試析高分子材料成型加工技術(shù)

湯博翔

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，我國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中高分子材料的應(yīng)用范圍越來越廣，對于高分子材料成型加工的技術(shù)要求也越來越高。高分子材料主要指以高分子化合物為基體組分的材料，例如橡膠、塑料和纖維等。高分子材料具有原料豐富、制造簡單、加工方便、品種齊全、性能優(yōu)異等諸多優(yōu)點，因此在科學技術(shù)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟等諸多領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，并在社會生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。本文試從高分子材料成型加工技術(shù)的基本原理、主要方法、創(chuàng)新應(yīng)用和發(fā)展趨勢等方面進行探討分析，以供交流參考之用。

關(guān)鍵詞：高分子材料；成型加工技術(shù)；基本原理；技術(shù)方法；創(chuàng)新應(yīng)用

高分子材料主要指以高分子化合物為基體組分的材料，例如橡膠、塑料和纖維等。高分子材料具有原料豐富、制造簡單、加工方便、品種齊全、性能優(yōu)異等諸多優(yōu)點，因此在科學技術(shù)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟等諸多領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，并在社會生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。針對高分子工業(yè)生產(chǎn)來說，其由高分子材料制備和成型加工兩個主要過程。高分子材料成型加工技術(shù)主要指通過具體的加工方法賦予高分子材料形狀，從而制成相應(yīng)的制品，從而讓其具備使用價值。如今的高分子材料加工正以高性能、高效率、低成本、低污染為原則快速發(fā)展。而判斷高分子材料成型加工技術(shù)的質(zhì)量標準也通常以加工制品的外觀性、尺寸精度、耐化學性和耐熱性等為基礎(chǔ)依據(jù)。隨著科技的迅猛發(fā)展，我國高分子材料成型加工技術(shù)已取得了顯著成果。

1 高分子材料成型加工技術(shù)的基本原理

高分子材料的材料成型加工通常由若干化工單元操作而成，通過高分子反應(yīng)加工實現(xiàn)若干單元的操作熔合，其中能量的傳遞平衡，物料的輸運平衡等問題相對繁雜，并不同于單個化工單元操作。傳統(tǒng)聚合過程解決傳熱和傳質(zhì)問題時，主要是通過溶劑和緩慢反應(yīng)加以實現(xiàn)，而現(xiàn)代聚合反應(yīng)加工時的物料溫度會在極短時間內(nèi)達到400℃-800℃的高溫，因此必須通過設(shè)備快速消除聚合生成的熱量。因此，針對高分子材料成型加工技術(shù)的研究必須從化學、熱物理兩方面進行。其中，高分子材料的物理機械性能、熱性能、加工性能等主要取決于其化學結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而高分子材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)與加工工藝密切相關(guān)。此外，由于高分子材料成型加工的理論基礎(chǔ)是高分子材料流變學，高分子材料的自身規(guī)律和特點是伴隨化學反應(yīng)的高分子材料的流變性質(zhì)而產(chǎn)生的，因此必須研究物理材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度濕度、輻射等條件下與時間因素有關(guān)的變形和流動規(guī)律等。

2 高分子材料成型加工技術(shù)的主要方法

1、擠出成型技術(shù)。擠出成型技術(shù)是指物料在通過擠出機料筒和螺桿間的作用，在受熱塑化的同時被螺桿向前推送，連續(xù)通過機頭而制成各種截面制品或半制品的加工方法。其具體原理是高分子原材料自料斗進入料筒，通過螺桿旋轉(zhuǎn)的作用，料筒內(nèi)壁和螺桿表面摩擦剪切作用向前輸送到加料段，在此松散固體向前輸送同時被壓實；在壓縮段，螺槽深度變淺，進一步壓實，同時在料筒外加熱和螺桿與料筒內(nèi)壁摩擦剪切作用，料溫升高開始熔融，壓縮段結(jié)束；均化段使物料均勻，定溫、定量、定壓擠出熔體，到機頭后成型，經(jīng)定型得到制品。擠出成型又有共擠出技術(shù)、擠出注射組合技術(shù)、成型技術(shù)、反應(yīng)擠出工藝與固態(tài)擠出工藝等。

