試論高分子材料成型加工的發(fā)展趨勢

祁世樂 吳海江

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越快，高分子材料成為了發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)也是發(fā)展高新科技的基礎(chǔ)。高分子材料只有通過加工成型獲得所需的形狀、結(jié)構(gòu)與性能，才能成為具有實(shí)用價(jià)值的材料與產(chǎn)品。高分子材料加工成型是一個(gè)外場作用下的形變過程，其技術(shù)與裝備在很大程度上決定了最終材料與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能。高分子材料加工成型過程節(jié)能降耗、廢舊制品循環(huán)利用、可再生資源替代是發(fā)展趨勢，研宄與探索高分子材料加工成型新方法、技術(shù)及裝備對(duì)推動(dòng)高分子材料產(chǎn)業(yè)及相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。同時(shí)可豐富和發(fā)展我國高分子產(chǎn)品先進(jìn)制造理論及其應(yīng)用

關(guān)鍵詞：高分子材料；發(fā)展；加工

高分子材料是當(dāng)代新材料的后起之秀，但其發(fā)展速度與應(yīng)用范圍超過了傳統(tǒng)的金屬材料和無機(jī)材料，已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技和日常生活等領(lǐng)域不可缺少的重要材料。世界合成高分子材料的總產(chǎn)量已達(dá)3億噸，其體積產(chǎn)量超過金屬材料。我國是高分子材料生產(chǎn)和消費(fèi)的大國，合成高分子材料產(chǎn)量達(dá)3000萬噸左右，在全球排名第二，年消費(fèi)量5000萬噸左右。近年來，高分子材料成型加工技術(shù)在工業(yè)上取得了飛速發(fā)展，我國航空工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)聚合物材料的性能提出了更高的要求。高分子材料是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料。[1]由千百個(gè)原子彼此以共價(jià)鍵結(jié)合形成相對(duì)分子質(zhì)量特別大、具有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的有機(jī)化合物。高分子材料的高分子鏈通常是由結(jié)構(gòu)單元組成，高分子鏈結(jié)構(gòu)和許許多多高分子鏈聚在一起的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形成了高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的結(jié)構(gòu)特征（如同分異構(gòu)體、幾何結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)）外，還具有許多特殊的結(jié)構(gòu)特征。高分子結(jié)構(gòu)通常分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分。鏈結(jié)構(gòu)是指單個(gè)高分子化合物分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，所以鏈結(jié)構(gòu)又可分為近程和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)，也稱一級(jí)結(jié)構(gòu)，包括鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、結(jié)構(gòu)單元的排列順序、支鏈類型和長度等。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)是指分子的尺寸、形態(tài)，鏈的柔順性以及分子在環(huán)境中的構(gòu)象.也稱二級(jí)結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu).包括晶體結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)等有關(guān)高聚物材料中分子的堆積情況，統(tǒng)稱為三級(jí)結(jié)構(gòu)。由于工業(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[2]。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。

隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展，以及人們對(duì)知識(shí)的追求，對(duì)高分子材料的性能提出了各種各樣新的要求?？偟膩碚f，今后高分子材料的發(fā)展趨勢是高性能化、高功能化、復(fù)合化、智能化以及綠色化[3]。

1 高性能化

提高耐高溫，耐磨性，耐腐蝕性，耐老化及高的機(jī)械強(qiáng)度等方面是高分子材料發(fā)展的重要方向，這對(duì)于航空、汽車工業(yè)、航天、電子信息技術(shù)、家用電器領(lǐng)域都有非常重要的作用。高分子材料高性能化的發(fā)展趨勢主要有：（1）創(chuàng)造新的高分子聚合物；（2）通過改變催化劑和催化體系，合成工藝及共聚，共混及交聯(lián)等對(duì)高分子性能進(jìn)行改進(jìn)；（3）通過新的加工方法改變聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)；（4）通過微觀復(fù)合方法，對(duì)高分子材料進(jìn)行性能改變

2 高功能化

高分子材料的高功能化是材料領(lǐng)域最具活力的新領(lǐng)域，目前已研究出了各種各樣新功能的高分子材料，可以作為人造器官的醫(yī)用高分子材料等。鑒于以上發(fā)展，高分子分離膜、高分子吸水性材料、光致抗蝕性材料、高分子催化劑等都是功能高分子的研究方向[4]。

3 復(fù)合化

為了發(fā)揮不同材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的缺點(diǎn)和不足，提高經(jīng)濟(jì)效益，使高分子材料的應(yīng)用更為廣泛而有了高分子材料的復(fù)合化。高性能的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是新材料革命的一個(gè)重要方向，目前主要用于航空造船、航天、海洋工程等方面，今后復(fù)合材料的研究方向

主要有：（1）研究并開發(fā)高性能、高模量的纖維增強(qiáng)材料；（2）合成具有高強(qiáng)度，優(yōu)良耐熱性和優(yōu)良成型加工性能的基體樹脂；（3）界面性能，粘結(jié)性能的提高及評(píng)價(jià)技術(shù)的改進(jìn)等方面。

4 智能化

智能化的高分子材料是使材料本身帶有生物所具有的高級(jí)智能，例如預(yù)知預(yù)告性，自我修復(fù)，自我診斷，自我識(shí)別能力等特性，對(duì)環(huán)境的變化可以做出相應(yīng)的解答；根據(jù)人體的狀態(tài)，控制和調(diào)節(jié)藥劑釋放的微膠囊材料，根據(jù)生物體生長或愈合的情況或繼續(xù)生長或發(fā)生分解的人造血管人工骨等醫(yī)用材料[5]。

5 綠色化

我們的日常生活中雖然高分子材料對(duì)起了很大的作用，但是高分子材料也給我們帶來了不小的污染。現(xiàn)在很受關(guān)注的從生產(chǎn)到使用能節(jié)約能源與資源，排放廢棄物少，對(duì)環(huán)境污染小，又能循環(huán)利用的高分子材料，要求高分子材料生產(chǎn)的綠色化。研究高分子材料的

綠色化主要有以下幾個(gè)方向：（1）開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)的聚合反應(yīng)；（2）選用無毒無害的原料；（3）利用可再生資源合成高分子材料；（4）高分子材料的再循環(huán)利用

總的來說，高分子材料對(duì)我們的未來影響是不可預(yù)測的。我國雖然在高分子材料的開發(fā)和利用方面起步比較晚，然而目前看來進(jìn)步的速度也是越來越快，高分子材料已經(jīng)為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做了重要的貢獻(xiàn)，我們應(yīng)該更加提高技術(shù)水平，加強(qiáng)對(duì)新材料的開發(fā)，以提高生活的質(zhì)量，讓高分子材料成長得更加全面，更好地為人類服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周冀.高分子材料基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2] 高軍剛，李源勛.高分子材料[M].北京：化工出版社，2002.

[3] Chen J N，Chen O M，et aI.J.AppI.PoIym.Sci.，1996，62：2135 ～ 2138

作者簡介

祁世樂（1995—），男，漢族，甘肅武威人，學(xué)校，邵陽學(xué)院，專業(yè)，材料成型及控制工程，指導(dǎo)老師：吳海江

（作者單位：邵陽學(xué)院）