珠粒发泡技术是一种将聚合物珠粒通过物理或化学方法使其膨胀形成泡沫材料的技术。该技术的基本原理是在聚合物珠粒中引入发泡剂，通过加热或减压等方式使发泡剂释放气体，导致珠粒膨胀并形成内部含有大量微小气泡的结构。这种技术能够赋予材料低密度、高弹性、良好的隔热隔音性能等优点，广泛应用于包装、建筑、汽车、航空航天等领域。

与其他发泡技术相比，珠粒发泡技术具有显著特点：首先，它允许生产具有复杂几何形状的泡沫制品，这是挤出发泡等技术难以实现的；其次，珠粒发泡能够实现极高的膨胀率，生产出密度极低的泡沫材料；第三，珠粒发泡制品具有优异的尺寸稳定性和机械性能；最后，珠粒发泡技术能够精确控制泡沫的密度和泡孔结构，满足不同应用场景的需求。

*图片源自hetech赫兹&艾伦巴赫

珠粒发泡技术的典型产品密度范围通常在15-120kg/m³之间，这些制品由大量发泡珠粒焊接或烧结而成，形成三维结构。这些珠粒发泡制品通常具有与相同密度的挤出发泡材料相似的性能，如低导热性、高隔音性和良好的冲击能量吸收能力。与挤出发泡相比，珠粒发泡的主要优势在于能够生产极轻且几何形状复杂的部件，这对于缓冲易碎物品至关重要。

目前市场上主要的珠粒发泡材料包括发泡聚苯乙烯（EPS）、发泡聚丙烯（EPP）、发泡聚乙烯（EPE）、发泡聚乳酸（EPLA）、发泡聚氨酯（ETPU）、发泡聚碳酸酯（EPC）及发泡聚对苯二甲酸丁二醇酯（E-PBT）。这些材料在密度、机械性能、耐热性及加工性能上各有差异，可满足不同领域需求，近年来随着环保要求提升，生物基和可降解珠粒发泡材料的研发已成为行业重要发展方向。

1.2 珠粒发泡技术的发展历程与全球现状

珠粒发泡技术的发展可以追溯到上世纪中期。

1949年巴斯夫（BASF）首次获得了聚苯乙烯珠粒发泡材料的专利，开创了这一技术的先河。

20世纪70-80年代聚烯烃（如聚乙烯和聚丙烯）珠粒发泡材料开始进入市场，标志着珠粒发泡技术从聚苯乙烯扩展到更多聚合物材料。这一时期，发泡聚苯乙烯（EPS）成为最常用的珠粒发泡材料。

21世纪初至今随着对高性能、环保材料需求的增加，珠粒发泡技术进入快速发展阶段。新型材料如发泡聚丙烯（EPP）、发泡聚乳酸（EPLA）、发泡聚氨酯（ETPU）等相继问世，扩展了珠粒发泡材料的应用范围。

从全球市场来看，珠粒发泡材料市场呈现稳步增长态势。据统计，2023年全球珠粒聚苯乙烯泡沫市场规模达到9610百万美元，预计到2030年将增长至15170百万美元，年复合增长率（CAGR）约为6%。在这一市场中，发泡聚苯乙烯（EPS）占据最大份额，2022年全球EPS消费量约为720万吨，亚太地区是最大的消费区域，占全球消费量的57%左右。

发泡聚丙烯（EPP）市场也在快速增长，预计2023-2033年间，其市场规模将从11亿美元增至32.7亿美元，年复合增长率达11.5%，亚太地区占比超过40%，中国已成为增长引擎。EPP在汽车领域的应用尤为突出，占全球消费量的约三分之二，用于保险杠芯、头枕、门板等部件。

2.1 珠粒发泡的基本工艺流程

珠粒发泡技术的基本工艺流程主要包括两个关键步骤：发泡珠粒的制备和珠粒的模塑成型。

（A）高压釜发泡示意图;（B）挤出发泡，配备水下造粒机;（C）挤出发泡，配备卷绕机冷却造粒机。

第一阶段：发泡珠粒制备

此阶段是将聚合物原料转化为具有泡孔结构的“发泡珠粒”，通用流程包含4个步骤，物理发泡与化学发泡的差异主要体现在“发泡剂类型”和“发泡环节”。

1)原材料准备：选取聚苯乙烯、聚丙烯等聚合物原料，添加发泡剂（物理发泡用二氧化碳/氮气，化学发泡用受热分解产气的化学物质）、成核剂（细化泡孔）、稳定剂（提升材料稳定性）等添加剂。

