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多伦多大学 Chul B. Park 教授 30 年微孔发泡研究脉络:从泡孔成核机理到产业化应用 ...

2026-9-25 22:47| 发布者: 泡塑产业| 查看: 54| 评论: 0|原作者: 泡塑产业

摘要: 多伦多大学 Chul B. Park 教授即将在 10 月 29 日青岛超临界发泡论坛做题为《超临界注塑发泡机理的可视化研究:泡孔构效关系调控与模具、材料协同设计》的主题演讲。Park 教授从 1993 年起在多伦多大学主持微孔塑料 ...

核心要点

  • 多伦多大学 Chul B. Park 教授即将在 10 月 29 日青岛超临界发泡论坛上做题为"超临界注塑发泡机理的可视化研究:泡孔构效关系调控与模具、材料协同设计"的演讲。
  • Park 教授从 1993 年起在多伦多大学主持微孔塑料制造实验室,期间参与了微孔发泡技术的早期研发。
  • Park 教授 2024 年入选 Plastics Hall of Fame,其研究覆盖泡孔成核机理、超临界流体发泡、纳米孔聚合物等方向。

一、学者背景与历史地位

Chul B. Park 教授是多伦多大学机械与工业工程系杰出教授(Distinguished Professor),从 1993 年起在多伦多大学创建并主持微孔塑料制造实验室(Microcellular Plastics Manufacturing Laboratory)。该实验室被国际公认是微孔塑料发泡研究领域的顶尖机构,也是 CCPMCP(Consortium for Cellular and Microcellular Plastics,细胞与微孔塑料联合体)的核心节点,目前拥有 20 多家来自加拿大及全球的工业赞助方。

Park 教授在 MIT 攻读博士学位期间,与导师 Nam P. Suh 教授共同发明了第一代 MuCell® 注塑与挤出技术。MuCell® 工艺以超临界 N₂ 或 CO₂ 作为物理发泡剂,通过注塑过程实现微孔结构(泡孔直径 1~100 μm、密度降低 5%~30%),是当前全球微孔注塑量产应用最成熟的技术路线之一。该技术后来由 Trexel 公司实现商业化,适配50~4000吨锁模力,已在汽车内饰、家电外壳、包装容器等领域规模化应用。

2024 年,Park 教授因其在微孔发泡与可持续发泡剂领域 30 多年的系统性贡献入选 Plastics Hall of Fame(塑料名人堂)。评审委员会指出,他对超临界 CO₂ 替代臭氧消耗性发泡剂的工程化推进,直接推动了全球保温泡沫行业从 CFC/HCFC 体系转向 CO₂ 体系。

二、三十年研究脉络

Park 教授的研究可分为四个阶段,每个阶段都有可验证的代表性工作。

第一阶段(1990s):泡孔成核机理奠基。Park 与 Suh 在 1990 年代初建立的经典成核理论指出,在聚合物/超临界流体均相体系中,气泡成核速率受过饱和度、温度、压力的联合控制。后续研究中,Park 团队又系统引入了剪切场和拉伸场对成核的影响,将成核理论从静态条件拓展到注塑过程的动态条件。

第二阶段(2000s):超临界 CO₂ 替代 CFC/HCFC。Park 团队在 2000 年代系统验证了超临界 CO₂ 在 PU 软泡、PS 泡沫、XPS 挤出等场景的工艺可行性,论证了 CO₂ 体系在泡孔密度、绝缘性能、加工窗口上不弱于甚至优于传统化学发泡剂。这是全球泡沫工业"去 CFC 化"的关键科学基础之一。

第三阶段(2010s):纳米孔与微孔-纳米孔复合结构。Park 团队在 2010 年代将泡孔直径进一步下推到亚微米乃至纳米尺度,提出"纳米孔聚合物"概念。这一阶段的核心贡献是将经典成核理论延伸到了纳米尺度,并探索了纳米孔结构在绝缘、过滤、生物医学等领域的应用可能性。

第四阶段(2020s):AI 与数字孪生辅助的泡孔调控。近五年,Park 团队与工业伙伴合作,把泡孔形貌调控纳入机器学习与数字孪生框架。基于实验大数据训练的预测模型,可在工艺参数给定的情况下预报泡孔尺寸分布与密度,指导模具和工艺协同设计。

三、本次青岛论坛的演讲要点预判

根据艾邦弹性体网公布的议程,Park 教授在 10 月 29 日青岛论坛上的演讲题为"超临界注塑发泡机理的可视化研究:泡孔构效关系调控与模具、材料协同设计"。从题目关键词看,演讲将重点覆盖两个方向:

  1. 泡孔成核-长大-稳定的可视化技术:包括高压在线观测、高速 X 射线/中子成像、超声波时域分析等手段在工艺研发中的应用。
  2. 模具-材料协同设计方法:在多尺度仿真框架下耦合流变学、相分离动力学与传热,使模具结构与材料配方匹配,从而获得稳定的泡孔形貌。

四、对国内发泡材料行业的启示

Park 教授本次到访青岛,对国内超临界发泡行业有三重意义:

  • 学术坐标:Park 团队 30 年的研究脉络为国内学者提供了可对照的"学术地图",可帮助国内团队在国际坐标中定位自身工作。
  • 产学研协同:Park 教授同时主持 CCPMCP 联合体,与 20+ 工业赞助方长期合作,这种"工业资金 + 学术自由"模式对国内"高校 + 龙头"合作机制有参考价值。
  • 工艺-装备协同:Park 团队近年强调的"工艺-模具-材料"协同设计思路,与国内当前普遍存在的"装备厂不懂材料、材料厂不懂模具"分工格局形成对比,是国内下一代发泡成型装备研发值得借鉴的方向。

Park 教授在多伦多大学的实验室至今已培养超过 300 名研究人员(含近 100 名博士生),并累计获得超过 5000 万加元的研究经费。本次青岛论坛是中文学术界难得能与 Park 教授面对面的机会。


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