泡沫塑料具有质轻、隔热、隔声、缓冲和良好的吸附性能等优势,广泛应用于国民经济的各个领域。在倡导绿色制造的大背景下,微孔发泡技术已成为泡沫塑料加工领域研究的热点。聚丙烯的热变形温度高、疏水亲油性强、力学性能优和化学稳定性好,因此聚丙烯泡沫材料在隔热、溢油处理和汽车轻量化等领域具有良好的应用前景。然而,目前在聚丙烯泡沫材料制备方面仍存在一些问题。首先,由于线型聚丙烯的结晶度高、结晶速率快和熔体强度差,难以制备出在隔热领域应用的大倍率闭孔泡沫,并且聚丙烯在CO2作用下晶体组织的演变对其发泡行为的影响规律不明确。其次,发泡倍率与泡孔开孔之间存在相互对立的关系,从而对应用于溢油处理领域的大倍率开孔泡沫的制备提出了挑战。最后,由于发泡在受限空间内、高温环境中和复杂流场作用下进行,常规微孔发泡注塑工艺成型的发泡制件往往存在减重小和表面质量、力学性能差的问题,从而限制了发泡注塑制件在汽车轻量化领域的应用。为此,本文以绿色环保的超临界流体为发泡剂,通过在半熔融态诱导发泡的升温间歇式发泡工艺、非结晶态诱导发泡的降温间歇式发泡工艺和基于增加发泡空间的开合模微孔发泡以及气体辅助微孔发泡注塑工艺分别制备大倍率闭孔聚丙烯泡沫、大倍率开孔聚丙烯泡沫和轻质聚丙烯微孔发泡注塑制件。在此基础上,对闭孔泡沫的隔热和压缩性能、开孔泡沫的吸油性能以及发泡注塑制件的表面质量和力学性能等进行了研究。主要研究工作和结果如下:(1)设计了原位可视化装置,在线研究了聚丙烯在CO2吸附过程中晶体的熔融行为,以原位观察结果指导线型聚丙烯的升温间歇式发泡实验,直观揭示了升温间歇式发泡工艺中聚丙烯的结晶与其发泡行为之间的关系,并研究了大倍率闭孔泡沫的隔热和压缩性能。研究表明,为保证聚丙烯能够发泡,聚丙烯基体中必须存在一定数量的晶体,在晶体几乎完全熔融的条件下,制备泡沫的发泡倍率达到最高。在15 MPa和154℃的条件下,首次以纯的线型聚丙烯制备了发泡倍率高达45倍,密度低至0.0202 g/cm3,泡孔尺寸约为49 μm的大倍率闭孔泡沫,其热导率低至37.2 mW·m-·K-1。(2)为制备大倍率开孔聚丙烯泡沫,设计了降温间歇式发泡工艺,为揭示该工艺中结晶与发泡之间的关系以及结晶对泡沫开孔的影响机制,采用原位观察方法研究了 CO2对聚丙烯非等温结晶的影响规律,分析了发泡温度和压力对泡沫发泡倍率和泡孔形貌的影响,最后研究了大倍率开孔泡沫的疏水性、吸油能力、吸油动力学和循环使用性能。研究发现,当熔体处于非结晶态时诱导发泡,能够制备较大发泡倍率的泡沫,且诱导熔体发泡后,聚丙烯在泡孔生长过程中发生结晶有助于制备开孔泡沫。在20 MPa和135℃的条件下,以纯的线型聚丙烯制备了发泡倍率高达23.9倍的开孔泡沫,其与水的接触角高达151.5°,对不同油品的吸附倍率在17.0-48.9 g/g之间,且具有良好的循环使用性能。(3)制备了聚丙烯/滑石粉复合材料,研究了滑石粉对聚丙烯结晶和流变行为的影响,通过可视化模具研究了泡孔在保压阶段的消失过程,分析了开合模微孔发泡注塑工艺中不同保压时间对泡孔消失的影响,系统研究了保压时间、开模距离和滑石粉含量对发泡制件泡孔形貌的影响规律,对比了开合模微孔发泡注塑工艺与常规微孔发泡注塑工艺成型制件的表面质量。结果表明,开合模微孔发泡注塑工艺中的长时间高保压和滑石粉的异相成核作用能够显著改善线型聚丙烯的发泡行为。当滑石粉含量为10%、开模距离为6mm和保压时间为12s时,试样的减重量高至66.7%,平均泡孔尺寸为56.5 μm,泡孔形核密度为1.54×107 cells/cm3。此外,开合模微孔发泡注塑工艺施加的保压作用在一定程度上消除了制件表面的泡痕,从而提升了制件的表面质量。(4)将气体辅助注塑工艺引入微孔发泡注塑工艺,提出了一种新型的气体辅助微孔发泡注塑成型工艺,构建了气体辅助微孔发泡注塑工艺实验平台,设计了相关实验模具,以线型聚丙烯为实验原料,对比分析了常规微孔发泡注塑工艺和气体辅助微孔发泡注塑工艺成型试样的减重、泡孔形貌、表面质量和力学性能。结果表明,新工艺将试样的减重量从30%提升到45%。高压气体的保压作用有效解耦了熔体的填充和发泡过程,二次发泡后试样内部泡孔比较均匀,泡孔密度比常规微孔发泡注塑试样提高了一个数量级,且试样具有密实的皮层。高压辅助气体的长时间保压作用还能有效提升发泡制件的表面质量,与常规微孔发泡注塑试样相比,气体辅助微孔发泡注塑试样的粗糙度降低了 1.63倍,表面光泽度提升了 1.87倍。气体辅助微孔发泡试样内部细小均匀的泡孔和外部密实的皮层,使得其抗拉、抗弯和抗冲击性能得到显著提升。(5)研究了常规注塑工艺和气体辅助注塑工艺制备试样的结晶行为,建立了气体辅助注塑工艺三维数值模拟模型,揭示了高压辅助气体对熔体结晶的影响机理,研究了常规微孔发泡注塑和不同保压时间下气体辅助微孔发泡注塑工艺中泡孔的演变规律,从结晶的角度揭示了气体辅助微孔发泡注塑工艺对聚丙烯发泡行为的改善机理。研究发现,高压辅助气体的穿透产生了强烈的剪切作用,从而诱导熔体生成大量晶核,同时使试样具有较薄的残余壁厚,加剧熔体冷却,从而造成晶粒不能充分生长,降低了聚丙烯的结晶度。在气体辅助微孔发泡注塑工艺中,高压气体的保压对熔体进行冷却,当再次诱导发泡时,熔体强度得到提升,且熔体内部诱导生成的大量晶核能为泡孔异相成核提供质点,进而显著改善了聚丙烯的发泡行为。