高分子材料成型及其控制研究

王 全

（内蒙古自治区包头市青山区包头市检验检测中心，内蒙古 包头 014030）

引言

伴随国内社会经济水平以及科学技术水平的提高，高分子材料成型技术进入新的阶段，对于当前工业建设存在重要作用[1]。本文针对高分子材料成型具体状况做出简要分析。

1 发展历史

从高分子科学以及高分子材料两方面进行探索发现，高分子材料对于当前人类社会发展起到积极作用，并且属于高分子科学相关研究重要体现，也是高分子科学未来发展动力以及主要源泉。高分子科学研究主要对学术意义加以体现，拓展人们针对高分子正确认知，从而创新高分子材料。

高分子科学理念出现相对较晚，然而高分子材料出现直至发展涉及到人类文明整个过程，高分子材料具体可归纳为以下4 阶段：7 000 年前直至19 世纪中叶属于第一阶段，高分子材料在该阶段是被动使用，且以天然材料为主，包含纸、麻、大漆、羊毛、蚕丝、羊皮、织物、桐油以及棉等；19 世纪中叶直至20 世纪20 年代属于第二阶段，将天然转变为化学性，创建新型材料。该时期酚醛树脂等合成高分子材料被首次制成，包含赛璐珞硝基纤维素脂、硫化橡胶、纤维素粘胶丝、电木、人造丝或者是酚醛树脂清漆等[2]；20 世纪30 年代至60 年代属于第三阶段，诞生高分子科学这一理念，大量相关研究学者深入探究新材料开发以及新聚合物的合成领域中，直至今日促进高分子材料大量形成，如合成橡胶，包括丁纳、顺丁以及丁苯等；纤维包括聚丙烯腈、聚酯以及尼龙66；塑料以及树脂分别包含有机硅、聚碳酸酯、聚氯乙烯、杂环高分子、聚丙烯、有机氟、聚酰亚胺、聚乙烯、聚苯乙烯等；20 世纪60年代直至今日属于第四阶段，高分子材料的推广以及普及。该时间合理应用聚合物，其生产成本较低，高分子材料在人们生活当中以及国民经济当中被广泛采用，使其成为当前民众继金属材料,无机材料之后的第三大材料。

国内优先选择造纸、漆器、桐油、棉麻或蚕丝等天然高分子材料进行使用，然而欧美国家而言，国内相对落后，一直到20 世纪50 年代才开始奋起猛追。当前，国内属于世界高分子材料生产和消费大国之一。合成高分子材料当中国内对于国际影响体现在稀土催化以及三元镍系顺丁橡胶合成顺丁橡胶，漆酚酞耐腐蚀涂料联合天然大漆相关研究，反式聚异戊二烯橡胶联合杜仲橡胶相关研究，异戊橡胶相关研究等。

2 基本原理

高分子材料性能和大分子链结构以及化学之间存在依赖性，同时在材料形态方面也存在依赖。聚合物形态分别包含取向以及结晶等，而共连续相、片、球以及棒等属于多相聚合物形态。聚合物制品形态则是经进行加工期间相对复杂外力场联合温度场等原位产生[3]。

以往常规高分子生产期间，材料制备以及加工存在不同工作流程，前者借助化学流程：单体—催化剂—辅助剂经合成反应器或是反应釜产生聚合物。反应过程时间最短为几小时，最长为数十小时左右，其中需要特殊条件（包括真空、高压或者是高温）完成。反应完成以后实施其他处理工序，分离—提纯—脱挥—造粒等。在制备时需耗费大量能量，延长流程时限，对环境造成较污染，加大成本耗费，合成聚合物经过加工成型从而获取最终制品。通常选择成型工艺为挤塑、注塑、吹塑或者是压延等，需大量投入过多至今。并且，在进行加工期间需二次熔融聚合物，加大能耗。

加工主要是促使材料合成以及加工成型合二为一，予以常规加工设备拥有合成反应器功效，在挤出机加料口内适当添加化学改性聚合物，经化学反应后或是化学改性产生新型聚合物。并且，将口模安置挤出机头，可获取对应制品。反应加工存在短周期、无需溶剂回收、环境污染小、无需分离提纯以及生产连续、节约能源和资源等优势。

