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高分子材料成型
高分子材料成型【1】
摘要：我國(guó)的高分子材料成型技術(shù)在工業(yè)上取得了飛速的發(fā)展，本文主要闡述了高分子材料成型的原理以及高分子材料成型的加工技術(shù)。
關(guān)鍵詞：高分子材料;成型;技術(shù)
一、前言
高分子材料是指以高分子化合物為基體組分的材料。
高分子材料按來(lái)源可分為天然高分子材料、合成高分子材料;按化學(xué)組成分類可分為有機(jī)高分子材料、無(wú)機(jī)高分子材料;按性能可分為通用高分子材料、新型高分子材料。
高分子材料比傳統(tǒng)材料發(fā)展迅速的主要原因是原料豐富、制造方便、加工容易、品種繁多、形態(tài)多樣、性能優(yōu)異以及在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域中所需的投資低，經(jīng)濟(jì)效益比較顯著。
高分子反應(yīng)加工分為反應(yīng)擠出和反應(yīng)注射成型兩個(gè)部分，目前我國(guó)普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機(jī)和螺桿注射機(jī)。
現(xiàn)階段，我國(guó)的高分子材料成型也取得了較好的成績(jī)。
二、高分子材料成型的原理
高分子材料的合成和制備一般都是由幾個(gè)化工單元操作組成的，高分子反應(yīng)加工把多個(gè)單元操作熔為一體，有關(guān)能量的傳遞和平衡，物料的輸運(yùn)和平衡問(wèn)題，與一般單個(gè)化工單元操作完全不同。
傳統(tǒng)聚合過(guò)程解決傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題主要是利用溶劑和緩慢反應(yīng)來(lái)進(jìn)行的，但是在聚合反應(yīng)加工過(guò)程中，物料的溫度在數(shù)分鐘內(nèi)就能達(dá)到400℃~800℃，此時(shí)對(duì)于反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱，如果不能進(jìn)行脫除的話，那么降解和炭化將會(huì)發(fā)生在物料中。
傳統(tǒng)的加工過(guò)程是通過(guò)設(shè)備給聚合物加熱，而需要快速將聚合生成的熱量通過(guò)設(shè)備移去是聚合反應(yīng)加工所進(jìn)行的，由此可見，必須從化學(xué)和熱物理兩個(gè)方面開展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。
高分子材料的物理機(jī)械性能、熱性能、加工性能等均取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而加工工藝與高分子材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系是非常密切的。
流變學(xué)，指從應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時(shí)間等方面來(lái)研究物質(zhì)變形和(或)流動(dòng)的物理力學(xué)。
它是力學(xué)的一個(gè)新分支，它主要研究物理材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度濕度、輻射等條件下與時(shí)間因素有關(guān)的變形和流動(dòng)的規(guī)律。
高分子材料成型加工成制備的理論基礎(chǔ)是高分子材料流變學(xué)。
高分子材料的自身的規(guī)律和特點(diǎn)是伴隨化學(xué)反應(yīng)的高分子材料的流變性質(zhì)而產(chǎn)生的。
三、高分子材料成型的加工技術(shù)
(一)聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備
目前國(guó)外已經(jīng)研發(fā)出可以解決其他擠出機(jī)作為反應(yīng)器所存在的問(wèn)題，即連續(xù)反應(yīng)和混煉的十螺桿擠出機(jī)。
在我國(guó)高分子材料成型加工工業(yè)的發(fā)展中占有極其重要的地位，但是我國(guó)的高分子材料成型的加工技術(shù)的開發(fā)目前還處于初步階段。
縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)擠出設(shè)備就是指交換法聚碳酸酯連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)，除此之外，我國(guó)每年還有數(shù)以千萬(wàn)噸的改性聚合物生產(chǎn)，反應(yīng)擠出技術(shù)及設(shè)備也是其關(guān)鍵技術(shù)。
采用傳統(tǒng)的加工設(shè)備存在一些問(wèn)題，例如傳熱、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程難以控制等，另外投資費(fèi)用大、噪音大等問(wèn)題。