2)珠粒形成：将混合后的原料经挤出机熔融，通过水下切粒或热切法，制成尺寸均匀的未发泡聚合物珠粒。

3)发泡剂浸渍：让未发泡珠粒与发泡剂接触，使发泡剂渗透到珠粒内部。物理发泡常需在高压环境（如高压釜）中进行以提高气体溶解度，化学发泡可在常压下完成（化学发泡剂直接混入原料）。

4)发泡膨胀：通过加热（如高压釜加热、挤出机加热）或减压（仅物理发泡），使珠粒内发泡剂释放气体——物理发泡中气体膨胀推动珠粒变大，化学发泡中分解产生的气体形成泡孔，最终形成内部含微小闭孔的“发泡珠粒”。

第二阶段：珠粒模塑成型

发泡珠粒需进一步加工为最终产品，蒸汽室模塑（SCM）是主流成型工艺，流程包含4个步骤，同时衍生出多种改进技术适配不同材料。

1)珠粒填充：用专用注射器将发泡珠粒均匀填充到定制模具中，确保珠粒填满模具腔体。

2)加热焊接：向模具内通入饱和蒸汽（或热空气），使珠粒表面软化熔融，相邻珠粒相互焊接成整体；此步骤需精准控制温度，避免破坏珠粒内部泡孔结构。

3)冷却定型：停止通蒸汽，向模具通入冷却水，使软化的珠粒固化，保持模具赋予的形状和尺寸。

4)脱模后处理：打开模具取出成型产品，对边缘进行修整、表面打磨等处理，得到最终成品。

2.2主要珠粒发泡工艺及其特点

目前，珠粒发泡技术主要包括以下几种工艺：

1)高压釜珠粒发泡工艺

高压釜珠粒发泡工艺是最常用的珠粒发泡技术之一，广泛应用于EPS、EPP、ETPU等多种材料的发泡生产。这种工艺的主要特点是在半熔融状态下进行发泡，对聚合物原料的熔体强度没有严格要求，生产的发泡珠粒倍率可控，易于加工生产异型件。

高压釜珠粒发泡的基本过程是：将聚合物珠粒放入高压釜中，加入发泡剂（通常为二氧化碳或氮气），在一定温度和压力下使发泡剂渗透到聚合物珠粒内部，然后迅速释放压力，使珠粒膨胀发泡。这一工艺的关键参数包括饱和压力、温度和时间，这些参数直接影响发泡珠粒的密度、泡孔结构和机械性能。

高压釜珠粒发泡工艺的主要优点是：工艺简单，设备投入相对较少，适用于多种聚合物材料；发泡过程可控性好，能够精确控制珠粒的密度和泡孔结构；生产的发泡珠粒具有较高的闭孔率和均匀的泡孔分布。其主要缺点是生产效率相对较低，属于间歇式生产，不适合大规模连续生产。

2)IR 干式珠粒发泡及成型工艺（新趋势）

hetech集团引入了一种革命性的技术，通过干式发泡工艺用于无蒸汽颗粒泡沫生产。使用红外加热，能源消耗可减少高达80%，同时实现更精细的泡孔结构，提高融合质量和快速更换材料。干发泡是环保、高效和灵活生产的前瞻性解决方案。干发泡具有许多优势：不需要蒸汽基础设施，大大降低了投资和运营成本。100%干法工艺不仅确保了节能制造，而且对生产的脱碳做出了重要贡献。此外，该技术非常适合加工技术塑料和生物塑料，甚至满足最复杂的要求。通过有针对性的红外加热，它实现了高度均匀的结果，同时保持低排放。

*图片源自hetech赫兹&艾伦巴赫

3)挤出发泡工艺

挤出发泡工艺是另一种重要的珠粒发泡技术，它通过将聚合物熔体与发泡剂在挤出机中混合，然后通过特定的口模和造粒系统生产发泡珠粒。与高压釜发泡相比，挤出发泡是一种连续化生产工艺，具有生产效率高、产品质量稳定等优点。

挤出发泡工艺的基本过程是：将聚合物原料与发泡剂（可以是物理发泡剂或化学发泡剂）在挤出机中充分混合，形成含有大量微小气泡核的熔体，然后通过口模挤出并立即造粒，形成发泡珠粒。这一工艺的关键在于挤出机的设计和工艺参数的控制，包括温度分布、螺杆转速、背压等。

