高分子材料成型工藝技術發展概述

涂家祎

（鄭州大學材料科學與工程學院 河南 鄭州 450001）

高分子材料成型工藝技術發展概述

涂家祎

（鄭州大學材料科學與工程學院 河南 鄭州 450001）

隨著工業化技術的發展和人民生活水平的提高，人們對塑料產品種類和質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現其使用價值的，因此從應用角度來講，以對高分子材料賦予形狀為主要目的成型加工技術有著重要的意義。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加壓方式，連續地將塑化好的成型物料從擠出機的機筒中擠入機頭，熔融物料通過機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地從模具中拉出，同時進行冷卻定型，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。要獲得外觀和內在質量均優良的型材制品，是與原材料配方、擠出設備水平、機頭模具設計與加工精度、型材斷面結構設計及擠出成型工藝條件等分不開的。擠出成型工藝參數的控制包括成型溫度、擠出機工作壓力、螺桿轉速、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的結構、塑料品種、制品類型、產品的質量要求等的不同而改變。

1.1 共擠出技術

共擠出技術是用兩臺或者兩臺以上單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機將兩種或多種聚合物同時擠出并在一個機頭中成型多層板式或片狀結構等的一步法加工過程。共擠出技術避免了傳統的高代價且復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，可將共擠出技術分為軟硬共擠、芯部發泡共擠、廢料共擠、雙色共擠等。共擠出技術可以在一個工序內完成多層復合制品的擠出成型，絕大多數共擠出復合制品不需要基材和粘合劑，具有生產成本低、工藝簡單、能耗低、生產效率高、制品種類多等特點，特別適合于生產復合薄膜、板材、管材等復合制品，是目前多層復合制品最有發展前景的復合成型技術之一，可供共擠出的物料不僅有聚合物，還可以是金屬、無機材料等。

共擠出技術是當代廣泛應用的先進的聚合物加工方法，共擠出技術已廣泛應用于復合管材、復合薄膜、板材、異型材、光纖、電線、電纜等復合制品的生產，隨著共擠出技術的發展，其應用領域會進一步拓寬。多層共擠復合機頭是研究和開發的熱點，也是共擠復合研究的難點。開發高效、節能的多層結構單機共擠出設備是共擠出設備的發展趨勢。

1.2 成型技術

擠脹成型技術是一種塑性成型方法，主要適用于加工細口制件或一些較復雜的中空制品，這些制品通常是采用旋轉模塑、注塑或吹塑方法成型的。其基本過程是：預成型的管坯在組合外力的作用下沿徑向外擴張，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填入脹形介質；對管坯及其內部的脹形介質施加擠壓力，使管坯材料在一定的應力狀態下變形并流向其徑向的模腔自由空間；管坯在脹形介質產生的內壓作用下不斷變形，得到與模腔形狀相同的制件；外力撤消后，脹形介質恢復原狀或散開，從制品內部取出。

擠脹成型技術出現于20世紀40年代的金屬成型加工領域，雖然沒有在塑料加工領域獲得廣泛的應用，但與常規的塑料成型技術相比，這種方法具有以下特點：成型設備結構相對簡單，成型模具的結構簡潔；被加工材料不產生相變而且成型過程通常都是在較低溫度下進行，能耗低；控制系統比較簡單，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率和低成本；在生產批量較小的情況下能大幅度降低生產成本。

1.3 反應擠出工藝

反應擠出工藝是連續地將單體聚合并對現有聚合物進行改性的一種方法，因可以使聚合物性能多樣化、功能化且生產連續、工藝操作簡單和經濟適用而普遍受到重視。該工藝的最大特點是將聚合物的改性、合成與聚合物加工這些傳統工藝中分開的操作聯合起來。

反應擠出成型技術是可以實現高附加值、低成本的新技術，已經引起世界化學和聚合物材料科學與工程界的廣泛關注，在工業方面發展很快。與原有的成型擠出技術相比，有明顯的優點：節約加工中的能耗；避免了重復加熱；降低了原料成本；在反應擠出階段，可在生產線上及時調整單體、原料的物性，以保證最終制品的質量。

2 注射成型技術

注射成型技術是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一，可用來生產空間幾何形狀非常復雜的塑料制件。由于它具有應用面廣、成型周期短、花色品種多、制件尺寸穩定、產品效率高、模具服役條件好、塑料尺寸精密度高、生產操作容易、實現機械化和自動化等諸方面的優點。因此，在整個塑料制件生產行業中，注射成型占有非常重要的地位。目前，除了少數幾種塑料品種外，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。

注射成型技術的發展主流一般以多種方式的組合為基礎，具有如下技術特征：(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、多材質復合成型、多色復合成型等；(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)以組成化學反應過程為特征的注射成型方法，如反應注射成型、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。

結語

近年來，塑料加工成型的技術取得了顯著的進步，其發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、高產量等方面發展的要求，實現對制品材料的聚集態、相形態、組織形態等方面的控制，或實現對制品進行異質材料的復合，最大程度地發揮聚合物的特性，達到制品高性能的目的。深入研究塑料成型加工技術與裝備，克服制品中的缺陷，對科技進步與人們高標準的生活要求有重要意義。

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

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

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1007-6344（2016）07-0302-01