無(wú)論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上，聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)都完全不同，將聚合物反應(yīng)擠出全過(guò)程引入到電磁場(chǎng)引起的機(jī)械振動(dòng)場(chǎng)，從而達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能以及反應(yīng)生產(chǎn)物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的目的，這就是聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備。
高分子材料成型加工是高能耗過(guò)程作業(yè)，無(wú)論是擠出、注射還是中空吹塑成型塑料原理都必須經(jīng)過(guò)熔融塑化及輸送這一基本和共性的過(guò)程，目前普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機(jī)和螺桿注射機(jī)等。
該技術(shù)使得控制聚合物單體及停留時(shí)間分布不可控的問(wèn)題得到了解決，而且也使得振動(dòng)立場(chǎng)作用下聚合物反應(yīng)加工過(guò)程中的質(zhì)量、動(dòng)量以及能量傳遞和平衡問(wèn)題得到了解決，同時(shí)也使得設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問(wèn)題得到了解決。
新設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：體積重量小、適應(yīng)性好、噪音低、可靠性高等等，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備是比不了的。
(二)以動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)
此技術(shù)的研究實(shí)現(xiàn)，加強(qiáng)了我國(guó)在該領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)言權(quán)。
以動(dòng)態(tài)反應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)方向，進(jìn)行深入的研究，從而產(chǎn)生了新的材料制備技術(shù)。
我們以存儲(chǔ)光盤盤基為基礎(chǔ)原型，以反應(yīng)成型技術(shù)直接作用于其上。
通過(guò)對(duì)這些技術(shù)的研究改進(jìn)，改變了傳統(tǒng)技術(shù)中多環(huán)節(jié)、消耗大、復(fù)雜度高、周期長(zhǎng)、而且環(huán)境污染比較嚴(yán)重等諸多不利因素。
通過(guò)學(xué)習(xí)研究，可以把制作光盤的PC樹脂原料工業(yè)、中途存放、盤基成型工業(yè)串聯(lián)于一體，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率、減少了資源浪費(fèi)、能夠完全有效的進(jìn)行控制，而且產(chǎn)品的質(zhì)量有大幅度的提高。
聚合物/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料物理場(chǎng)強(qiáng)化制備新技術(shù)。
研究表明，對(duì)無(wú)粒子進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚梢缘玫揭恍┖玫男Ч�，比如說(shuō)利用聚合物進(jìn)行原位表面改性處理、原位包覆、強(qiáng)制分散等處理后，就可以使我們復(fù)合材料成型。
熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)全硫化制備技術(shù)。
此技術(shù)將混煉引入到振動(dòng)力場(chǎng)擠出全過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)混煉過(guò)程中橡膠相動(dòng)態(tài)全硫化，對(duì)硫化反直進(jìn)程進(jìn)行控制，從而使得共混加工過(guò)程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問(wèn)題得到了解決。
實(shí)現(xiàn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備研制開發(fā)出來(lái)，促進(jìn)我國(guó)TPV技術(shù)水平的提高。
四、結(jié)語(yǔ)
