高分子材料成型工藝技術(shù)發(fā)展概述

涂家祎

（鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南 鄭州 450001）

高分子材料成型工藝技術(shù)發(fā)展概述

涂家祎

（鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南 鄭州 450001）

隨著工業(yè)化技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)塑料產(chǎn)品種類和質(zhì)量的需求也越來越高。高分子材料是通過制造成各種制品來實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值的，因此從應(yīng)用角度來講，以對(duì)高分子材料賦予形狀為主要目的成型加工技術(shù)有著重要的意義。高分子材料的主要成型方法有擠出成型、注射成型、吹塑成型、壓延成型等。

高分子材料；成型加工

1 擠出成型

擠出成型主要是利用螺桿旋轉(zhuǎn)加壓方式，連續(xù)地將塑化好的成型物料從擠出機(jī)的機(jī)筒中擠入機(jī)頭，熔融物料通過機(jī)頭口模成型為與口模形狀相仿的型坯，用牽引裝置將成型制品連續(xù)地從模具中拉出，同時(shí)進(jìn)行冷卻定型，制得所需形狀的制品。擠出成型主要包括加料、塑化、成型、定型等過程。要獲得外觀和內(nèi)在質(zhì)量均優(yōu)良的型材制品，是與原材料配方、擠出設(shè)備水平、機(jī)頭模具設(shè)計(jì)與加工精度、型材斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及擠出成型工藝條件等分不開的。擠出成型工藝參數(shù)的控制包括成型溫度、擠出機(jī)工作壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出速度、牽引速度、排氣、加料速度及冷卻定型等。擠出工藝條件又隨擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)、塑料品種、制品類型、產(chǎn)品的質(zhì)量要求等的不同而改變。

1.1 共擠出技術(shù)

共擠出技術(shù)是用兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)將兩種或多種聚合物同時(shí)擠出并在一個(gè)機(jī)頭中成型多層板式或片狀結(jié)構(gòu)等的一步法加工過程。共擠出技術(shù)避免了傳統(tǒng)的高代價(jià)且復(fù)雜的多步層壓或涂層工藝，可容易地成型為具有特殊性能的薄層或超薄層，使之具有著色、遮蔽紫外線、提供阻隔性、控制薄膜表面特性等，也可方便地將各種添加劑如抗結(jié)塊劑、抗滑移劑和抗靜電劑等加入到需要的任何一層。按照共擠物料的特性，可將共擠出技術(shù)分為軟硬共擠、芯部發(fā)泡共擠、廢料共擠、雙色共擠等。共擠出技術(shù)可以在一個(gè)工序內(nèi)完成多層復(fù)合制品的擠出成型，絕大多數(shù)共擠出復(fù)合制品不需要基材和粘合劑，具有生產(chǎn)成本低、工藝簡單、能耗低、生產(chǎn)效率高、制品種類多等特點(diǎn)，特別適合于生產(chǎn)復(fù)合薄膜、板材、管材等復(fù)合制品，是目前多層復(fù)合制品最有發(fā)展前景的復(fù)合成型技術(shù)之一，可供共擠出的物料不僅有聚合物，還可以是金屬、無機(jī)材料等。

共擠出技術(shù)是當(dāng)代廣泛應(yīng)用的先進(jìn)的聚合物加工方法，共擠出技術(shù)已廣泛應(yīng)用于復(fù)合管材、復(fù)合薄膜、板材、異型材、光纖、電線、電纜等復(fù)合制品的生產(chǎn)，隨著共擠出技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)進(jìn)一步拓寬。多層共擠復(fù)合機(jī)頭是研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，也是共擠復(fù)合研究的難點(diǎn)。開發(fā)高效、節(jié)能的多層結(jié)構(gòu)單機(jī)共擠出設(shè)備是共擠出設(shè)備的發(fā)展趨勢。

1.2 成型技術(shù)

擠脹成型技術(shù)是一種塑性成型方法，主要適用于加工細(xì)口制件或一些較復(fù)雜的中空制品，這些制品通常是采用旋轉(zhuǎn)模塑、注塑或吹塑方法成型的。其基本過程是：預(yù)成型的管坯在組合外力的作用下沿徑向外擴(kuò)張，通過塑性變形形成與模具型腔相一致的制品。擠脹成型的基本工藝過程為：將管坯放入模具并在管坯內(nèi)填入脹形介質(zhì)；對(duì)管坯及其內(nèi)部的脹形介質(zhì)施加擠壓力，使管坯材料在一定的應(yīng)力狀態(tài)下變形并流向其徑向的模腔自由空間；管坯在脹形介質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)壓作用下不斷變形，得到與模腔形狀相同的制件；外力撤消后，脹形介質(zhì)恢復(fù)原狀或散開，從制品內(nèi)部取出。

