在泡孔成核阶段，相对于Talc，由于CaSiO3与TPAE的高界面张力会降低异相成核能垒和CO2倾向于聚集在不相容的两相界面处的两方面共同作用，使得CaSiO3与TPAE界面区域的成核数远高于Talc。同时发泡温度接近TPAE的熔点，TPAE相的表面张力远低于无机粒子分散相的表面张力，因此泡孔会倾向于向TPAE基体相生长，而这种具有一定取向的泡孔生长更容易实现开孔结构。

随后相比较于Talc与TPAE之间良好的相容性，TPAE基体与CaSiO3分散相界面间的相互作用十分微弱，CaSiO3粒子会更容易从泡孔壁的黏接作用中脱落，形成细小的孔洞，而随着泡孔的进一步生长，孔洞也会逐渐扩大，从而形成具有高开孔率的TPAE/CaSiO3复合物开孔泡沫。

与TPAE基体存在较高界面张力的无机粒子更倾向于促进开孔结构的形成，但界面张力的大小不是影响TPAE泡沫高开孔率的唯一因素，因此本研究详细分析了TPAE/无机粒子复合物泡沫的开孔率与界面张力以及粒子在基体中密度的相关性，并对结果进行了拟合分析，如图9所示。

无机粒子与TPAE具有较高界面张力，并且粒子在TPAE基体中的分布密度较大时，复合物倾向于形成具有更高开孔率的泡沫。其中对于TPAE/CaSiO3复合物，CaSiO3的团聚现象导致的粒子尺寸增加也对泡沫的开孔率产生改善效果。此现象的理论依据可追溯至Vollenberg和Heikkinen提出的关于脱黏所需起始应力的公式（8）

σT分别是脱黏应力和热应力，Pa；WAB是黏结可逆功，J·m2；E是基体的杨氏模量，Pa；R是颗粒半径，m；C1，C2是常数。

式（8）揭示了起始脱黏应力受到粒子与基体间黏接强度（即界面张力）、杨氏模量以及颗粒尺寸的共同影响。随着颗粒尺寸和界面张力的增加，脱黏所需的起始应力降低，导致由颗粒脱黏引发的空隙会随着更高的泡孔壁的拉伸变形速率而增加。对于TPAE/CaCO3、TPAE/CaSiO3及TPAE/WI这3种复合物，由于其较高的界面张力或较大的粒子直径，促使分散相从TPAE基体中的脱落更为容易，较高的粒子密度导致异相成核位点增多，进而显著提升泡孔密度和减少泡孔壁厚，泡沫生长过程中拉伸应变速率的提高使泡孔壁所承受的拉伸应力增大，从而导致复合物泡沫的开孔率进一步增加。其中，TPAE/WI复合物因在界面张力以及粒子分布密度上的双重优势而具有最高的开孔率。

2.4 TPAE/无机粒子复合物泡沫的尺寸稳定性

弹性体发泡材料的收缩问题是普遍存在的，这严重限制了泡沫的实际应用。分析了185℃时TPAE/无机粒子复合物泡沫的尺寸稳定性，结果如图10所示，可以发现，纯TPAE的发泡倍率虽然高达22倍，但是由于负压和材料自身刚性不足的影响，发泡倍率随时间急剧下降，TPAE泡沫出现严重的收缩变形。而无机粒子的加入可提高TPAE/无机粒子复合泡沫的尺寸稳定性。相比较于Talc，CaCO3、CaSiO3、WI的改善效果尤其显著，这3种复合物泡沫的发泡倍率随时间基本不发生变化，收缩现象明显改善。

图11为185℃时TPAE/无机粒子复合物泡沫的收缩率和开孔率。可以看出，相比较于纯TPAE和TPAE/Talc泡沫，其他3种复合物泡沫具有更高的开孔率和更低的收缩率，表明开孔结构的形成和开孔率的增加是提高TPAE泡沫尺寸稳定性的关键因素。

图10 TPAE/无机粒子复合物的发泡倍率随时间的变化曲线

图11 185℃时TPAE/无机粒子泡沫的收缩率与开孔率

这是因为开孔结构能够允许CO2和空气在泡孔中自由通过，并且开孔率越高，CO2和空气进行置换的速率越接近，使得CO2流出泡沫速度与空气流入泡沫速度之间的差异越小，从而避免了较大压差导致的泡沫收缩。

图12展示了4种TPAE/无机粒子泡沫熟化后的发泡倍率随温度变化的情况。结果表明，相较于纯TPAE，4种复合物泡沫的最终发泡倍率均有所增加，其中TPAE/CaCO3、TPAE/CaSiO3及TPAE/WI显著提升。已知影响发泡倍率的主要因素有发泡剂的溶解度和聚合物的流变性能。由于无机粒子的添加量较少，基本不会影响CO2在复合物中的溶解度及流变性能。因此TPAE/无机粒子复合物的初始发泡倍率与纯TPAE基本一致，但无机粒子的添加会促进TPAE形成开孔结构，尤其是CaCO3、CaSiO3以及WI可使TPAE形成高开孔率的泡沫，减小了泡沫的收缩，使得完全熟化后的发泡倍率远高于TPAE，大大提高了TPAE的发泡性能。

3结论

（1）揭示了无机粒子促使复合物泡沫形成开孔结构的机制，即通过两相界面粘接的脱离以及降低非均相成核能垒提高泡孔密度，从而使微孔连通形成开孔结构。且复合物泡沫的开孔率会随着无机粒子与TPAE基体之间的界面张力、无机粒子的直径以及分布密度的增加而增加。

（2）相对于Talc，CaCO3、CaSiO3、WI这3种无机粒子可使TPAE形成开孔率在90%以上的复合物泡沫，发泡倍率由纯TPAE的10倍增加到20倍左右，收缩率从66%降至5%以下，明显改善了TPAE泡沫的尺寸稳定性；并且无机粒子的添加，使得复合物泡沫的泡孔直径降低，泡孔密度增加。

无机粒子对TPAE界面张力、发泡、抗收缩行为的影响（一）

无机粒子对TPAE界面张力、发泡、抗收缩行为的影响（二）

无机粒子对TPAE界面张力、发泡、抗收缩行为的影响（三）

无机粒子对TPAE界面张力、发泡、抗收缩行为的影响（四）