院 Suh 课题组率先提出相关概念，多伦多大学 Chul B. Park 团队在 1993 年之后系统建立了微孔塑料制造实验室（Microcellular Plastics Manufacturing Laboratory），并在博士阶段与 MIT 合作参与了第一代 MuCell® 注塑与挤出技术发明。MuCell® 工艺由 Trexel 公司商业化，目前已在汽车内饰、家电外壳、包装容器等大批量场景实现规模化应用，单台设备锁模力覆盖 50~4000 吨。

近年来，国内在超临界注塑发泡装备与工艺上的进展加速。宁波材料所、青岛科技大学、北京化工大学、申赛×中科院长春应化所等团队，从材料配方、模具设计、气体循环系统等不同侧面推进国产化。宁波材料所汪龙研究员团队在 PLA 微孔注塑、生物基聚酯发泡、薄壁件发泡外观改善等方向均有公开论文与会议披露，逐步缩小与国际领先团队的工艺差距。

四、产业化应用的关键挑战

据艾邦弹性体网报道，汪龙研究员在公开演讲中多次提及，微孔注塑发泡从"实验室能做"到"批量稳定赚钱"仍隔着几道硬坎：

1. 材料-工艺耦合窗口窄：PLA、PHA 等生物基材料的熔体强度低、易塌陷收缩，需要配合扩链改性、双阶交联或在位反应挤出；通用 PP、ABS 在高填充改性后泡孔形貌难以均匀。
2. 装备成本与密封寿命：超临界 CO₂/N₂ 在高压下对螺杆、模具密封件的腐蚀与磨损加快，万吨级连续运行的密封寿命与温控一致性是国产设备的主要瓶颈。
3. 模具-工艺协同设计：泡孔形貌与模具浇口、流道结构、冷却水路耦合紧密，传统模具设计的经验难以直接复用，需要从 CAE 仿真到试模调试全流程打通。
4. 批次稳定性与质量检测：微孔结构在制品内部不易直接观察，行业仍缺乏在线、可量化的泡孔尺寸与密度分布检测手段。

五、对聚合物发泡材料行业的启示

汪龙研究员此次在青岛论坛上的演讲，将是国内微孔注塑发泡领域的一次阶段性总结。从下游应用看，三类场景在 2026 年具备较高可行性：

• 新能源汽车结构件轻量化：动力电池模组塑料支架、电机外壳、内饰骨架使用微孔注塑件，可在保持刚性的同时减重 5%~15%。
• 5G/6G 高频通信部件：高频 PCB 基板、滤波器腔体对介电常数与损耗有严苛要求，微孔结构可同步实现轻量化和介电调控。
• 医疗器械耗材：微孔注塑成型的一次性注射器、留置针导管等耗材，可在保证灭菌性能的前提下降低材料消耗和成本。

微孔注塑发泡的核心壁垒仍在于材料-装备-工艺-模具四要素的耦合经验。宁波材料所、青岛科技大学、青科大-申赛联合体等团队的"企业家+科学家"绑定模式，正在把分散的实验室能力向产业化能力转化，这也是本次青岛论坛希望进一步推动的方向。