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(shù)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(shù)學院，江蘇南京 210016)

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

發(fā)展趨勢，加工成型技術(shù)，研究開發(fā)

人類的發(fā)展史就是一部利用、制造、創(chuàng)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(nóng)業(yè)繁榮和工業(yè)時代來臨[1-3]。材料是現(xiàn)代科學與工業(yè)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，先進的材料是衡量當代工業(yè)文明發(fā)展程度的標志之一。隨著有機化學的發(fā)展，各種有機合成材料幾乎滲透到人類日常生活的各個領(lǐng)域[3-5]。

1 高分子材料的發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展，高分子材料的發(fā)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(lǐng)域，已研究出了可作為人造器官的醫(yī)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(fā)展的重要方向，這對于航空、航天、電子信息技術(shù)、汽車工業(yè)、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)改變催化體系、催化劑、合成工藝及共混、共聚及交聯(lián)等方法改進高分子材料性能；(2)創(chuàng)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(tài)結(jié)構(gòu)；(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(huán)境的變化做出響應；根據(jù)人體狀態(tài)，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。

1.4 復合化

為了克服單一材料的不足，發(fā)揮不同材料的優(yōu)點，拓展應用，提高經(jīng)濟效益，提出了高分子材料的復合化，高性能結(jié)構(gòu)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(yōu)良耐熱性和優(yōu)良成型加工性能的高強度基體樹脂；(2)研究開發(fā)高模量、高性能的纖維增強材料；(3)界面性能，粘結(jié)性能的提高及評價技術(shù)的改進等方面。

1.5 綠色化

雖然高分子材料對對人類發(fā)展起了很大的促進作用，同時也帶來了不小的污染。從生產(chǎn)到使用，節(jié)約能源，減排廢棄物，循環(huán)利用，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方向：(1)無毒無害的原料；(2) 開發(fā)原子經(jīng)濟的聚合反應；(3)高分子材料的再循環(huán)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(zhì)量的化合物構(gòu)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(fā)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(yè)、航空工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展對高分子聚合物材料的高強度、高模量、輕質(zhì)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(fā)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(fā)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(tài)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)樗栊螤詈托再|(zhì)的實用材料或制品的工程技術(shù)，獲取高分子材料制品、體現(xiàn)材料特性和開發(fā)新材料的重要手段，實現(xiàn)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(tài)才可擠壓變形，擠壓性質(zhì)與聚合物的流變性、流動速率密切有關(guān)。

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(zhì)和其它物理力學性質(zhì)；對熱固性聚合物還與聚合物的化學反應性能有關(guān)。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(jié)構(gòu)尺寸影響聚合物的模塑性。

可延性表示無定形或半結(jié)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(chǎn)薄膜、片材和纖維，可延性取決于材料產(chǎn)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(shù)

此技術(shù)克服傳統(tǒng)方式的中間環(huán)節(jié)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(chǎn)、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體，結(jié)合動態(tài)連續(xù)反應成型技術(shù)，研究酯交換連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)，研制開發(fā)精密光盤注射成型裝備，達到節(jié)能降耗、有效控制產(chǎn)品質(zhì)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(shù)

此技術(shù)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(shè)計(粒子設(shè)計)，在設(shè)計好的連續(xù)加t環(huán)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(xiàn)連續(xù)化制備聚合物、無機物復合材料[11-14]。

(3)熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)

此技術(shù)將振動力場引入混煉擠出全過程，控制硫化反直進程，實現(xiàn)混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化，解決共混加工過程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問題。研制開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備，提高我國TPV技術(shù)水平[11-14]。

這三種方法，都是以動態(tài)反應加工為基礎(chǔ)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(zhì)量、動量及能量傳遞及平衡問題，同時從技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問題。

4 總結(jié)

我們應該加強對新材料的開發(fā)，促進科學研究與產(chǎn)業(yè)界的結(jié)合，加快成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的進程，提高技術(shù)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(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是必由之路。

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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(shù)學院，材料科學與工程專業(yè)；E-mail：550336372@qq.com；Tel：18795996366

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