高分子材料成型加工綜述

姚雨辰

(南京航空航天大學材料科學與技術學院，江蘇南京 210016)

高分子材料成型加工綜述

姚雨辰

(南京航空航天大學材料科學與技術學院，江蘇南京 210016)

介紹了高分子材料的發展歷史，高功能、高性能、智能、復合以及綠色化的發展趨勢，從信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術、聚合物/無機物復合材料物理場強化制備技術、熱塑性彈性體動態全硫化制備技術三種高分子材料加工成型技術，同時闡述了高分子材料今后的研究開發方向。

發展趨勢，加工成型技術，研究開發

人類的發展史就是一部利用、制造、創新材料的歷史。100萬年前，人類利用石頭做工具，標志著人類進入舊石器時代；大約1萬年以前，人類把石頭加工成精致的器皿或工具，標志著新石器時代到來；5000年前的青銅、3000年前的鐵以及后來鋼等金屬材料使用，標志著人類農業繁榮和工業時代來臨[1-3]。材料是現代科學與工業技術發展的基礎，先進的材料是衡量當代工業文明發展程度的標志之一。隨著有機化學的發展，各種有機合成材料幾乎滲透到人類日常生活的各個領域[3-5]。

1 高分子材料的發展趨勢

隨著科技的發展，高分子材料的發展趨勢是高功能化、高性能化、智能化、復合化以及綠色化[2，4]。

1.1 高功能化

高功能化是最具活力的新領域，已研究出了可作為人造器官的醫用高分子材料等。目前高分子吸水性材料、高分子分離膜、高分子催化劑、光致抗蝕性材料等都是高功能化的研究方向。

1.2 高性能化

耐高溫、耐腐蝕性、耐老化、耐磨性及高機械強度等方面是高分子材料發展的重要方向，這對于航空、航天、電子信息技術、汽車工業、家用電器領域都有非常重要的作用。

高分子材料高性能化的發展趨勢主要有：(1)改變催化體系、催化劑、合成工藝及共混、共聚及交聯等方法改進高分子材料性能；(2)創造新的高分子聚合物；(3)新的加工方法改變聚合物的聚集態結構；(4)微觀復合方法改變高分子材料性能。

1.3 智能化

智能化是高分子材料本身帶有生物所具有的高級智能，例如自我診斷、自我識別、自我修復以及預知性等能力。例如能對環境的變化做出響應；根據人體狀態，調節藥劑釋放的微膠囊材料；根據生物體生長或愈合的情況或繼續生長或發生分解的人造血管人工骨等醫用材料。

1.4 復合化

為了克服單一材料的不足，發揮不同材料的優點，拓展應用，提高經濟效益，提出了高分子材料的復合化，高性能結構復合材料是新材料革命的一個重要方向，其主要應用于航空、航天、海洋工程以及造船等方面。

目前，復合材料的研究方向主要有：(1)合成具有優良耐熱性和優良成型加工性能的高強度基體樹脂；(2)研究開發高模量、高性能的纖維增強材料；(3)界面性能，粘結性能的提高及評價技術的改進等方面。

1.5 綠色化

雖然高分子材料對對人類發展起了很大的促進作用，同時也帶來了不小的污染。從生產到使用，節約能源，減排廢棄物，循環利用，要求高分子材料生產的綠色化。

研究高分子材料的綠色化主要有以下幾個方向：(1)無毒無害的原料；(2) 開發原子經濟的聚合反應；(3)高分子材料的再循環利用；(4)可再生資源合成高分子材料。

2 高分子材料及其加工

2.1 高分子材料應用

高分子材料是由較高分子質量的化合物構成的材料，高分子是生命存在的形式，包括橡膠、涂料、纖維、膠粘劑、塑料和高分子基復合材料，所有的生命體都可以看作是高分子的集合[4，6-9]。

隨著科技的發展，對高分子材料的性能提出了新的要求。近年來，國防尖端工業、航空工業等領域的發展對高分子聚合物材料的高強度、高模量、輕質等性能提出了更高的要求，特殊要求的高強度高分子聚合物的開發研制越來越顯迫切。

2.2 高分子材料加工

今后高分子材料的一個發展趨勢是提高耐高溫、耐腐蝕性、耐老化、耐磨性及高機械強度等方面的性能。高性能化主要是通過新的成型加工方法改變聚合物的聚集態結構以提高性能[9-11]。

高分子材料成型加工則是將高分子材料轉變為所需形狀和性質的實用材料或制品的工程技術，獲取高分子材料制品、體現材料特性和開發新材料的重要手段，實現其使用價值。

3 高分子材料加工方法

3.1 高分子材料的加工特點

高分子材料成型加工則屬于非金屬材料成型加工，其具有可擠壓性、可模塑性、可延性。

可擠壓性是指聚合物通過擠壓作用形變時獲得形狀和保持形狀的能力，材料處于黏流態才可擠壓變形，擠壓性質與聚合物的流變性、流動速率密切有關。

可模塑性是材料在溫度和壓力作用下形變和在模具中模塑成型的能力，可模塑性主要取決于材料的流變性、熱性質和其它物理力學性質；對熱固性聚合物還與聚合物的化學反應性能有關。模塑條件影響聚合物的可模塑性，且對制品的性能有影響。聚合物的熱性能、模具的結構尺寸影響聚合物的模塑性。

