淺談高分子材料成型及其控制技術

雷玉臣 唐剛

摘 要：高分子材料是近年來應用較為廣泛的，具有較高技術含量的新型材料，可以生產出各種各樣的產品。尤其是在國防、載人航天等高科技領域，高分子材料發揮了重要的作用，并取得了顯著的成果。在廣大科研工作者的共同努力下，高分子材料的成型和控制技術，獲得了飛速的發展。為此，文章針對高分子材料成型的原理、加工技術、成型控制以及高分子材料未來的發展趨勢進行了探討。

關鍵詞：高分子材料；材料成型；控制技術

1 高分子材料成型的原理

與普通的材料不同，高分子材料的物料運輸與平衡、能量的傳遞與平衡都有其自身的特點。高分子材料的合成和制備，并非通過單個化工單元來實現，而是由幾個單元操作組成，在這些單元的共同作用下完成合成和制備的過程。在材料的聚合過程中，會面臨兩大問題，即傳熱和傳質。對于傳統的聚合過程來說，通常利用溶劑以及緩慢反應得以實現。而聚合反應則與之有著很大的不同，反應較為迅速和激烈，物料溫度升高的速度非常快，在短短的幾分鐘內就可以達到400～800℃，因此在反應中將產生較大的熱量，必須對其進行及時的脫除，從而避免在物料中發生降解和碳化現象。由此可見，傳統的加工過程和聚合反應的加工過程存在著本質的不同，聚合反應需要利用設備將生成的熱量移去，而傳統的加工過程則需要利用設備對聚合物加熱。

2 高分子材料成型的加工技術

2.1 動態反應加工技術及設備

在高分子材料加工領域，國外的研究已經取得了一定的成果，其設備和技術相對于國內而言更為先進。當前國外研究出的混煉的十螺桿擠出機以及連續反應，能夠有效解決其他擠出機作為反應器所產生問題。與技術發達國家相比，我國的高分子材料成型技術還與其存在很大的差距，仍然處于起步階段，由此可知，我國的高分子材料的科研工作者任重而道遠，還需不斷的努力，提高我國的技術，不斷縮短與發達國家的差距。在對傳熱以及化學反應的過程控制等方面，傳統的加工設備具有一定的缺陷，而且需要較大的投資，產生較大的噪音等。傳統技術及設備與聚合物動態反應技術及設備存在著本質的不同，可以從其反應原理和設備結構等方面進行分析。在聚合物動態反應中，其目的為對化學反應過程、反應生產物的凝聚態結構、反應制品的物理化學性能進行控制，因此需要利用電磁場的作用，由其產生機械振動場，并引入聚合物反應擠出的全過程。在高分子材料成型加工的過程中，熔融塑化及輸送貫穿于材料的擠出、注射和成型的過程之中，因此產生的能耗非常大。高分子材料成型所采用的設備具有傳統的設備無法比擬的優勢，如具有較高的可靠性、適應性強、體積輕重量小，而且產生的噪音較低，有利于環境的保護。

2.2 動態反應加工設備為基礎的新材料制備新技術

目前，我國科研工作者經過長期的努力，研究出了新的材料制備技術，其基礎為動態反應技術，該項技術的發明，標志著我國在高分子材料加工領域的一項重大進步。反應成型技術直接作用于基礎原型之上，而該項技術選擇的基礎原型則為存儲光盤盤基。在傳統技術中，存在著很多不利因素，影響生產效率的提高，并對環境造成一定的污染。而改進后的新技術，則精簡了過多的環節，縮短生產周期，降低復雜程度，減少了能源的損耗和對環境的污染。在這種新型的技術模式下，可以將制作光盤的工藝過程進行串聯，實現對生產過程的有效控制，避免資源浪費，并能夠在很大程度上提升產品的質量和生產效率。