擠脹成型技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代的金屬成型加工領(lǐng)域，雖然沒有在塑料加工領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，但與常規(guī)的塑料成型技術(shù)相比，這種方法具有以下特點(diǎn)：成型設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，成型模具的結(jié)構(gòu)簡潔；被加工材料不產(chǎn)生相變而且成型過程通常都是在較低溫度下進(jìn)行，能耗低；控制系統(tǒng)比較簡單，工藝控制十分靈活，通過控制擠脹行程，利用同一副模具有可能得到不同尺寸的制品；能充分利用擠出制型坯的高生產(chǎn)率和低成本；在生產(chǎn)批量較小的情況下能大幅度降低生產(chǎn)成本。

1.3 反應(yīng)擠出工藝

反應(yīng)擠出工藝是連續(xù)地將單體聚合并對(duì)現(xiàn)有聚合物進(jìn)行改性的一種方法，因可以使聚合物性能多樣化、功能化且生產(chǎn)連續(xù)、工藝操作簡單和經(jīng)濟(jì)適用而普遍受到重視。該工藝的最大特點(diǎn)是將聚合物的改性、合成與聚合物加工這些傳統(tǒng)工藝中分開的操作聯(lián)合起來。

反應(yīng)擠出成型技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)高附加值、低成本的新技術(shù)，已經(jīng)引起世界化學(xué)和聚合物材料科學(xué)與工程界的廣泛關(guān)注，在工業(yè)方面發(fā)展很快。與原有的成型擠出技術(shù)相比，有明顯的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約加工中的能耗；避免了重復(fù)加熱；降低了原料成本；在反應(yīng)擠出階段，可在生產(chǎn)線上及時(shí)調(diào)整單體、原料的物性，以保證最終制品的質(zhì)量。

2 注射成型技術(shù)

注射成型技術(shù)是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一，可用來生產(chǎn)空間幾何形狀非常復(fù)雜的塑料制件。由于它具有應(yīng)用面廣、成型周期短、花色品種多、制件尺寸穩(wěn)定、產(chǎn)品效率高、模具服役條件好、塑料尺寸精密度高、生產(chǎn)操作容易、實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等諸方面的優(yōu)點(diǎn)。因此，在整個(gè)塑料制件生產(chǎn)行業(yè)中，注射成型占有非常重要的地位。目前，除了少數(shù)幾種塑料品種外，幾乎所有的塑料(即全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料)都可以采用注塑成型。

注射成型技術(shù)的發(fā)展主流一般以多種方式的組合為基礎(chǔ)，具有如下技術(shù)特征：(1)以組合不同材料為特征的注射成型方法，如鑲嵌成型、夾心成型、多材質(zhì)復(fù)合成型、多色復(fù)合成型等；(2)以組合惰性氣體為特征的注射成型方法，如氣體輔助注射成型、微孔泡沫塑料注射成型等；(3)以組成化學(xué)反應(yīng)過程為特征的注射成型方法，如反應(yīng)注射成型、注射涂裝成型等；(4)以組合壓縮或壓制過程為特征的注射成型方法．如注射壓縮成型、注射壓制成型、表面貼合成型等；(5)以組合混合混配為特征的注射成型方法，如直接(混配)注射成型等；(6)以組合取向或延伸過程為特征的注射成型方法，如磁場成型、注拉吹成型、剪切場控制取向成型、推拉成型、層間正交成型等；(7)以組合模具移動(dòng)或加熱等過程為特征的注射成型方法，如自切澆口成型、模具滑合成型、熱流道模具成型等。

結(jié)語

近年來，塑料加工成型的技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，其發(fā)展總趨勢是不斷滿足高分子制品向高度集成化、高度精密化、高產(chǎn)量等方面發(fā)展的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)制品材料的聚集態(tài)、相形態(tài)、組織形態(tài)等方面的控制，或?qū)崿F(xiàn)對(duì)制品進(jìn)行異質(zhì)材料的復(fù)合，最大程度地發(fā)揮聚合物的特性，達(dá)到制品高性能的目的。深入研究塑料成型加工技術(shù)與裝備，克服制品中的缺陷，對(duì)科技進(jìn)步與人們高標(biāo)準(zhǔn)的生活要求有重要意義。

[1]高峰．塑料成型加工實(shí)用技術(shù)講座(第七講)塑料異型材的擠出成型[J]．工程塑料應(yīng)用，2003，31(9)：58-62．

[2]賈明印．共擠出技術(shù)在聚合物成型加工中的應(yīng)用及其設(shè)備的最新進(jìn)展[J]．工程塑料應(yīng)用，2006，34(1)：66-69．

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1007-6344（2016）07-0302-01