我國(guó)必須根據(jù)自身的實(shí)際情況來(lái)發(fā)展高分子材料成型加工技術(shù)及設(shè)備，把握技術(shù)前沿，不斷地培育自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從而使得我國(guó)高分子材料成型技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷加快。
參考文獻(xiàn)：
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對(duì)高分子材料成型技術(shù)的思考【2】
摘要：本文主要介紹了高分子成型技術(shù)的基本原理、主要技術(shù)方法、及高分子材料成型行業(yè)的技術(shù)發(fā)展新動(dòng)態(tài)。
關(guān)鍵詞：高分子材料 成型技術(shù)
0、引言
近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家的科技實(shí)力有了很大的提高。
隨著我國(guó)國(guó)防、載人航天等高科技領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芫酆衔锊牧系男枨�，我�?guó)在高分子材料成型加工技術(shù)更是取得了巨大的成就。
高分子材料即相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，一般單元結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
它的主要作用是制成各種各樣的產(chǎn)品，因此能夠?qū)⑵渲瞥刹煌螤畹某尚图庸ぜ夹g(shù)就極其重要。
1、高分子材料成型原理
對(duì)于高分子材料，其主要性能不僅僅取決于分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還取決于于材料的形態(tài)。
而材料的形態(tài)主要是在其加工過(guò)程中形成的。
傳統(tǒng)的高分子材料的加工過(guò)程和高分子材料的制備過(guò)程是分開的，其制備過(guò)程主要是聚合物的形成過(guò)程，而高分子材料的成型過(guò)程是將生成的聚合物采用一定的成型工藝，如擠塑、注塑、吹塑等工藝。
鑒于傳統(tǒng)工具有高耗能、時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，如今主要采用新的高分子材料反應(yīng)加工工藝。
這種工藝將高分子材料聚合物的合成和聚合物的加工成型合為一體，采用的設(shè)備具有高分子合成及成型設(shè)備的雙重功能。
這種工藝具有生產(chǎn)周期短、過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。
2、高分子成型主要技術(shù)方法
2.1擠出成型技術(shù)
擠出成型原理是利用螺旋桿加壓，將塑化好的聚合物連續(xù)的從擠出機(jī)的機(jī)筒擠入機(jī)頭，融化的聚合物通過(guò)機(jī)頭口模成型，牽引拉出后進(jìn)行冷卻劑定型，最終形成制品。
幾乎成型真的過(guò)程主要有加料、塑化、成型、定型等，一個(gè)合格的高分子材料制品需要各個(gè)環(huán)節(jié)均運(yùn)作良好方可。
具體而言，擠出成型工藝，又可細(xì)分為以下幾個(gè)方面：
1)共擠出技術(shù)。
這種技術(shù)需要兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的擠出機(jī)共同工作，每臺(tái)擠出機(jī)出一種聚合物，最終同時(shí)擠出多種聚合物并在一個(gè)機(jī)頭中成型的技術(shù)。
2)擠出注射組合技術(shù)。
這種技術(shù)就是將擠出的聚合物與其他注射進(jìn)的非熔融狀成分混合后成型的過(guò)程。
這種技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是調(diào)節(jié)復(fù)合物的配方方便。
3)擠脹成型技術(shù)。
這是一種塑性成型方法，適合于做一些精細(xì)或中空的制品，通常采用旋轉(zhuǎn)模塑、注塑或吹塑方法成型。
4)反應(yīng)擠出工藝。
反應(yīng)擠出工藝是連續(xù)地將單體聚合并對(duì)現(xiàn)有聚合物進(jìn)行改性的一種方法，因可以使聚合物性能多樣化、功能化且生產(chǎn)連續(xù)、工藝操作簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)適用而普遍受到重視。
5) 固態(tài)擠出工藝。
這種工藝主要是指聚合物在固態(tài)的時(shí)候即低于熔點(diǎn)的條件下被擠出口模。
由于聚合物在擠出口模時(shí)發(fā)生很大的變形，使得分子的取向程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熔融加工，因此制品具有更好的力學(xué)性能。
2.2 注射成型技術(shù)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，注射成型技術(shù)就是將熔融狀態(tài)的聚合物注射到固定形狀的模具中，待冷卻成型后形成高分子材料制品的一種工藝。