挤出发泡工艺的主要优点是：生产效率高，适合大规模连续生产；产品质量稳定，批次间差异小；能够生产具有特殊结构和性能的发泡珠粒。其主要缺点是对聚合物原料的熔体强度要求较高，设备投入较大，工艺控制复杂。

近年来，随着技术的进步，挤出发泡工艺在珠粒发泡领域的应用越来越广泛。例如，德国巴斯夫公司开发的连续珠粒发泡挤出工艺成功生产了发泡聚对苯二甲酸丁二醇酯（E-PBT），这种材料具有优异的热稳定性和机械性能。

使用科倍隆ZSK双螺杆挤出机，单台设备即可高效生产EPS微珠

*图片源自NexKemia化工有限公司，加拿大魁北克省曼森维尔

蒸汽室模塑（SCM）是将发泡珠粒成型为最终产品的关键工艺，广泛应用于各种珠粒发泡材料的加工。这一工艺的基本原理是利用饱和蒸汽作为加热介质，使发泡珠粒表面软化并相互焊接，形成具有特定形状和结构的泡沫制品。

蒸汽室模塑的基本过程是：首先将发泡珠粒填充到模具中，然后通入饱和蒸汽，使珠粒表面软化并相互焊接；接着停止通入蒸汽，通入冷却水使制品冷却定型；最后打开模具，取出成型产品。这一工艺的关键参数包括蒸汽压力、温度、通入时间以及冷却条件等。

蒸汽室模塑工艺的主要优点是：能够生产形状复杂的泡沫制品；成型产品尺寸精度高；珠粒间焊接强度高；生产效率高，适合大批量生产。其主要缺点是能耗较高，对某些高熔点或高玻璃化转变温度的工程塑料珠粒发泡材料的成型较为困难。

为了解决传统蒸汽室模塑工艺的不足，研究人员开发了多种改进技术，如：

 

• 粘合剂辅助成型（AAM）：在发泡珠粒表面涂覆特定粘合剂，然后填充到模具中，通过固化粘合剂将珠粒粘结成一体。这种方法适用于所有类型的发泡珠粒，特别是高熔点或高玻璃化转变温度的工程塑料珠粒。

• 模内发泡成型（IMFM）：将未发泡的珠粒放入模具中，通过加热和加压使其在模具内直接发泡并成型。这种方法可以减少预发泡和储存环节，简化生产流程。

模中发泡和成型（IMFM）工艺示意图

 

• 微波选择性烧结（MSS）：利用微波能量选择性地加热发泡珠粒表面，实现珠粒间的焊接。这种方法加热速度快，能量利用率高，适用于多种珠粒发泡材料的成型。

2.3珠粒发泡工艺参数对产品性能的影响

珠粒发泡的关键工艺参数对产品性能起决定性作用：

1)发泡温度直接影响发泡剂溶解度、聚合物黏度及结晶行为，如EPDM 泡沫随温度升高泡孔尺寸增大、密度减小，EPP 则需适宜温度形成双熔融峰以保障后续模塑焊接；

2)发泡压力通过调控发泡剂溶解量影响膨胀比与泡孔均匀性，EPP 发泡压力从 60bar 升至 120bar 时，密度从 700kg/m³ 降至 380kg/m³ 且泡孔更均匀；

3)饱和时间影响半结晶聚合物结晶度，如PC 随饱和时间延长结晶度提高、刚性增强但膨胀比降低；

4)冷却速率需平衡结晶度与生产效率，过快易致珠粒内应力收缩，过慢则影响泡孔均匀性；

5)发泡剂种类（物理发泡剂环保但需高压，化学发泡剂效率高但可能残留）与用量直接关联密度和泡孔结构，过量易引发泡孔破裂。

珠粒发泡材料的微观结构与其宏观性能高度关联：

1)泡孔结构是核心影响因素，相同密度下小泡孔尺寸可提升材料模量、强度与韧性，均匀球形泡孔带来各向同性性能，高闭孔率则优化隔热与防水性；

2)珠粒尺寸与分布影响宏观力学性能，聚苯乙烯基材料以3-4mm 珠粒性能最佳，尺寸不均易导致应力集中；

3)半结晶聚合物的结晶度需平衡，过高会降低发泡性与韧性，过低则影响强度，EPP 的双熔融峰结构可兼顾耐热性与焊接性；

4)界面结构至关重要，良好的珠粒间焊接界面能有效传递应力，薄而均匀的泡孔壁可提升比强度与隔热性，通过添加纳米改性剂（如EPLA 中引入 LDHs）可进一步优化界面性能。