2.3 聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術

研究表明，對無粒子進行適當的處理，可以得到一些好的效果，比如說利用聚合物進行原位表面改性處理、原位包覆、強制分散等處理后，就可以使復合材料成型。

2.4 熱塑性彈性體動態全硫化制備技術

此技術將混煉引入到振動力場擠出全過程，為實現混煉過程中橡膠相動態全硫化，對硫化反直進程進行控制，從而使得共混加工過程共混物相態反轉問題得到了解決。實現自主知識產權的熱塑性彈性體動態硫化技術與設備的研制開發，有力的促進了我國TPV技術水平的提高。

3 高分子材料成型過程中的控制

為確保高分子材料產品的質量，應在其成型的過程中進行嚴格的控制。通常來說，影響高分子材料成型的因素有很多，造成的影響也各不相同。在外場如復雜溫度和外力等的作用下，高分子聚合物形態結構的演化形式各異，而高分子材料的形成是有一定的規律可循的，我們需要研究的課題就是從普遍現象中發現和總結出相應的規律，并將其運用到生產和研究中去。此外，高分子聚集態結構在溫度和壓力等極端狀態下，其結構會呈現出一定的特點和規律，這也是成型過程控制的重點研究內容。近年來，對于高分子材料成型控制的研究已經獲得了一定的進展，具備了相當的理論成果和實踐經驗，許多新型高效的高分子材料被研究和制造出來，并獲得了很高的經濟效益。在材料的加工過程中，對于共混物的形態控制較為困難，其穩定性也較差，這是由大部分的聚合物多相體系不相容的特性決定的。因此，為提高體系的相容性，通常采用加入第三組分的方式，從而便于對共混物形態的控制，增強其穩定性。在聚合物加工過程中，制品的性能和形態會受到很多因素的影響，而溫度則是其中影響最大的因素之一。對于不同的制品位置，溫度隨時間變化的規律很難進行掌握，并且該溫度場為非等溫場，因此十分不利于對于制品溫度的控制，針對性較差。

4 高分子材料的發展趨勢

4.1 高分子材料的高性能化

目前，高分子材料的各項性能已具有非常好的表現，以其強度和韌性為例，某些品種的強度和韌性甚至比鋼鐵還要好。即便如此，高分子材料所具有的潛力還遠遠沒有發掘出來，理論上還具有廣闊的發展空間。而當前高分子材料的發展方向，則在很大的程度上體現了其應用的需要，即向著耐磨、抗老化、耐高溫的方向發展。提高高分子材料性能的主要方式有改善加工成形工藝、共混、復合等。

4.2 高分子材料的功能化

高功能化主要是指具有特定作用能力的高分子材料。這種特定作用能力，即“特定功能”是由于高分子上的基團或分子結構或兩者共同作用的結果。

4.3 高分子材科的生物化

生物化是高分子材料發展最快的一個方向。各種醫用高分子就屬于這一范疇。有人認為，人腦除僅1.5kg重的大腦外，其他一切器官均可用高分子材料代替。目前，生物化學已成為高分子科學的一個最主要發展方向。

5 結束語

科學技術的飛速發展和廣泛應用，帶動了高分子材料成型加工行業的迅速發展，雖然與發達國家在設備和技術方面仍然存在一定的差距，然而在廣大的研究人員和技術工作者的不懈努力下，我國的高分子技術正朝著具有中國特色的高科技產業方向邁進。促進科學研究與產業界的結合，加快成果轉化為生產力的進程，加快我國高分子材料成型加工高新技術及其產業的發展是必由之路。

參考文獻

[1]國家自然科學基金委員會.高分子材料科學[M].科學出版社，2013.

[2]史玉升，李遠才，楊勁松.高分子材料成型工藝[M].化學工業出版社，2012.

[3]金龍浩.高分子材料成型及其控制[J].科技資訊，2007，33：2-3.

[4]李彩虹.塑料成型加工技術與裝備的研究現狀及發展[J].南京工業職業技術學院學報，2012，2.

[5]黃貴禹.高分子材料成型技術[J].塑料工業，2011，37.