高分子材料的加工成型技术研究

刘士琦，周红霞，王 玉，王 勃

（1.黑龙江省科学院 石油化学研究院，黑龙江 哈尔滨，150040；2.黑龙江省科学院 高技术研究院，黑龙江 哈尔滨150080）

前 言

我国经济近年来取得了举世瞩目的发展，工业领域发展迅速，应用了大量的高科技技术，其中高分子合成材料就是其中之一，其对推动我国制造业的高速发展具有不可替代的作用。高分子成型加工技术属于高新技术之一，虽然在我国应用的比较晚，但是发展的速度较快，取得了很好的效果，在我国各行业中都有普遍应用，具有较高的价值。高分子成型加工技术涉及到很多学科的知识，其中包括物理学、化学和生物学等，现今需要进一步研究其原理和应用，从而促进高分子材料加工成型技术的发展，为我经济发展提供支持。

1 高分子材料概述

1.1 高分子材料的定义及分类

聚合物成分是高分子材料的重要组成部分，而复合型材料就是由高分子较高的化合物制造的[1]。高分子材料具有很多特点，如结构易改性和可塑性等，因此容易进行工业加工。较为常见的天然材料包括：纤维素、天然橡胶等。除了包括树脂和塑料等材料外，还包括了新型的延伸类材料。该种材料在工业中应用普遍，未来会朝着高强度和耐高温的特点发展[2]。由于高分子材料加工成型技术的市场前景和应用价值较高，在实际应用中效果较好，因此需要加大对该材料的研究，进一步优化材料的特性和应用范围，发挥其价值。

1.2 高分子材料成型加工技术的应用

目前，我国的高分子材料成型加工技术属于国际先进水平，在重要的领域应用普遍，如：国防和航空等都开始应用高分子合成材料，因此对高分子材料的要求也不断提高[3]。目前，我国汽车行业发展迅猛，大众既关心汽车的节能和环保性能，又注重汽车的速度和美观性，随着汽车行业的发展，材料工业也取得了巨大的突破。为了可以节约汽车的制造成本，提升汽车的综合性能，需要改进汽车制造的材料，应用先进的高分子材料成型加工技术。目前的汽车生产工艺中很多部件的原材料都由金属变为塑料，现今汽车生产中90%的零部件由磨具成型制造[4]。目前，高分子材料成型加工技术，朝着更加低成本和高效能的方向发展。很多领域对于制成品的尺寸和质量都有着更高的要求，追求轻便性能。随着科学技术的不断发展，未来高科技对于人们的生活将起到更大的影响，因此也会给高分子加工材料成型技术提供更加广阔的市场，促进其技术的优化和发展，使我国的社会经济发展更上一层楼[5]。

2 高分子材料成型的主要方法

目前，在高分子材料成型加工过程中，包括很多种方法，现总结出以下几种较为典型的方法，并对各种方法进行介绍。

2.1 注塑成型

利用高温高压技术将原材料液化或气化注入到设备模具中的方法称为注塑法，这种方法具有较高的温度要求，要将温度控制在合理的范围内，避免温度过低，影响成型。但如果温度较高，则破坏了材料的分子结构。在操作过程中，要等材料完全流入到设备模具中，再进行增加压力，提高材料的分子密度，保证产品可以按照要求塑形，且不易受外力的影响损坏[6]。现今常用的加工手段之一就是注塑法，与其他方式相比，注塑法应用较为简单，可以极大地保证产品的整体效果，发挥产品的价值[7]。

2.2 挤出成型

较为常用的成型技术之一是挤压法，也叫压制成型技术。加工人员按照客户对产品的相关要求进行操作，利用压力设备对原材料进行压缩，使其按照客户需求改变形状[8]。加工人员在应用挤压法时需要特别注意原材料的使用量，避免过多或过少，影响产品的塑造性[9]。挤压法的加工过程是较为简单的，其操作人员具有较快的工作效率。

2.3 塑料激光成型

该成型技术属于新兴技术之一，近年来在加工领域中应用较多，激光成型技术是使高强度的激光垂直照射在塑形模板上[10]。但由于塑料模板对激光的吸收能力较弱，因此在应用该技术时，需要技术人员在塑形模板先涂上吸热涂料，然后开始进行塑料激光成型[11，12]。

2.4 吹塑成型

将材料融化成粘液状态，并通过机械设备将空气挤压出去，然后通过吹风机向材料中间的机口进行吹气，使挤压出去的粘液状材料内部发生变形或反应。操作人员在使用吹塑法时需要依据产品的需求控制状态和形状，该方法对于操作人员的要求较高[13，14]。