高分子反应加工可划分为反应注射成型以及反应挤出两部分，近年来大量研究报道将注意力放置反应挤出。材料反应挤出表现为促使反应单体、对话和核反应助剂引入螺杆挤出机，经过不间断挤出形成聚合反应并产生聚合物；同时，把单一或数种聚合物全部引入螺杆挤出机当中，并添加反应助剂、催化剂或者是反应单体，经不间断挤出形成聚合反应并产生聚合物，亦或者是让其出现不同反应，如酯交换等，从而发生化学改变，产生新型聚合物。

2.1 反应加工时反应类型、机理和动力学

反应加工期间包含化学反应存在不同反应类型，包括加聚、（负或正)离子引发聚合、缩聚以及自由基引发聚合等，和常规反应（常规耗时为数十小时）进行对比，短则几分钟，长则几十分钟等。

2.2 反应加工时传质以及传热情况

对于高分子材料合成以及制备而言，需多个化工单元操作组合而成，而反应加工将大量单元操作合二为一，相关能量平衡以及能量传递，物料平衡问题或者是运输问题等，和常规单一化工单元操作之间存在显著差异。在反应加工期间会出现化学反应，并且主要以放热反应为主，常规聚合阶段主要借助缓慢反应以及溶剂等对传递问题或者是传热问题进行解决[3]。但是，聚合反应加工期间，在短时间内（数分钟），物料温度最低为400 ℃，最高温度高至800 ℃，若未能及时脱除形成热，物料经产生碳化或者是讲解。常规加工经设备加热聚合物，而反应阶段需在短时间内促使聚合物产生热量并被相关设备去除，所以需要从工程热物理学联合化学工程学着手分析。

2.3 形态结果生成、演变、性能关系

材料凝聚态形态结构、分值结构以及化学结构和加工性能、热性能以及物理机械性能等存在密切联系，同时加工工艺和材料形态结构之间密不可分。

2.4 反应加工时物料化学流变学存在问题

流变学主要是为了研究物体变形或者是物体流动科学，高分子材料流变学主要为成型加工制备基础理论。随着高分子材料经化学反应流变学性质开始有用自身特征以及规律等，其中存在问题对于反应加工流程正常开展以及加工成制品予以有效参考依据。

3 成型时控制

国外在20 世纪60 年代直至今日对于有效控制聚合物加工形态持续关注，70 年代主要重视加工期间形态变化，80 年代则主要研究单一聚合物特殊加工条件后形态规律，聚合物共混物相形态产生规律等，而到了90 年代则从控制其规律作为出发点，对新型加工流程内聚合物整体情况进行探究，经特殊形态产生以及新形态的出现，从而获取由于独特性能单一高分子材料或者是多相高分子材料。

国内20 世纪直至80 年代开始高度重视聚合物与相关混合物经过加工流程当中形态控制及发展状态。当前，国内针对高分子材料研究体现在控制形态问题，如不同外场（外力或者是复杂高温）影响下聚合物产生规律、压力、结构变化以及温度等聚集态结构主要特征。结果发现，在不同新型高分子材料当中，有用一定经济效益。

4 高分子材料发展趋势

4.1 高性能化

当前存在高分子材料内具有一定韧性及强度，甚至与钢铁对比明显超出，然而站立于理论角度分析，还具有更多可能性。与此同时，当前为了满足更多领域的使用需求，线组合提升耐老化、耐磨性以及耐高温等性能对于高分子材料未来发展意义重大。想要促使性能显著提升，则需要对复合、共混以及工艺等进行改善。

4.2 功能化

高分子材料特定作用能力被称之为高功能化，换言之特定功能是因为高分子中分子结构、基团、基团及结构等互相作用之下形成结果，以上高分子材料又命名为功能高分子。如高分子催化剂、光致抗蚀材料、高吸水性材料以及高分子分离膜等，均为功能化相关研究导向。

4.3 生物化

在高分子材料当中生物化发展较快，不同医用高分子当中均归属于该范畴当中。还有部分报道指出，除了人类脑中大脑总量为1.5kg，其他器官均能通过高分子材料替换。与此同时，高分子内包含胰岛素、细胞以及蛋白质等。生物化于是成为高分子科学的一个最主要发展方向，如合成或模拟天然高分子,使之具有类似的生物活性，代替天然的组织或器官。

5 结语

针对高分子材料主要成型方式、控制方式等进行深入探究，结果表明，高分子材料自身独特优势使其能够稳定扎根在社会当中，拥有不可替代价值作用。相关研究者站立于客观角度进行分析，结合实际所需充分展现自我优势，拟定出与实际相符控制方案以及成型方案。