从历史上看，泡沫注射成型 （FIM） 已经为人所知并使用了大约 60 年 [1， 2， 3， 4]。几乎在 1960 年代的同一时间，出现了两种典型的结构发泡技术也就是所谓的传统泡沫塑料成型方法。一种是美国的UCC（联合碳化物公司）方法，另一种是欧洲的TSG方法[1]。其主要不同在模压不同而其原理基本相似。

图1是传统泡沫注射成型的示意图。这种传统的泡沫注射成型是将偶氮二甲酰胺等发泡剂或惰性气体，如氮气或二氧化碳气体掺入聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯等塑料中。这种气体和熔体的混合物在注塑机的挤出料筒中加热熔化，加压，预塑致预定体积到柱塞缸中，然后由柱塞高压高速注入模具中，在那里膨胀形成发泡产品。

典型的结构泡沫塑料的皮芯皮截面如图2所示，明显的皮层夹裹着发泡芯。泡孔较少而大，一般为200-500微米不等。泡孔的大小是随着厚度变化，小孔在靠近皮层区域，而大孔在芯层中间。

图2 具有表皮和发泡芯层结构的HIPS（耐冲击聚苯乙烯）传统结构泡沫 的

传统的结构泡沫塑料成型是一种独特的制造工艺，具有一些特殊属性，定义了其在生产领域中的作用。

• 成型产品的密度在 0.2 至 1.0 克/立方厘米 之间
• 能够生产厚壁产品
• 能够实现具有高密度表面和低密度芯材的发泡产品
• 可以生产表面具有木纹或大理石状图案的发泡产品
• 表面无凹陷，基本无翘曲和残余应力
• 产品重量轻，价格低廉

FIM工艺已进一步发展为微孔发泡注射成型的现代技术，并得到广泛应用 [5,6,7]。1998年，Trexel和Engel共同制造了世界上第一台往复式螺杆注射微孔成型机[6,7]。这台机器标志着微孔注射成型工艺商业化的里程碑，被称为MuCell®工艺。其主要的技术突破是在独特的塑化装置和超临界流体（SCF）的注气系统。图3是其塑化装置和超临界流体的注气系统。它现在是应用最多的微孔注射成型机 。

微孔注射成型机可使用化学发泡剂（CBA）或物理发泡剂（PBA）来实现微孔（泡沫）结构。它保留了传统泡沫注塑成型的许多优点，同时避免了传统成型工艺中遇到的一些问题，如产品强度不足、生产周期长、成型率低等。微泡注射成型技术允许将零件的尺寸精度控制在 0.001 毫米到 0.01 毫米之间，在某些情况下甚至低于 0.001 毫米。这是得益于其均匀的微孔结构，一般在100微米以下。如图4所示为通用聚苯乙烯（GPPS）的微泡结构。气体浓度越高，微泡数目越多。不管气体浓度多少，泡孔多少，其泡孔尺寸都是微孔。

和模具膨胀技术相似的抽芯泡沫注射成型（CFIM）也在工业界得以应用。工业界有时将模具膨胀技术和抽芯技术混为一谈，实际上有所不同。CFIM 是首先将熔体注入模具型腔中，然后通过高保压去除填充过程中产生的细泡,并形成光洁的硬表皮，然后抽回芯棒 （不是整个模具开启），让出局部空间使熔体发泡。和模具膨胀技术一样，抽芯的距离，时间和速度是CFIM 的重要参数。而CFIM还有芯棒的位置决定了局部的不同发泡密度和结构。有研究表明，如改变抽芯时间，即抽芯后立即进行二次注射可得到不同的泡芯结构和表皮质量 [8] 。

总之，FIM是一种通用且高效的工艺。其多样化的应用及其提供的优势使其成为满足现代制造需求的首选。但是，更多的材料和应用方面的挑战推动FIM 向更小而多的泡孔和更高表面质量的方向发展。而工业界则更多注重于降低硬件成本的微泡技术研发。

1.Wendle, C. B., “History of Structural Foam”, J. Cell. Plastics, 13, 3, 178-181, (1977).

2.Jr. Angell, G. R., U.S. Patent 3,268,636A (1966).

3.Semerdjiev, S., Introduction to Structural Foam, Society of Plastics Engineers, Inc. (1982).

4.Throne, J. L., Thermoplastic Foams, Sherwood Publishers (1996).

5.Suh, N.P., Innovation in Polymer Processing, Chapter 3 (edited by James F. Stevenson), Hanser/Gardner Publications, Inc., Cincinnati, 93-149 (1996).

6.Xu, J., Pierick, D., Journal of Injection Molding Technology, 5, 152-159, (2001).

7.Xu, J., U.S. Patent 6, 322, 347 B1 (2001).