2.5 激光烧结成型

该成型技术也是新兴技术之一，其具有较好的市场发展潜力，是新型高分子材料成型加工技术，在实际操作中激光烧结成型技术需要CAD技术的辅助，对塑料进行加工，从而实现生产模具成本结算的高效性[15]。总之，该技术具有环境节能的特点，且可以降低企业的生产成本，因此在零部件等领域应用效果较好，是未来加工成型技术中具有较大发展潜力的。

2.6 半结晶塑料激光成型

该技术主要原理是利用激光能量的吸收来使塑料表面发生形变。在具体的操作中，需要操作人员保证塑料表面温度要低于材料结晶溶解的温度，从而发挥塑料性能。同时，塑料的拉伸应力和弯曲强度需要低于60℃才能发生变形，因此，半结晶塑料激光成型技术对于温度的要求较高，需要操作人员将温度控制在较小的范围[16]。

2.7 压延成型

该技术是生产高分子材料片材和薄膜的方法，其是将粘流温度的物料通过平行辊筒的间隙，使物料受到挤压出现延展的过程，从而成为固定尺寸的薄片状产品。通过将熔融塑化的热塑性塑料进入旋转辊筒间隙，使塑料受到挤压和拉伸后形成一定尺寸的连续片状制品，最终进行冷却定型[17]。

2.8 3D打印成型

随着科技的发展，高分子材料3D打印技术也不断地发展，由于高分子的材料种类较多，性能存在差异，熔融温度较低等特点，使3D打印成型技术应用越来越广，越来越受到市场消费者的喜爱[18]。目前，成熟的高分子材料3D打印技术主要包括：叠层实体制造技术和光固化成型技术等。未来3D打印技术会朝着更加高精度、低成本的方向发展。

3 高分子材料的加工成型技术研究

3.1 信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术

随着高分子材料在各个领域中的应用，传统的高分子材料成型技术存在很多不足之处，在生产中存在环节较多和流程复杂的问题，从而影响了企业的生产效率，增加生产的周期，效果不显著。目前，高分子材料成型需要充分利用信息储存，降低技术相关资源的浪费，提高产品整个合成反应过程中的动态控制，在提高产品生产质量基础上，做好相关能耗的分析[19]。

3.2 热塑性弹性体动态全硫化技术

该技术目前应用在很多行业领域，属于应用较多的高分子材料的加工成型技术之一，其主要是在混炼环节中的橡胶进行动态全硫化，对整个硫化反应进行控制，应用全硫化技术控制好混合加工找到混合物的相态。对高分子材料的热塑性控制，可以应用该技术与混炼技术相结合来完成，目前该技术具有专业知识产权，促进TPV技术的实现[20]。

3.3 聚合物材料新技术

高分子材料加工成型技术中聚合物材料属于新技术，其主要针对功能进行重塑设计，找出无机颗粒特性，该技术具有操作简单的特点，对设计工作环境要求比较高，需要在剪切力场下完成。应用聚合物材料技术在未进行化学改性时，可以实现对无机离子表面的改造和合集，同时还可以实现原位包覆及强制分散，从而解决传统技术的间断性，使无机物及聚合物可以紧密连接，在工业生产中该技术对高分子材料的作用较为显著，可以推动聚合物及无机物生产[21]。

3.4 聚合物动态反应加工技术

该技术在我国应用较晚，属于尚未成熟的技术之一，目前在工业生产上存在一些问题，需要加大对该技术的研究，我国随着经济的发展在科研方面的投入也不断加大，为技术研发提供了基础保障，加之该技术在国外应用较为广泛，对于特定的产品具有较好的效果，因此该技术未来在我国工业制造领域前景较广，对我国工业生产具有重要的影响，但由于我国对于该技术运用仍存在一定问题，不能很好的控制其内部的化学反应，因此不能把控反应物分子，同时聚合物在生产中会带来一定的环境污染，目前也没有解决这一问题，需要进一步深入研究[22]。

4结语

总之，我国工业生产领域仍在不断创新中，高分子材料作为新型材料其加工成型技术创新需要加大研究力度，传统工业生产不仅消耗大量的能源，且对环境也会造成一定的污染，因此我国进行高分子材料加工成型技术研究前景广阔，只有创新高分子材料成型技术，才能解决当前工业生产中存在的问题，从而使高分子材料在各个领域中更好地应用，推动我国科技水平的提高。