在汽車非金屬部件的輕量化領域，微孔發泡材料是行業競相研究的主要課題之一。目前，塑料部件在國內汽車上佔重量的10%左右，在國外汽車上達到了15%至20%。微孔發泡技術能使塑料部件的重量降低15%至30%，廣泛應用於儀表板、電機支架、座位板、空調風罩、門嵌飾板等內外飾。該技術在20世紀80年代初被麻省理工學院提出，通常指孔徑小於10靘、泡孔密度大於109個/cm3的發泡材料，這種材料的孔密度非常高且為封閉泡孔，相對於其他發泡材料具有更好的剛性，在汽車零件等工業領域廣泛應用。本文中，筆者將從專利角度對微孔發泡技術的重點申請人進行分析，以期為行業企業提供參考。

　　國外注重工藝技術保護

　　筆者通過專利數據庫檢索后發現，截至目前，全球共有4000多件與微孔發泡相關的專利申請，其中國外有1700余件，美國、日本、德國三國的相關專利申請量居前三位﹔國內相關專利申請有2400多件，其中企業佔1556件，其次是科研院所，從申請人分布地區來看，廣東、江蘇、浙江等地的專利申請量較高。　　Trexel公司的MuCell技術是目前最為成熟、商品化最為廣泛的微孔發泡技術，該技術來源於麻省理工學院在20世紀80年代提出的發明專利。Trexel公司在1995年通過專利權轉讓獲得這項技術的全球開發和商品化推廣，並在此基礎上開發出連續微孔成型技術--MuCell。MuCell技術的核心即採用超臨界流體為發泡劑，發泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔，通過壓力控制氣泡的生長使樹脂形成泡孔均勻的微孔結構。　　后來，Trexel公司基於MuCell技術提交相關專利申請共有33件，涉及微孔發泡工藝以及發泡設備結構的研發，旨在提高超臨界流體在聚合物中的溶解性以及控制超臨界流體的流量。為提高發泡劑超臨界流體的溶解性，Trexel公司通過加入液壓系統、設置旋轉擠壓系統以及在加熱工作缸內安裝旋轉的螺旋件等方法改進﹔在超臨界流體計量控制上，Trexel公司給出了在入口閥和出口閥之間設置儲料缸控制發泡劑計量、螺杆上添加超臨界流體的計量泵等解決手段。基於MuCell工藝的加工成本可降低10%至20%，減少材料消耗並縮短成型周期，成為汽車輕量化的優良解決方案。　　Demag Ergotech公司在微孔發泡技術方面也申請了較多專利，其最早的相關專利申請是在1995年，申請的25件相關專利均為螺杆等機械結構的技術改進，其專利的商品化產品為Ergocell微孔發泡技術。該技術的核心是設置了氣體計量與混合模塊，使熔體/氣體混合物的均化過程獨立於塑化過程，獲得的制品具有較低的內應力，消除了翹曲和縮痕，較適用於汽車內飾。　　阿博格公司是全球領先的注塑機制造商，其在2015年公開了Profoam發泡技術，該技術工藝簡單，採用液體發泡劑，通過密封螺杆加料段來使料斗和塑化裝置之間形成壓力腔，從而使發泡劑在壓力下引入。該技術主要適用於纖維增強發泡材料，制得的發泡塑件最多能減重30%。阿博格公司的專利申請量不多，主要涉及注塑機結構設計，其中具有顆粒鎖結構的注塑機是Profoam發泡工藝的關鍵技術。　　筆者認為，Trexel、Demag Ergotech等國外企業掌握了微孔發泡工藝的核心技術，國內企業在使用相關技術時必然面臨較高的專利許可費用。

　　國內注重原料技術研發

　　在國內專利申請人中，南京聚隆科技股份有限公司（下稱聚隆科技）和會通新材料股份有限公司（下稱會通新材料）的相關專利申請量最多，這兩個申請人都是以微孔發泡材料的原料研發為主，涉及的技術均為通過原料選擇來提高發泡材料的熔體強度和流動性，以獲得泡孔均勻、外觀優良的微孔發泡產品。　　目前，聚隆科技提交相關專利申請24件，涉及乙烯基聚合物和聚丙烯協同、乙烯基聚合物、苯乙烯基聚合物、助容劑和成核劑復配組合物等，所得微孔發泡助劑能夠改善聚丙烯微發泡材料的表面質量。近兩年，該公司致力於研究增粘劑、接枝劑、增韌劑等助劑對發泡材料的影響。值得一提的是，該公司生產的微孔發泡材料在汽車立柱護板、發動機罩蓋、外飾、汽車電池殼體、汽車風道等多種結構上廣泛應用。　　會通新材料的相關技術起源於2015年，其相關專利申請涉及通過提高發泡體系的熔體強度來改善發泡效果，如選用不同基體樹脂復配或通過接枝、交聯手段來提高分子鏈纏結或形成網絡結構，以達到提高熔體強度的目的。該公司研發的微孔發泡材料可以用於汽車車身門板、尾門、風道等部件。　　在高校方面，北京化工大學在微孔發泡工藝的專利申請量上佔有主要地位，其相關專利申請始於2006年，目前共申請專利27件，主要發明人為楊衛民課題組和何亞東課題組。楊衛民課題組的研究方向主要是微孔發泡專用注射機的結構改進，在專利申請方向上側重於改進螺杆結構和設置滲透釜來獲得聚合物熔體/超臨界氣體均相體系。而何亞東課題組在微孔發泡設備結構和發泡材料配方方向均提交了專利申請，涉及通過設置單相止逆閥、頭部止逆閥和中部止逆閥以及可控制開閉的噴嘴來實現超臨界流體與塑料的均化。另外，其還提出了採用氣體反壓裝置來抑制熔體預發泡，提高發泡動力，從而克服低熔體強度聚合物微孔發泡困難的問題。　　就國內相關專利申請而言，企業申請人致力於對發泡配方的調整，通過熔體強度的提高來改善微孔發泡的效果。而國內高校雖然對微孔發泡設備有所研究，但目前看來專利轉化率不高。　　筆者認為，在汽車輕量化政策的激勵下，微孔發泡材料的需求日益上升，可以預期其在汽車結構中的使用量會日漸增加，市場潛力巨大。值得注意的是，目前，微孔發泡工藝的關鍵技術掌握在Trexel公司、Demag Ergotech公司等國外大公司手中，這些技術可能會制約國內微孔發泡工藝的發展。筆者建議，在微孔發泡領域，國內申請人需要著重於對發泡設備和工藝進行研究，通過技術創新突破國外對於該領域核心專利的壟斷。（於詩宇）

分享讓更多人看到