由于絕大多數(shù)塑料都可以采用注塑成型，因此拓寬了這種工藝的應(yīng)用范圍。
另外這種工藝具有生產(chǎn)時(shí)間短、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)，因此在行業(yè)中具有重要地位。
具體有以下幾種技術(shù)：
1)電磁式聚合物動(dòng)態(tài)塑化注射成型。
這種技術(shù)的關(guān)鍵在于在注射裝置中布置電磁式直線脈沖，在聚合物塑化、初涉、成型的全過(guò)程中，均保證在電磁場(chǎng)產(chǎn)生的機(jī)械震動(dòng)下進(jìn)行，使得整個(gè)成型過(guò)程處于周期性的振動(dòng)狀態(tài)。
2)微孔泡沫塑料注射成型。
與傳統(tǒng)的塑料發(fā)泡技術(shù)相比，這種成型技術(shù)不需要添加其他化學(xué)成分，也分為簡(jiǎn)寫成型、連續(xù)擠出成型機(jī)注射成型等技術(shù)。
主要包括熱誘導(dǎo)相分離法、單體聚合反應(yīng)法及超飽和氣體法。
3)注射結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型技術(shù)。
此項(xiàng)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的成型工藝取得了一定的進(jìn)步，保留了其優(yōu)點(diǎn)，擺脫了其缺點(diǎn)如產(chǎn)品強(qiáng)度不夠生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)等，且進(jìn)一步擁有產(chǎn)品重量輕差異小等優(yōu)點(diǎn)。
4)復(fù)合熔芯注射成型技術(shù)。
這種技術(shù)分為三個(gè)主要階段：第一階段是制備復(fù)合熔心即將模具型芯金屬放入預(yù)制的鑄造母槽中定位，并教主低熔點(diǎn)合金成型后進(jìn)行外形修整。
第二各階段是熔芯的注射成型即將已經(jīng)制備好的復(fù)合熔心再次仿佛模具中并進(jìn)行注射成型。
第三是熔芯分離即低熔點(diǎn)合金、嵌件及塑件加熱后分離的過(guò)程。
2.3吹塑成型技術(shù)
吹塑成型指的是通過(guò)氣體壓力使閉合在模具中的熱容型坯吹脹形成中空制品的方法。
這種方法由于模具只需要凹槽，因此設(shè)備造價(jià)低適應(yīng)性強(qiáng)，并且和成型復(fù)雜形狀的制品。
是第三種最常用的高分子材料成型方法。
具體包括以下幾種技術(shù)：
1)中空制品的吹塑。
對(duì)于中空制品，其吹塑方法主要有三種：擠出吹塑：擠出吹塑：主要用于未被支撐的型坯加工;注射吹塑：主要用于由金屬型芯支撐的型坯加工;拉伸吹塑：包括擠出一拉伸一吹塑、注射一拉伸一吹塑兩種方法，可加工雙軸取向的制品，極大地降低生產(chǎn)成本和改進(jìn)制品性能。
2)高溫吹塑成型技術(shù)。
此技術(shù)的關(guān)鍵在于打破了傳統(tǒng)的吹塑成型需在低溫?cái)D出這一模式，一般加工溫度在250—350左右，采用高溫進(jìn)氣吹塑成型，加工材料多為高耐熱的熱塑性材料，并且對(duì)吹塑成型機(jī)和模具的冷卻裝置的要求較高，需要其能夠適應(yīng)高溫和低溫冷卻的頻繁交替。
3)多層吹塑成型技術(shù)。
多層吹塑成型技術(shù)的關(guān)鍵在于增設(shè)了一個(gè)閥門，在高分子材料擠出成型的過(guò)程中可方便的更換原料，因此生產(chǎn)出的制品為軟質(zhì)和硬質(zhì)交替。
此技術(shù)在加工防滲性容器的時(shí)候使用較多。
4)吹塑發(fā)泡技術(shù)。
這種工藝的基本過(guò)程與中空吹塑相似，主要包括：用擠出法或注射法生產(chǎn)預(yù)成型坯件;將坯件放入中空成型模具，進(jìn)一步加熱使坯件變軟并完成發(fā)泡;通過(guò)壓縮空氣吹脹成型;冷卻定型，開模取出制件。
3、高分子材料成型發(fā)展新動(dòng)態(tài)
3.1 聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備
這種設(shè)備的關(guān)鍵在于將電磁場(chǎng)引起的機(jī)械振動(dòng)場(chǎng)引入到聚合物反映擠出全過(guò)程，達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能的目的。
3.2 熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)全硫化制備技術(shù)。
這項(xiàng)技術(shù)主要是為了解決材料共混加工過(guò)程中共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)的問(wèn)題，需要將振動(dòng)力場(chǎng)引入混煉擠出全過(guò)程，通過(guò)控制硫化反直進(jìn)程，實(shí)以達(dá)到混煉過(guò)程中橡膠相動(dòng)態(tài)全硫化。
參考文獻(xiàn):
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