浅谈高分子材料的基本成型与模塑工艺

浅谈高分子材料的基本成型与模塑工艺

曾富财

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摘要：随着科技的进步，人类的生活水准日益提高，但是我们对于高分子材料的认识也日益加深。从而使高分子材料成形技术发展到了一个崭新的境界，并在当今的工程施工中占有举足轻重的地位。

关键词：高分子；材料成形；控制

引言

伴随着改革开放的发展，我们国家在经济发展、科技进步等方面取得了巨大成就。为降低生产成本、增加效益，人们不断地研制出各种“新材料”，其中以“聚合物”最为突出。高分子材料是一种有着很好实用价值的物质，在近几年得到了越来越多的应用。

一、高分子材料成型原理

与一般的材料相比，高分子材料具有特殊的能量传输和平衡的特点。高分子材料的合成和制备通常由多个反应基元组合而成，而非一个反应基元组合而成。在聚合反应中，存在着两个主要的问题，一个是热量传递，另一个是物质传递。在常规的聚合工艺中，一般采用溶剂，反应速度较慢。而聚合反应则是完全不同的。反应比较快，比较激烈。物料升温速度很快，只需要数分钟就能升温到400~800℃。为了避免物料的老化与炭化，应及时移除热量。从这一点可以看出，传统方法和聚合方法在性质上是不同的。与传统的处理方法不同，聚合反应要求用装置将聚合物加热。

二、发展历史

随着人类的进步，科学也在不断地进步。同时，它也是聚合物领域中的一项重要发明，在高分子学科中占有举足轻重的地位。在学术上，它也能扩展人类的认识和创造新的物质。虽然高分子概念的产生比较晚，但是高分子材料对人类发展的整个进程产生了重要的影响，大体可以分为四个阶段：7000年前到19世纪中叶为第一阶段，在这一阶段中，高分子材料主要是天然材料，包括纸、麻、漆、毛、丝、羊皮、织物、桐油、棉等。19世纪中期到20年代是第二个时期，这一时期是由自然界向化学的转换和新的物质的产生。在此期间，第一次生产出了诸如苯酚树脂之类的合成聚合物，其中有赛璐珞硝化纤维素树脂，硫化橡胶，纤维素粘胶丝，电木，人造纤维或酚醛树脂清漆；在30年代至60年代，聚合物学概念的产生，是第三个时期。在此基础上，一大批科研工作者致力于发展新材料、新高分子材料等领域的科研工作。时至今日，他们也为许多聚合物的合成提供了便利。例如：丁二烯，顺丁二烯，丁二烯等；纤维为聚丙烯腈，涤纶，尼龙66。塑料及树脂包括：硅胶，聚碳酸酯， PVC，杂环聚合物，聚丙烯，有机氟，聚酰亚胺，聚乙烯，聚苯乙烯，等等。从60年代到现在，这是第四个时期，也就是高分子材料的普及和推广。这样，就可以使该聚合物的使用更加合理，而且可以降低其生产成本。聚合物材料在社会、经济等各个领域有着广泛的应用，已成为继金属、无机材料之后，世界上最重要的材料。

三、高分子材料的基本成型方法

（一）挤压模塑

高分子材料的基本成形，是通过螺旋的转动和加压，将已成形的材料从有机容器中不断挤压出来，然后送入机头，再由机头上的模具成形。用相似的型坯，再用对应的拉拔工具，将已成形的原料从模具中连续不断地拉出，冷却成对应的外形。挤压成型工艺是一项系统工程，它涉及加料、塑化、成型、等多个工序，各个工序对挤压成型工艺的影响都很大。

（二） 吹塑成型

本发明涉及一种采用空心吹制的方法，其原理是利用气体的压力来使封闭的热熔型坯进行膨胀，从而形成空心产品。吹膜是另一种重要的高分子材料成形方法，发展迅速，效率高。吹制的主要工艺模式有三种，即挤出法、注射法和拉伸法。

（三） 注塑成型

在国内，聚合物材料加工行业中，主要采用注射成型。它所面向的产品，大部分都是具有很强的空间感的立体材料。由于其在塑料加工过程中所表现出的种种优越性，使得它成为众多企业所关注的焦点。广泛的关注与应用。本发明的注射模制适用面更广，模制作业时间更短，花样更多，产量更高。它是一种最切合实际的聚合物成形方法。

（四）在成形过程中的控制

从20世纪60年代起，国外对如何有效地控制高分子材料的成型形态进行了研究。到了20世纪70年代，它们更多地把注意力集中在处理时的形状改变上。20世纪80年代，他们在特定条件下对单个高聚物的形貌变化规律做了相应的研究。主要内容有：大分子的排布、物质形态的生成法则等。90年代以来，重点研究了新工艺过程中的控制规律，探讨了新工艺过程中的全局状况，得到了一种独一无二的单体或多种特定形态的聚合物质后的多相聚合物质。

在中国，自80年代以来，人们对高分子材料的形态控制与开发现状给予了很大的重视。当前，我国对聚合物的研究多集中于形态问题的调控，例如，不同外场（外力或复合）作用下聚合物的形成规律，以及聚集体结构的主要特点（压力、结构、温度等）。温度高）。通过对几种新聚合物材料的比较，得出了较好的经济效果。

四、高分子材料模塑工艺的特殊性

（一）形态控制技术

高分子材料的化学结构、分子结构及聚集态结构对其热学、机械及加工等性能具有重要的影响。在聚合物成型工艺中，如何有效地控制聚合物成型工艺中的形貌，以防止出现不良反应，从而对高分子材料成型工艺产生不利影响，是其中的关键环节。由于大部分聚合物的外相系统都是互不兼容的，因此，聚合物的形貌结构和加工过程有一定的关系。本项目拟在此基础上，引入第三种组元，以改善共混物的相容性和稳定性。

（二）温度控制

在高聚物的制备中，温度对其性能有很大的影响。在聚合反应中，各反应部位的温度要求各不相同，且温度随着反应部位、各反应部位的变化规律很难把握与控制，这将极大地影响产物的性质与应用效果。利用微纤丝对基质高分子的结构及结晶性的影响，使导电离子在微纤丝中富集，形成三维导电网络结构，实现对微纤丝的高效调控。对聚合物材料产品的温度进行精确控制。

（三）高分子材料新工艺

高分子材料是近年来发展起来的一项新技术。我们的目标就是要对无机粒子进行功能性再设计。采用高分子合成技术，通过对无机离子的非化学改性，在一定范围内对其进行改性，从而达到原位包覆、强迫分散的目的，从而解决不连续性的问题。

（四）高分子动态反应技术

高分子动态反应技术，在国外已经得到了广泛的应用，并对部分产品产生了一定的影响。这一研究方向具有广阔的发展前景，对我国的产业发展有很大的促进作用。

（五）激光成型技术

将数控车床、计算机辅助技术、智能制造、激光技术等先进技术运用到成形加工中，能够充分发挥出这些技术的优点，从而达到对原型克隆的兼容要求。相对于其它成型方法，激光成型方法具有高效性，可将加工过程与成型样品的几何关系逐步剥离开来。它不仅可以减少生产成本，还可以减少生产周期，体现了它的广泛适用性。

结束语

本论文对聚合物的成形技术及其控制技术进行了深入地研究。研究发现，聚合物材料有其独特的特性与优越性，应用前景广阔。为此，必须针对实际需求，设计出一套行之有效的控制策略及成形方法，才能确保该技术的高效率使用。

参考文献

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