突破技术壁垒， 打造具有国际水准的PET发泡材料

发泡可以使材料轻量化，并赋予材料各种强大的功能，如保温隔热、缓冲吸能、吸音降噪、吸附过滤，绝缘低介电等。不仅如此，塑料发泡还可以进一步在减碳、环保、新能源、回收利用及可持续发展等领域发挥更加重要的作用。

北京化工大学教授、博导何亚东

PET泡沫芯材具有良好的剪切性能，因此常用于壳体结构中的抗剪切填充物。PET原材料成本较一般的芯材泡沫材料低，采用PET泡沫作为芯材的夹层结构材料通常需要采用树脂等粘合剂进行粘结，但由于PET泡沫泡孔尺寸通常较大，因此树脂吸收率通常较高，因此其成本、重量相对较高，从而限制了其应用。但学术界出现了新型的发泡技术，例如，北京化工大学与南京创博机械设备有限公司共同合作开发的“PET免干燥反应扩链超临界流体发泡一体化技术”就是其中之一。

“绿色”的PET超临界流体反应挤出发泡体化技术

PET发泡材料是一种刚性泡沫材料，主要成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate），俗称涤纶树脂。采用挤出物理发泡工艺制备，一般主要用于复合材料结构芯材，例如风电叶片、轻卡车厢板等，可以实现结构的轻量化并显著提高结构刚度。由于其可以采用饮料瓶回收料来制备，而且本身也可完全回收利用，无毒无污染，因此受到更为广泛的关注。

北京化工大学教授、博导何亚东表示，目前，高性能发泡材料及其制备技术为发达国家垄断。经过国内企业的不断努力，通过将原料、工艺和设备紧密结合起来，我国已经成功开发PET超临界流体反应挤出发泡一体化工艺技术，具有显著优势，达到国际领先水平。

他介绍说，免干燥PET反应挤出发泡一体化成型机组，是基于双螺杆接单螺杆双阶连续挤出发泡一体化的工艺技术。应用先进的发泡工艺，100%二氧化碳发泡。完全利用“CO2组合发泡剂”替代了“氟系列”发泡剂，大大的降低了生产成本，而且CO2作为发泡剂更为环保，相对于传统发泡在生产时使用氟化物作为发泡剂，会对环境及人体健康产生一定影响，但目前PET发泡技术可以利用生产过程中产生的二氧化碳作为发泡剂，因此可以做到温室气体零排放。

该技术的生产线运行快速平稳，采用的优化反应扩链体系可以调节熔体黏弹性，更易控制发泡过程和调控性能；生产出的板材具有良好的耐热性、力学强度等优点。尤其是，连续挤出发泡PET免干燥技术无需将原料进行预结晶干燥，可显著提高设备生产效率，降低能耗和设备投资。发泡机头的设计能够分别实现多孔条、薄板、厚板以及片材的多工艺成型，工艺灵活性强。

此外，超临界二氧化碳复合发泡体系还可以实现完全不燃的发泡剂体系，大大提升了工艺安全性，显著降低了泡孔尺寸，改善泡孔均匀性，最终提高PET发泡材料的综合力学性能。这两大技术特征均为国外技术所不具备的。

“PET免干燥反应扩链超临界流体发泡一体化技术”还是一种安全绿色的工艺技术。使用这一技术不仅可以采用常规瓶片级PET树脂作为发泡基体树脂，同时还可采用回收的PET瓶片料作为主体树脂，而边角废料也能完全回收处理，因此具有节能、高效、安全、环保、高性价比等优势，实现了高发泡倍率PET板、片材的稳定连续挤出生产。PET发泡板材本身也可以回收利用，因此具有良好的环保性能，非常利于环保，更有利于可持续发展。
“与国外技术相比，总体性能优于国外产品水平，尤其是复合材料应用中最关注的压缩和剪切性能有较大幅度提升。”何教授表示。

PET轻质结构芯材助力我国风电叶片“起飞”

在国家大力支持新能源发展，推进“双碳”目标达成的背景下，风电行业迅速进入了调整期，技术降本和能源低碳转型成为风电行业发展的新方向，同时驱动了叶片材料的革新。叶片是风电系统中的关键部件，我国风电叶片产能占全球一半以上。在风电叶片应用中，结构芯材是风电叶片的关键材料，占据叶片成本的25%以上。实现轻质结构芯材的稳定供应和自给自足，对我国新能源行业持续健康快速发展至关重要。

目前，我国风电叶片的芯材主要为PVC泡沫。而PVC泡沫在制造、使用及废弃处理时，都会产生一定程度的环境污染问题。未来随着风电机组服役期满，大量风电叶片批量下线，若不能及时处理，不仅阻碍风能产业的健康发展，还将对环境造成巨大的影响，所以亟需更为环保的叶片材料进行替代。

“PET为热塑性材料，具有可回收和重复利用等特点，是叶片中最具发展潜力和前景的轻质结构芯材，全PET芯材叶片是风电技术的重要发展趋势。”何教授举例说，“2021年上海电气的推出S89叶片，是当时全球最长陆上叶片，标志着陆上风电机组正式进入新时代。叶片中除保留1立方轻木，高强度芯材均为PET发泡材料。”

何亚东进一步分享到，株洲时代自主研制的TMT185叶片于2022年3月在鄂尔多斯下线，叶片长达91米，也是当时国内已下线的最长陆上风电叶片。TMT185叶片中结构芯材，已批量从PVC交联发泡切换为PET发泡材料。国产PET轻量化结构芯材首次批量用于陆上风电90米以上叶片，标志着国产化PET发泡材料产品性能的全面赶超。

上海电气自主研发百米级风电叶片S112按照EC61400－23标准顺利通过静载测试，测试数据与理念设计高度符合，验证了该款超百米级碳纤维叶片设计的高可靠性。S112叶片中结构芯材，也是批量从PVC交联发泡切换为PET发泡材料，目前使用的是临界流体发泡一体化技术的YD100产品。

他表示： “国产PET发泡芯材首次用于100米以上叶片并通过静载测试，标志着国产PET轻量化结构芯材设计和应用的技术突破。”

在其他行业领域的应用

在汽车领域，轻量化是目前的大趋势。据统计，2021 年全球新能源车型累计销量近650万辆。将PET发泡芯材应用于汽车领域，例如，新能源汽车后备箱隔板、物流车的箱体板材、房车及客车等的地板等，可以实现汽车的轻量化，也能有一定的节能环保作用，而且还能使汽车的制造领悟更加的完善，使汽车的综合性能提高。
除此之外，由于具有良好的抗剪切性能、隔热性能及环保性能，因此PET发泡材料常用于建筑隔热材料、夹层结构材料芯材、运动器材、船舶、航空航天等领域。

来源：荣格-《国际复材技术商情》

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