高分子材料成型的加工技术与控制

　　1 高分子材料成型的原理

　　与普通的材料不同，高分子材料的物料运输与平衡、能量的传递与平衡都有其自身的特点。 高分子材料的合成和制备，并非通过单个化工单元来实现，而是由几个单元操作组成，在这些单元的共同作用下完成合成和制备的过程。 在材料的聚合过程中，会面临两大问题，即传热和传质。 对于传统的聚合过程来说，通常利用溶剂以及缓慢反应得以实现。 而聚合反应则与之有着很大的不同，反应较为迅速和激烈，物料温度升高的速度非常快，在短短的几分钟内就可以达到 400~800℃，因此在反应中将产生较大的热量，必须对其进行及时的脱除，从而避免在物料中发生降解和碳化现象。 由此可见，传统的加工过程和聚合反应的加工过程存在着本质的不同，聚合反应需要利用设备将生成的热量移去，而传统的加工过程则需要利用设备对聚合物加热。

　　2 高分子材料成型的加工技术

　　2.1 动态反应加工技术及设备

　　在高分子材料加工领域， 国外的研究已经取得了一定的成果，其设备和技术相对于国内而言更为先进。 当前国外研究出的混炼的十螺杆挤出机以及连续反应，能够有效解决其他挤出机作为反应器所产生问题。 与技术发达国家相比，我国的高分子材料成型技术还与其存在很大的差距，仍然处于起步阶段，由此可知，我国的高分子材料的科研工作者任重而道远，还需不断的努力，提高我国的技术，不断缩短与发达国家的差距。 在对传热以及化学反应的过程控制等方面，传统的加工设备具有一定的缺陷，而且需要较大的投资，产生较大的噪音等。
　　
　　 传统技术及设备与聚合物动态反应技术及设备存在着本质的不同，可以从其反应原理和设备结构等方面进行分析。 在聚合物动态反应中，其目的为对化学反应过程、反应生产物的凝聚态结构、反应制品的物理化学性能进行控制，因此需要利用电磁场的作用，由其产生机械振动场，并引入聚合物反应挤出的全过程。 在高分子材料成型加工的过程中， 熔融塑化及输送贯穿于材料的挤出、注射和成型的过程之中，因此产生的能耗非常大。 高分子材料成型所采用的设备具有传统的设备无法比拟的优势，如具有较高的可靠性、适应性强、体积轻重量小，而且产生的噪音较低，有利于环境的保护。

　　2.2 动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术

　　目前，我国科研工作者经过长期的努力，研究出了新的材料制备技术，其基础为动态反应技术，该项技术的发明，标志着我国在高分子材料加工领域的一项重大进步。 反应成型技术直接作用于基础原型之上，而该项技术选择的基础原型则为存储光盘盘基。 在传统技术中，存在着很多不利因素，影响生产效率的提高，并对环境造成一定的污染。 而改进后的新技术，则精简了过多的环节，缩短生产周期，降低复杂程度，减少了能源的损耗和对环境的污染。 在这种新型的技术模式下，可以将制作光盘的工艺过程进行串联，实现对生产过程的有效控制，避免资源浪费，并能够在很大程度上提升产品的质量和生产效率。

　　2.3 聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术

　　研究表明，对无粒子进行适当的处理，可以得到一些好的效果，比如说利用聚合物进行原位表面改性处理、原位包覆、强制分散等处理后，就可以使复合材料成型。

　　2.4 热塑性弹性体动态全硫化制备技术

　　此技术将混炼引入到振动力场挤出全过程，为实现混炼过程中橡胶相动态全硫化，对硫化反直进程进行控制，从而使得共混加工过程共混物相态反转问题得到了解决。 实现自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备的研制开发， 有力的促进了我国 TPV技术水平的提高。

　　3 高分子材料成型过程中的控制

　　为确保高分子材料产品的质量，应在其成型的过程中进行严格的控制。 通常来说，影响高分子材料成型的因素有很多，造成的影响也各不相同。 在外场如复杂温度和外力等的作用下，高分子聚合物形态结构的演化形式各异，而高分子材料的形成是有一定的规律可循的，我们需要研究的课题就是从普遍现象中发现和总结出相应的规律，并将其运用到生产和研究中去。 此外，高分子聚集态结构在温度和压力等极端状态下，其结构会呈现出一定的特点和规律，这也是成型过程控制的重点研究内容。 近年来，对于高分子材料成型控制的研究已经获得了一定的进展，具备了相当的理论成果和实践经验，许多新型高效的高分子材料被研究和制造出来，并获得了很高的经济效益。 在材料的加工过程中，对于共混物的形态控制较为困难，其稳定性也较差，这是由大部分的聚合物多相体系不相容的特性决定的。
　　
　　 因此，为提高体系的相容性，通常采用加入第三组分的方式，从而便于对共混物形态的控制，增强其稳定性。 在聚合物加工过程中，制品的性能和形态会受到很多因素的影响，而温度则是其中影响最大的因素之一。 对于不同的制品位置，温度随时间变化的规律很难进行掌握，并且该温度场为非等温场，因此十分不利于对于制品温度的控制，针对性较差。

　　4 高分子材料的发展趋势

　　4.1 高分子材料的高性能化

　　目前，高分子材料的各项性能已具有非常好的表现，以其强度和韧性为例，某些品种的强度和韧性甚至比钢铁还要好。 即便如此，高分子材料所具有的潜力还远远没有发掘出来，理论上还具有广阔的发展空间。 而当前高分子材料的发展方向，则在很大的程度上体现了其应用的需要，即向着耐磨、抗老化、耐高温的方向发展。 提高高分子材料性能的主要方式有改善加工成形工艺、共混、复合等。

　　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。 这种特定作用能力，即" 特定功能"是由于高分子上的基团或分子结构或两者共同作用的结果。
　　
　　4.3 高分子材科的生物化

　　生物化是高分子材料发展最快的一个方向。 各种医用高分子就属于这一范畴。 有人认为，人脑除仅 1.5kg 重的大脑外，其他一切器官均可用高分子材料代替。 目前，生物化学已成为高分子科学的一个最主要发展方向。

　　5 结束语

　　科学技术的飞速发展和广泛应用，带动了高分子材料成型加工行业的迅速发展，虽然与发达国家在设备和技术方面仍然存在一定的差距，然而在广大的研究人员和技术工作者的不懈努力下，我国的高分子技术正朝着具有中国特色的高科技产业方向迈进。 促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。

　　参考文献：
　　[1]国家自然科学基金委员会。高分子材料科学[M].科学出版社，2013.
　　[2]史玉升，李远才，杨劲松。高 分子材料成型工艺[M].化 学工业出版社，2012.
　　[3]金龙浩。高分子材料成型及其控制[J].科技资讯，2007,33:2-3.
　　[4]李彩虹。塑料成型加工技术与装备的研究现状及发展[J].南京工业职业技术学院学报，2012,2.
　　[5]黄贵禹。高分子材料成型技术[J].塑料工业，2011,37.