 

珠粒发泡材料作为一类覆盖“通用需求-高端性能-环保可持续”全场景的轻量化材料，已形成以“通用塑料基、工程塑料基、热塑性弹性体基、生物基可降解”为核心的四大体系，各类材料在性能定位、应用场景与技术瓶颈上呈现差异化互补，共同支撑包装、汽车、建筑、医疗等多领域发展。

通用塑料基材料（EPS、EPP、EPE、E-PVC）核心优势在于工艺成熟（如EPS的预发泡-蒸汽模塑、EPP的高压釜发泡）、成本可控，覆盖中低端到中高端基础需求：EPS凭借低导热性主导建筑保温与缓冲包装，但需通过阻燃/可降解改性突破环保短板；EPP以耐冲击、高回弹特性占据汽车轻量化（保险杠芯、头枕）与高端包装市场，生物基BioEPP的研发进一步降低碳足迹；EPE、E-PVC则分别以柔韧性、阻燃耐腐蚀性，适配电子缓冲、建筑密封等细分场景，整体面临“性能升级（如EPE的耐温性）与环保改造”的共同需求。

*图片源自无锡会通新材料

工程塑料基材料（E-PET、EPC、PA、PEEK）是高端场景的核心支撑，通过超临界CO₂发泡等精密工艺，实现“高强度、耐高温、高稳定性”特性：E-PET、EPC凭借130-150℃长期耐温性，填补汽车发动机周边、光伏隔热等高温需求；PA以耐磨自润滑优势适配工业轴承、汽车传动部件；PEEK更以250℃耐温、耐辐射性能切入航空航天与医疗植入领域。但这类材料普遍存在“加工难度大（需高温高压设备）、成本高（如PEEK原料价超1000元/kg）”的瓶颈，当前技术方向聚焦于回收料应用（如R-PET基发泡）与工艺简化，推动高端性能向中端市场渗透。

*图片源自hetech赫兹&艾伦巴赫

 

热塑性弹性体基材料（ETPU、EPDM、S-TPE、TPO）则兼顾“弹性体的柔韧回弹”与“热塑性塑料的加工性”，形成独特定位：ETPU以75%以上的高回弹率主导运动鞋底与汽车减震；EPDM凭借-50~150℃耐候性成为建筑防水、户外密封的首选；S-TPE、TPO则以“柔软触感+低成本”覆盖消费级场景（玩具、电子保护套）。这类材料的核心发展逻辑是“性能平衡”——如ETPU的耐水解性提升、TPO的刚性优化，同时通过复合化（如TPO与PP焊接）拓展一体化应用。

宁波材料所-国盛新材料联合开发的彩色TPU发泡珠粒

 

生物基可降解材料（EPLA、PHAs、植物纤维基、淀粉基）是应对“白色污染”的关键方向，以“全生命周期环保”为核心竞争力：EPLA、PHAs通过超临界发泡实现可降解与力学性能平衡，适配食品包装、医疗支架等场景；植物纤维基、淀粉基则以低成本（淀粉基成本仅为EPS的1/3）覆盖低端一次性用品（餐盒、缓冲填充物）。但这类材料普遍面临“性能短板”——EPLA脆性高、PHAs量产难、植物纤维基耐湿性差，当前需通过纳米改性（如EPLA添加LDHs）、共混优化（如淀粉与交联剂复合）突破瓶颈，同时降低生产成本以实现规模化替代。

从整体发展来看，珠粒发泡材料体系呈现三大趋势：一是通用材料“环保化升级”，通过生物基改性（如EPP→BioEPP）、回收料利用（如PET→R-PET）降低环境影响；二是高端材料“低成本突破”，如工程塑料基材料的工艺简化（连续挤出替代高压釜）、生物基材料的发酵效率提升；三是材料“多功能复合化”，如EPE/铝箔复合增强保温性、EPLA与PVAc共混改善韧性，未来将进一步向“性能定制化（如梯度密度、功能集成）”方向发展，更好适配新能源、智能装备等新兴领域需求。

 

 

 

 

 

四、珠粒发泡材料应用领域

珠粒发泡材料凭借“轻量化、多功能、可定制”的核心优势，已深度渗透包装与运输、建筑与基础设施、汽车与交通、体育与休闲、医疗与健康及创新前沿六大领域，不同领域依托材料特性（如隔热、缓冲、耐候、生物相容等）形成差异化应用，同时环保化（可降解/生物基）与高性能化（工程塑料基）成为跨领域共同发展趋势。