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微孔聚合物通常是指孔密度大于109 cells/cm3，孔径小于10μm的多孔发泡材料。微孔聚合物可以在维持其必要机械性能的前提下显著降低材料密度和聚合物用量，从而实现降低制品价格和节约成本的目的。自从MIT的Suh教授首次提出微孔发泡材料的概念以来，微孔发泡材料引起了人们的广泛兴趣。多种聚合物的微孔发泡行为得到了研究，并且已经开发了间歇发泡、连续挤出发泡和注塑成型发泡等技术。由于聚丙烯(PP)具有优异的机械、热性能和相对较低的价格，其被认为是目前工业中广泛应用的其它热塑性发泡材料的最佳替代物。但由于PP是半结晶聚合物并且其熔体强度较低，相比于无定形聚合物，PP的微孔发泡比较困难，关于PP微孔发泡的研究报道较少。
本文旨在通过对PP材料性质和发泡过程的控制，实现对PP微孔发泡材料泡孔形态的控制。本文分别采用了固态发泡和注射成型微孔发泡两种发泡工艺制备PP微孔发泡材料。在固态发泡过程中，重点考察了聚合物的聚集态结构对发泡行为的影响，包括纯PP的结晶结构、PP/clay纳米复合材料中纳米粒子的分散状态以及PP/LDPE共混物的共混结构对泡孔形态的影响。在注射成型微孔发泡过程中，重点考察了聚合物/气泡二相流体系所经历的热机械历史对泡孔形态(特别是泡孔取向)及制品力学性能的影响，并通过Moldflow对注射成型微孔发泡过程进行了初步模拟。具体的研究工作如下：
首先考察了PP的结晶结构对PP微孔发泡行为的影响。实验结果表明：CO2压力较低时，微米尺寸的泡孔首先在球晶中心生成，而在球晶的主体放射状片晶区域，此时亦有大量的次微米级泡孔在片晶间的无定形区生成；随着CO2压力的增加，封闭泡孔开始在PP球晶边缘的无定形区出现；随着CO2压力的进一步增加，则在球晶的主体放射状片晶区域也有封闭的泡孔出现，此时片晶被泡孔撑开，片晶间微纤被拉伸。然而，在较低的发泡温度和较高的CO2压力下，得到的微孔PP的泡孔形态均匀，很难再分辨出球晶结构的影响。同时较高的CO2压力导致了PP的γ晶的生成。
其次，考察了PP基体中粘土(clay)的分散状态对PP/clay纳米复合材料微孔发泡行为的影响。本文比较了两组PP/有机改性蒙脱土(OMMT)纳米复合材料的微孔发泡行为。实验结果表明：在scC02饱和过程中，scC02对聚合物的溶胀作用可以促进OMMT片层在聚合物基体内的剥离；微孔发泡实验结果表明OMMT的存在可以促进PP发泡时孔密度的增加和孔径的减小，但OMMT对PP微孔发泡行为的影响取决于其在PP基体中的分散状态，而不是取决于其在PP基体中的含量；随着发泡温度的降低和CO2压力的提高，OMMT对PP微孔发泡材料的泡孔形态的影响变得不明显。
第三，考察了共混形态对PP/LDPE共混物微孔发泡的影响。本文研究了一系列具有不同相形态的PP/LDPE共混物的微孔发泡行为。实验结果表明：当发泡温度接近于LDPE的熔点时，泡孔只能在LDPE相内生成，这时当PP是分散相而LDPE是连续相时，均匀分散的PP珠滴将会起到异相成核剂的作用，促进LDPE相内泡孔的生成。而当PP是连续相，LDPE是分散相时，此时泡孔只能在LDPE珠滴内生成。受周围硬度较高的PP相限制，最终泡孔的尺寸取决于LDPE珠滴的初始尺寸。然而，当发泡温度接近PP的熔点时，PP相内也有泡孔生成。此时随着共混物内LDPE组分含量的增加，共混物内形成的PP球晶数量减少，泡孔密度增加。特别地，在具有共连续结构的50/50PP/LDPE共混物内，由于PP和LDPE都具有较低的熔体强度，此时生成于PP相内的泡孔和生成于LDPE相内的泡孔互相连通，形成开孔的微孔聚合物。
第四，考察了注射成型微孔发泡过程中聚合物/气泡两相流所经受的热机械历史对发泡制品泡孔形态和最终机械性能的影响。正交实验结果表明：由于注射填充时型腔内的剪切作用，泡孔沿流动方向发生取向，尺寸较小的泡孔形变困难，而尺寸较大的泡孔则很容易沿流动方向发生取向；同时正交实验结果表明较大的熔胶尺寸、较小的注射速度、较小的scN2含量和较低的模温有利于得到较高拉伸强度的微孔发泡材料。流动诱导的PP分子链沿流动方向的取向被认为是影响微孔发泡材料拉伸强度的主要因素，取向程度越高，拉伸强度就会越大；仅改变发泡制品减重而保持其他工艺条件不变时，制品的拉伸强度和冲击强度与制品的减重具有线性关系。
最后，通过Moldflow对微孔注射发泡过程进行了模拟。基于Moldflow模拟的结果，确定了本文所用模具的流道、浇口的形状和尺寸，保证了模具内拉伸、冲击和弯曲三个样条的流动平衡。通过Moldflow计算了顶出时制品沿厚度方向的温度分布，解释了在制品内沿厚度方向的泡孔分布。模拟清晰地显示了制品内聚合物分子链的取向。同时还计算了微孔发泡材料内的泡孔尺寸和泡孔内压力，结果表明在充填末端生成的泡孔尺寸较大，而泡孔内压力较低。模拟的结果还表明，微孔发泡制品内大量泡孔的存在可以有效的提高制品的尺寸稳定性，减少制品的翘曲和收缩变形。