2、注塑成型技術(shù)。注塑成型技術(shù)是目前塑料加工中應(yīng)用最為普遍技術(shù)方法，能夠生產(chǎn)空間幾何形狀十分復(fù)雜的塑料制件。根據(jù)組合材料特點，其又可分為組合惰性氣體的氣體輔助注射成型、組合化學反應(yīng)過程的反應(yīng)注射成型、組合混合混配的直接注射成型、組合不同材料的夾心成型等諸多技術(shù)方法。

3、吹塑成型技術(shù)。吹塑成型技術(shù)是發(fā)展較為迅速的一種塑料加工方法。熱塑性樹脂經(jīng)擠出或注射成型得到的管狀塑料型坯，趁熱或加熱到軟化狀態(tài)，置于對開模中，閉模后立即在型坯內(nèi)通入壓縮空氣，使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內(nèi)壁上，經(jīng)冷卻脫模，即得到各種中空制品。根據(jù)型坯制作方法，吹塑可分為擠出吹塑和注射吹塑，新近發(fā)展起來的包括拉伸吹塑和多層吹塑等。

4、塑料激光成型技術(shù)。塑料激光成型技術(shù)是新近興起的一種加工技術(shù)，其主要通過高度聚焦的激光垂直照射在需要塑型的模板之上，然而塑料能夠直接進行吸收激光的能力較低，因此必須在塑型的部位涂上一些能夠吸收熱量的涂料，從而使塑料受到溫度影響而發(fā)生變形。

5、半結(jié)晶塑料激光成型技術(shù)。半結(jié)晶塑料激光成型技術(shù)是吸收激光能量促使塑料的一個面進行變形。塑料表面的溫度必須低于材料結(jié)晶溶解的溫度，從而確保塑料的性能指標。塑料的拉伸應(yīng)力與彎曲強度要求溫度高于60攝氏度，從而確保完整變形。

6、激光燒結(jié)成型技術(shù)。激光燒結(jié)成型技術(shù)需要使用CAD輔助技術(shù)對塑料進行加工處理。其能夠有效的節(jié)約生產(chǎn)模具方面的成本結(jié)算，是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。其能夠有效的節(jié)約生產(chǎn)成本，相比注塑技術(shù)更為環(huán)保節(jié)能，對于零部件的生產(chǎn)方面表現(xiàn)更加出色。

3 高分子材料成型加工技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

1、聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)。目前，我國每年有數(shù)以萬噸計的聚合物與相關(guān)材料需要加工生產(chǎn)，國內(nèi)使用的反應(yīng)加工設(shè)備都使用傳統(tǒng)型器械進行混合冶煉加工制品，熱感傳播過程不同程度地存在一定問題，化學反應(yīng)程度的控制較難，無法準確掌握反應(yīng)產(chǎn)物中的分子分布情況。且相關(guān)設(shè)備的資金投入大，能源消耗高，噪音污染和光污染較為嚴重。傳統(tǒng)加工方法無論是原理還是技術(shù)上均存在較大的局限性。而聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)對設(shè)備和技術(shù)要求非常嚴格，要求工作人員必須將電磁場中的磁波引入聚合反應(yīng)物質(zhì)當中，達到有效地控制作用，使生成物與反應(yīng)制品都能夠具有物理和化學性質(zhì)。聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)在理論上、技術(shù)上都突破了傳統(tǒng)塑造方法的不足，使得震動力作用下聚合物反應(yīng)質(zhì)量和動能平衡等問題得到了有效解決，并且在技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)上的缺陷問題。新設(shè)備具有能耗低、噪音污染小、體積和重量優(yōu)勢等諸多優(yōu)點，促使我國在相關(guān)領(lǐng)域?qū)用娴募庸ぜ夹g(shù)達到了世界領(lǐng)先水平。

2、信息存儲光盤盤基成型技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)技術(shù)工藝中的弊端問題。傳統(tǒng)的信息存儲形式能量消耗大、周期性較長，并且在存儲過程中極易受到污染。而如今應(yīng)用PC樹脂進行生產(chǎn)、貯存和光盤成型技藝，能夠有效地達到環(huán)境保護和節(jié)能的目的，確保產(chǎn)品的質(zhì)量達到標準要求。

4 結(jié)語

總之，現(xiàn)階段，我國應(yīng)專注于高分子材料成型加工技術(shù)的研究，努力掌握尖端科技，注重培育自主知識產(chǎn)權(quán)，打破國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)科研與產(chǎn)業(yè)實踐的有機結(jié)合，把科技轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力，推動我國高分子材料成型加工技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速可持續(xù)發(fā)展。

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