高分子材料的加工成型技術(shù)探究

王威

摘要：由于高分子新材料的突出性能和不斷涌現(xiàn)的特點，以及工業(yè)領(lǐng)域的加工制造工藝不斷發(fā)展使得對材料的響應(yīng)顯得滯后。功能高分子材料由于其突出的性能優(yōu)勢和特點，在工業(yè)領(lǐng)域中有巨大的推廣和應(yīng)用前景。目前在工業(yè)生產(chǎn)中高分子材料的應(yīng)用越來越普遍，而高分子材料的應(yīng)用也解決了家電企業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)上的難題。高分子的加工成型技術(shù)是其良好應(yīng)用的前提，為了取得良好的效果，我們需要對高分子材料的加工成型技術(shù)進行更加深入的研究，提高家電行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，從而促進我國工業(yè)化的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高分子材料;加工成型;技術(shù)

引言

隨著材料科學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展，高分子材料在家電領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍，有關(guān)高分子成型技術(shù)研究也在不斷深入。近些年，除了家電領(lǐng)域外，在工業(yè)生產(chǎn)、航空制造等行業(yè)中都有高分子材料的身影，鑒于高分子材料在經(jīng)濟建設(shè)中的重要地位，本文對高分子材料進行了簡單的介紹，重點研究高分子材料成型加工技術(shù)的應(yīng)用，以供參考。

1高分子材料的分類

高分子材料按照來源可分為天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子是存在于動物、植物及生物體內(nèi)的高分子，可分為天然纖維、天然樹脂、天然橡膠、動物膠等。合成高分子主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大材料，此外還包括膠黏劑、涂料以及各種功能高分子材料。高分子材料按照特性可分為塑料、橡膠、纖維、涂料、膠黏劑和高分子基復(fù)合材料等。塑料主要有PE、PP、PS、PVC4種;橡膠主要有丁苯橡膠、順丁橡膠、乙丙橡膠和異戊橡膠4種;纖維主要有錦綸、滌綸、丙綸和腈綸4種

2高分子材料的加工成型特點

2.1可擠壓性

通常高分子材料極易發(fā)生形變，當受到外力擠壓時就會發(fā)生明顯的形變。因此，在加工成型過程中只需要通過熔融方法將高分子材料改變?yōu)檎沉鲬B(tài)，然后在模具和流道內(nèi)控制其流動速率，從而得到所需要的應(yīng)用形狀。

2.2可模塑性

當高分子材料處于一定壓力與溫度條件下，可進行可塑性形變，常用于高分子材料的模塑成型，同時高分子材料還具有流變性以及熱性能，因此在模塑成型過程中只需要按照技術(shù)要求控制好壓力與熱量即可控制模具中高分子材料的變化形態(tài)。

2.3可延性

當高分子材料受到壓力及拉伸力的時候會發(fā)生一定的形變，按照技術(shù)要求合理控制壓力或拉伸力，使之成為所需的不同形態(tài)的形狀。比如通過壓延可以讓高分子材料變成薄膜，通過拉伸可以讓高分子材料變成片狀型材，然后應(yīng)用到各類場景中。

3高分子材料加工成型技術(shù)

3.1擠出成型技術(shù)

擠出成型技術(shù)的主要特點是高效、連續(xù)成型，適用范圍廣泛，在高分子材料加工中應(yīng)用較早，也是加工成型技術(shù)中應(yīng)用最多的一種方法。受熱熔化后的高分子材料在螺桿或柱塞擠壓作用下進入模具內(nèi)成型，在完成定型后冷卻，得到工業(yè)產(chǎn)品。擠壓成型技術(shù)的主要步驟有加料、熔融塑化、擠壓成型、定型和冷卻等。在整個擠壓成型過程中高分子材料經(jīng)過了固態(tài)、彈性狀態(tài)、粘流態(tài)、固態(tài)等幾個過程的轉(zhuǎn)變。用于擠壓成型加工的機械設(shè)備有單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機兩種，該方法常用于管材、棒材、薄膜、片材、電線纜護層以及單絲類連續(xù)成型產(chǎn)品的加工。但是，傳統(tǒng)的擠壓成型技術(shù)存在著一定的環(huán)境污染問題，難以適應(yīng)當前我國綠色經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略目標，因此也在經(jīng)歷著不斷的發(fā)展與進步。通過專家學(xué)者以及技術(shù)人員的不懈努力，目前擠出成型技術(shù)有了很大發(fā)展，已經(jīng)用于生產(chǎn)的有反應(yīng)擠出、固態(tài)擠出、振動擠出、微納層共擠出等四種，如圖1。

3.2注塑成型技術(shù)