可延性表示無定形或半結晶固體聚合物在一個方向或二個方向上受到壓延或拉伸時變形的能力，利用聚合物的可延性，可通過壓延或拉伸工藝生產薄膜、片材和纖維，可延性取決于材料產生塑性形變的能力和應變硬化作用。

3.2 高分子材料成型加工方法

(1)信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術

此技術克服傳統方式的中間環節多、周期長、能耗大、儲運過程易受污染、成型前處理復雜等問題，將光盤級PC樹脂生產、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體，結合動態連續反應成型技術，研究酯交換連續化生產技術，研制開發精密光盤注射成型裝備，達到節能降耗、有效控制產品質量的目的[11-14]。

(2)聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術

此技術在強振動剪切力場作用下對無機粒子表面特性及其功能設計(粒子設計)，在設計好的連續加t環境和不加或少加其它化學改性劑的情況下，利用聚合物使無機粒子進行原位表面改性、原位包覆、強制分散，實現連續化制備聚合物、無機物復合材料[11-14]。

(3)熱塑性彈性體動態全硫化制備技術

此技術將振動力場引入混煉擠出全過程，控制硫化反直進程，實現混煉過程中橡膠相動態全硫化，解決共混加工過程共混物相態反轉問題。研制開發出擁有自主知識產權的熱塑性彈性體動態硫化技術與設備，提高我國TPV技術水平[11-14]。

這三種方法，都是以動態反應加工為基礎的，從理論上突破了控制聚合物單體或預聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點，解決了振動力場作用下聚合物反應加工過程中的質量、動量及能量傳遞及平衡問題，同時從技術上解決了設備結構集成化問題。

4 總結

我們應該加強對新材料的開發，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，提高技術水平，讓高分子材料成長得更加全面，更好地為人類服務。高分子材料對未來影響是不可預測的，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。

[1] 喬金樑.我國高分子材料產業轉型發展的思考[J].石油化工，2015(09)：1033-37.

[2] 賀超良，湯朝暉，田華雨，等. 3D打印技術制備生物醫用高分子材料的研究進展[J].高分子學報，2013(06)：722-732.

[3] 周志峰，王清才，李花婷，等.超細粉末橡膠對不同橡膠性能的影響[J]. 輪胎工業，2015(06)：343-348.

[4] 王湘，戚桂村，張曉紅，等.聚合物玻璃化轉變溫度的異常變化及其機理探討[J]. 中國科學：化學，2012(05)：622-627.

[5] 楊桂英.2014年國內合成樹脂市場回顧及2015年展望[J]. 當代石油石化，2015(03)：26-32.

[6] 宋文波.非對稱加外給電子體調控聚丙烯分子鏈結構[J].中國科學：化學，2014(11)：1749-1754.

[7] COATES P D，CATON-ROSE P，WARD I M，et al. THOMPSON G.. Process structuring of polymers by solid phase orientation processing[J]. Science China(Chemistry)，2013(08)：1017-1028.

[8] 喬金樑.聚烯烴材料的研究開發進展[J]. 中國材料進展，2012(02)：33-37.

[9] 謝在庫.面向資源與環境的能源化工與高分子材料技術創新戰略思考[C]∥2015年全國高分子學術論文報告會論文摘要集. 2015：2161.

[10] 白時兵，孫發森，楊雙橋，等.固相力化學技術在廢棄高分子材料回收中的應用[C]∥2014年全國高分子材料科學與工程研討會學術論文集(下冊). 2014：929-930.

[11] 趙云峰.高性能高分子材料在航天工業的應用進展[C]∥2014年全國高分子材料科學與工程研討會學術論文集(下冊). 2014：481-483.

[12] 黃漢雄，汪志泳，關偉盛，等.基于流變學建模與仿真的高性能功能化制品的注塑[C]∥2015年全國高分子學術論文報告會論文摘要集. 2015：1718.

[13] 國朝聘，江財明，王騰霄，等.大型軍用包裝箱滾塑成型技術研究[J]. 橡塑技術與裝備，2016(12)：71-73.

[14] 江財明.國內滾塑行業現狀和發展趨勢[J].橡塑技術與裝備，2016(16)：29-32.

Review on Molding and Processing of Polymer Materials

YAO Yu-chen

(College of Material Science and Technology，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，Jiangsu，China)

In this paper，the development history，high function，high performance，intelligence，compound and green development trend of polymer materials were introduced，and the technology of direct synthesis reaction molding from the information storage disc substrate，the physical preparation of polymer/inorganic composites technology，thermoplastic elastomer preparation technology of dynamic full-vulcanization were also introduced，at the same time expounded the future direction of research and development of polymer materials.

development trend，processing molding technology，research anddevelopment

姚雨辰，南京航空航天大學材料科學與技術學院，材料科學與工程專業；E-mail：550336372@qq.com；Tel：18795996366

TQ 31