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泡沫塑料因其具有轻质、比强度高、吸收冲击载荷能力强、隔热性能好等特点而备受青睐。然而泡沫塑料在降低密度和成本的同时,力学性能也会下降,这就极大地限制了泡沫塑料的应用。特别是在某些运动场合,如摩托车竞赛、足球、橄榄球等运动防护,由于泡沫体本身的力学性能仍不能满足使用要求,现有的泡沫塑料对运动者身体的防护是远远不够的,因此需要研制一种既能满足防护性又能兼顾舒适性的发泡材料。热塑性聚氨酯(TPU)具有优良的综合性能,如高强度、高弹性、高耐磨、减震能力强以及可回收利用等,是一种理想的运动防护材料。空心玻璃微珠(HGB)是一种新型的轻质无机非金属材料,具有低密度、低导热系数、低膨胀系数、高抗压强度等优点。近年来,以HGB为填料的复合材料开始成为人们研究的热点。本文采用化学发泡法,将改性后的HGB填充TPU,通过挤出发泡工艺和模压发泡工艺制备HGB/TPU复合发泡材料。在对HGB/TPU体系流变特性及其影响因素研究的基础上,系统分析和讨论了不同发泡工艺条件下配方和工艺参数对发泡材料微观结构和性能的影响。结果表明：(1)先经NaOH洗涤再经硅烷偶联剂处理的HGB表面被偶联剂均匀包覆,且出现了KH550的特征吸收峰,改性后的HGB与TPU基体之间的相容性得到改善,这说明对HGB的表面改性是有效的。(2)HGB/TPU熔体属于假塑性流体,复数粘度随着频率的增大而减小,呈现典型的切力变稀行为。随着HGB含量的增大,HGB/TPU体系的复数粘度、储能模量和损耗模量逐渐增大,而损耗角正切则逐渐减小,这说明复合体系的弹性提高。HGB/TPU体系的表观粘度随着温度的升高而降低,且在高剪切速率区表现出强烈的频率依赖性。(3)通过对HGB/TPU挤出发泡材料泡孔结构的表征及力学性能的测试,系统地研究了AC发泡剂含量、HGB含量、口模温度、螺杆转速、冷却方式对发泡过程的影响,得出最佳的配方：TPU含量为97份,HGB含量为3份,AC含量为1.5份；最佳的工艺参数：口模温度为180℃,螺杆转速为35rpm,冷却条件为空气自然冷却。在此条件下获得的挤出发泡试样内部泡孔分布均匀,大小均一,约为56μm,泡孔密度最大,发泡效果最佳;表观密度达到最小值0.644g/cm3,发泡倍率为1.86,拉伸强度为8.21MPa,发泡性能优异。(4)通过对HGB/TPU模压发泡材料泡孔结构的表征及力学性能的测试,系统地研究了AC含量、HGB含量、模压温度、压力、发泡时间对发泡过程的影响,得出最佳的配方：TPU含量为97份,HGB含量为3份,AC含量为1份；最佳的工艺参数：模压温度为200℃,压力为5MPa,发泡时间为5min。在此条件下获得的模压发泡试样内部泡孔分布均匀,大小均一,约为70μm,泡孔密度最大,发泡效果最佳；表观密度达到最低值0.436g/cm3,发泡倍率为2.75,拉伸强度为4.08MPa,压缩强度为16.38MPa,硬度为48A,综合性能最好。(5)在模压发泡过程中,添加3份HGB时试样的压缩强度达到最大值16.38MPa,比未添加HGB时的压缩强度提高了43.9%,在受到外力作用时,含3份HGB的HGB/TPU发泡材料可以均匀平缓的吸收能量。