注塑成型技術(shù)的主要特點是生產(chǎn)速度快、效率高，可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，適用于多種形狀、大小、花色的產(chǎn)品生產(chǎn)。（1）在氣體輔助注塑成型技術(shù)中使用到了塑料熔體注射與氣體注射成型兩種技術(shù)，其優(yōu)點是注射壓力低，成品不易發(fā)生變形，提高了成品的表面光潔度。在使用氣體輔助注塑成型技術(shù)后，尺寸的穩(wěn)定性得到有效控制，可以用來生產(chǎn)較為復(fù)雜的產(chǎn)品，也可用于薄壁制品的加工生產(chǎn)。（2）可熔芯注塑成型技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的成型技術(shù)的分支，其原理是先使用低熔點的材料加工成可熔型芯，并將之放入模具中注塑成型，待注件冷卻成型后在模腔中取出，然后再將可熔型芯熔化后取出。這種方法特別適用于形狀復(fù)雜、中空以及不便于使用機械加工的復(fù)合材料產(chǎn)品。（3）共注塑成型技術(shù)是使用兩個注射料筒分別注射不同的物料，可以是不同顏色的材料，適用于生產(chǎn)多層結(jié)構(gòu)、多種顏色的復(fù)合型材料塑件。（4）反應(yīng)注塑成型技術(shù)使用兩種或者多種高分子材料，按照一定的配比將材料混合均勻后注射到模具當中，在加工成型過程中伴隨著材料之間的化學(xué)反應(yīng)完成固化成型。在反應(yīng)注塑成型技術(shù)中使用到的原料是液體，可以適當?shù)恼{(diào)整原料的配比或化學(xué)組分來調(diào)整的塑件的性能，可以有效的降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)加工效率。

3.3壓延成型技術(shù)

壓延成型技術(shù)是利用輥筒在特定的溫度條件下對高分子材料進行多次擠壓，完成對材料的加工成型，主要用于薄膜和片材的生產(chǎn)與加工，按照技術(shù)要求的規(guī)格尺寸控制好產(chǎn)品的寬度與厚度。壓延技術(shù)的使用可以追溯到十八世紀，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們需求的增長，壓延技術(shù)也在不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在加工設(shè)備的改進上，比如出現(xiàn)了異徑輥筒壓延機，在壓延機后增加了擴幅機等等，大大提高了機器設(shè)備的實用性，并逐步呈現(xiàn)大型化、自動化、智能化的發(fā)展趨勢。

3.4發(fā)泡成型技術(shù)

利用發(fā)泡成型技術(shù)使高分子材料產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)，通常具有熱固性和熱塑性的材料都可以使用該技術(shù)，比如聚乙烯樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂等等。傳統(tǒng)的發(fā)泡方法主要有化學(xué)法、物理法和機械法三種，隨著該技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，又出現(xiàn)了超臨界發(fā)泡法和高壓釜發(fā)泡法。超臨界發(fā)泡成型技術(shù)所利用的是處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳或氮氣等氣體的可壓縮性，在一種特殊的塑化裝置中注入上述氣體，使之與處于熔融狀態(tài)的高分子材料混合均勻，成為單相混合溶膠，然后將其導(dǎo)入模具型腔或擠出槽，溶膠內(nèi)部產(chǎn)生較大的壓損，氣體就會析出而形成大量的氣泡核，最終形成微孔發(fā)泡的成品。高壓釜發(fā)泡法則是將高分子材料置于充滿氮氣等氣體的高壓釜內(nèi)，按照生產(chǎn)技術(shù)要求設(shè)定好壓力與溫度，經(jīng)過一定時間后氣體在高分子材料中呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，此時將釜內(nèi)的壓力快速泄掉，完成發(fā)泡成型。

3.5增材制造成型技術(shù)

增材制造成型技術(shù)也就是平時所說的3D打印技術(shù)，首先利用計算機軟件完成數(shù)字模型的制作，然后利用數(shù)字技術(shù)打印機通過逐層打印的方式完成產(chǎn)品的制造。目前3D打印中所使用的材料為專用的金屬材料、非金屬材料或者醫(yī)用生物材料等，一般價格都比較昂貴，打印技術(shù)也處于發(fā)展階段，尚不成熟，還無法實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)加工。

結(jié)束語

高分子材料性能的不斷研究及可降解性能的研發(fā)，使得高分子材料具有非常廣闊的應(yīng)用前景。高分子材料在不斷向高功能化和高性能化方面轉(zhuǎn)變，并取得了重大突破。高分子材料的高性能及快速發(fā)展推動了工業(yè)領(lǐng)域的進步。近年來，對高分子材料的研究和對高分子材料的加工工藝研究也受到了廣泛的重視。材料的不斷發(fā)展，加工制造工藝不斷進步均會推動高分子材料應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，通過對高分子材料基礎(chǔ)研究的產(chǎn)業(yè)化，對提高高分子材料的應(yīng)用與工業(yè)領(lǐng)域具有十分重要的意義。

參考文獻

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