高分子材料加工成型技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展

1.王小丹 2.宮發(fā)江 3.王 嬌 4.張翠敏

1,3,4.遼寧省輕工科學(xué)研究院 2.遼寧環(huán)宇礦業(yè)咨詢有限公司

高分子材料加工成型技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展

1.王小丹 2.宮發(fā)江 3.王 嬌 4.張翠敏

1,3,4.遼寧省輕工科學(xué)研究院 2.遼寧環(huán)宇礦業(yè)咨詢有限公司

隨著現(xiàn)代高分子材料應(yīng)用范圍的拓展，高分子材料成型與加工控制技術(shù)得到了不斷的提高，在現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。因此，探討高分子材料成型的基本原理、高分子材料的主要成型方法、分析成型控制技術(shù)，對(duì)提高高分子材料成型技術(shù)的推廣應(yīng)用具有積極作用。在對(duì)高分子材料成型的基本原理進(jìn)行論述的基礎(chǔ)上，論述了當(dāng)前高分子材料的主要成型方法。以提高高分子材料成型控制的整體水平為目的，分析了當(dāng)前主要應(yīng)用的高分子材料成型技術(shù)，并探討了當(dāng)前高分子材料成型控制技術(shù)。

高分子；材料加工；成型技術(shù)

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(lái)越高。高分子材料是通過(guò)制造成各種制品來(lái)實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值的，因此從應(yīng)用角度來(lái)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。

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(yùn)輸與平衡、能量的傳遞與平衡都有其自身的特點(diǎn)。高分子材料的合成和制備，并非通過(guò)單個(gè)化工單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是由幾個(gè)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(guò)程。在材料的聚合過(guò)程中，會(huì)面臨兩大問(wèn)題，即傳熱和傳質(zhì)。對(duì)于傳統(tǒng)的聚合過(guò)程來(lái)說(shuō)，通常利用溶劑以及緩慢反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。而聚合反應(yīng)則與之有著很大的不同，反應(yīng)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(nèi)就可以達(dá)到400～800℃，因此在反應(yīng)中將產(chǎn)生較大的熱量，必須對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的脫除，從而避免在物料中發(fā)生降解和碳化現(xiàn)象。由此可見，傳統(tǒng)的加工過(guò)程和聚合反應(yīng)的加工過(guò)程存在著本質(zhì)的不同，聚合反應(yīng)需要利用設(shè)備將生成的熱量移去，而傳統(tǒng)的加工過(guò)程則需要利用設(shè)備對(duì)聚合物加熱。

2　高分子材料成型加工技術(shù)分類

該項(xiàng)技術(shù)主要涵蓋的種類繁多，諸如吹塑、注塑、擠壓、激光以及吸塑和拉伸等，因此筆者選取三種最常見類型對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行闡述。

2.1擠壓式成型技術(shù)

該技術(shù)的成型過(guò)程是受熱與塑化同時(shí)進(jìn)行，材料在通過(guò)擠出機(jī)的料筒的時(shí)候，由于螺旋桿和料筒的摩擦擠壓產(chǎn)生熱量將材料融化，再由螺旋桿向前推送至壓縮段并且壓實(shí)，直到經(jīng)過(guò)設(shè)備頭面后冷卻成型，這種技術(shù)通常用于處理熱固性塑料。

2.2注塑式成型技術(shù)

此技術(shù)的成型原理則是通過(guò)對(duì)材料有針對(duì)性進(jìn)行配比混合，利用材料間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)借助惰性氣體的輔助作用，將材料直接注射成需要的形狀。該項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于塑料制品的加工，不僅可以生產(chǎn)出常規(guī)形狀的塑料制品，亦可根據(jù)實(shí)際需求生產(chǎn)出符合要求的復(fù)雜形狀制品。

2.3吹塑式成型技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)主要是將熱塑性的樹脂以擠出或注射的方式，形成管狀，再經(jīng)加熱軟化處理后的管狀材料放置在對(duì)開模具中，然后將模具關(guān)閉并注入壓縮空氣使其緊貼于模具壁，冷卻脫離后，即制成管狀制品。該技術(shù)又可細(xì)分為擠出與注射兩種方式的吹塑，主要用于樹脂質(zhì)管狀制品的加工。

3　高分子材料加工成型工藝

3.1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(guò)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(guò)程。

3.2注射成型

注射成型技術(shù)是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一，可用來(lái)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、模具成型條件好、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。

4　高分子材料的發(fā)展趨勢(shì)

4.1高分子材料的高性能化

目前，高分子材料的各項(xiàng)性能良好，以其強(qiáng)度和韌性為例，某些品種的強(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)掘出來(lái)，理論上還具有廣闊的發(fā)展空間。

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(tuán)或分子結(jié)構(gòu)或兩者共同作用的結(jié)果。

4.3高分子材科的生物化

生物化是高分子材料發(fā)展最快的一個(gè)方向。各種醫(yī)用高分子就屬于這一范疇。有人認(rèn)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(xué)已成為高分子科學(xué)的一個(gè)最主要發(fā)展方向。

4.4具體應(yīng)用

第一，在航空、機(jī)械制造、電氣信息、軍事工業(yè)等方面，高分子材料抗腐蝕能力強(qiáng)，高溫耐受性好，抗老化能力強(qiáng)，因此在對(duì)材料進(jìn)行加工成型這個(gè)程序上要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是非常高的。第二，在醫(yī)療領(lǐng)域，高分子材料被應(yīng)用于各種人造器官的制造上，因此對(duì)材料的吸水性，抗催化分解，抗腐蝕功能要求都比較高，因此在對(duì)材料進(jìn)行成型時(shí)，對(duì)成型的延展性和拉伸性的要求會(huì)高于其他成型技術(shù)。第三，復(fù)合型材料在很多領(lǐng)域都應(yīng)用非常廣泛，尤其是造船和海洋工程方面，這方面的復(fù)合型材料主要要求粘連性強(qiáng)，耐熱耐腐蝕。

綜上所述，本文對(duì)高分子材料的概念，對(duì)高分子材料的成型加工中的常見技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)該技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)以及延伸到相對(duì)應(yīng)的高精尖領(lǐng)域需求特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。該項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)具有潛力并且前景廣泛的朝陽(yáng)技術(shù)，該技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展將帶動(dòng)整個(gè)高分子材料領(lǐng)域的進(jìn)步。因此我們應(yīng)當(dāng)將理論與實(shí)踐更好地結(jié)合起來(lái)，將科研成果不斷用于實(shí)踐，從而使整個(gè)領(lǐng)域都能有所發(fā)展。

[1] 甄延波. 高分子材料成型加工技術(shù)的進(jìn)展[J]. 化工中間體，2012，02：23-25.

[2] 張敏，鞏建敏. 淺析高分子材料成型加工技術(shù)及其發(fā)展[J]. 科技資訊，2014，24：74.

[3] 黃貴禹. 淺析高分子材料成型加工技術(shù)[J]. 東方企業(yè)文化，2011，16：97.