发泡塑料由于其高比强度、轻质、缓冲隔音性好已经广泛应用于众多领域。当发泡塑料中的泡孔直径在0.1~10μm范围、泡孔密度大于109个/cm3时这种发泡塑料称为微孔发泡塑料,不同于普通发泡塑料,微孔发泡塑料由于其微孔对裂纹生长的钝化作用可以显著提高材料的冲击韧性。超临界流体辅助物理挤出发泡工艺作为发泡塑料的主要工业化生产方式具有连续性、生产效率高和环境友好等特点。在挤出发泡工艺中泡孔成核及长大发生在模头流道内,但是由于挤出过程是一个不可见的“黑匣子”所以无法了解挤出发泡中泡孔成核及长大过程。为深入了解挤出发泡中的发泡理论,本论文首先根据Tadmor熔融理论设计了适用于非结晶材料的挤出发泡双阶三段式螺杆,在螺杆上增加了刮料销钉及“菠萝”混炼头,按照实际挤出条件对螺杆进行强度校核;然后根据模具设计理论设计了挤出发泡可视化模头并进行数值模拟分析流道中聚苯乙烯熔体的流动情况;最终以可视化模头及发泡螺杆为核心部件构建了可视化发泡系统进行可视化实验。实验捕捉到熔体在流道内的成核及发泡过程,在实际生产中根据模头流道内泡孔演变的规律可以有效提高制品质量。实验结果表明:在挤出发泡模头流道内,熔体发泡起始点的压强在不同发泡背压条件下会发生变化而不是一个定值;在不同螺杆转速条件下,熔体中的泡孔直径及密度变化满足经典成核理论预测规律;熔体中的剪切力场可以破碎较大的泡孔进而提高泡孔密度,降低泡孔直径;最终使用扫描电子显微镜表征挤出制品中的泡孔结构,建立可视化结果与制品结构的关系。