对高分子材料成型加工技术关键点的分析
【摘 要】 随着科技的发展，高分子技术应运而生。高分子成型加工技术是一门涉及范围广泛的学科，这其中涉及的化学、物理方面问题已经成为现阶段国际研究热点问题。但是，在应用过程中遇到的很多问题有待探讨。基于此，文章对高分子材料成型加工技术进行分析，以期能够提供一个借鉴。
【关键词】 高分子材料；成型加工；技术
1、高分子材料成型的基本原理及问题
通常，在传统的高分子工业生产中，高分子材料的制备和加工成型是两个截然不同的工艺过程。制备过程主要是化学过程：单体、催化剂及其他助剂通过反应堆或其他合成反应器生成聚合物。聚合反应往往需要几小时甚至数十小时，部分聚合反应还需要在高温、高压或真空等条件下进行。聚合反应结束后再分离、提纯、脱挥和造粒等后处理工序。制备过程流程长、能耗高、环境污染严重，增加了制造成本。合成的聚合物再通过加工成型，得到制品。一般采用挤塑、注塑、吹塑或压延等成型工艺，设备投资大。此外，加工过程中，聚合物需要再次熔融，增加了能耗。高分子材料反应加工是将高分子材料的合成和加工成型融为一体，赋予传统的加工设备（如螺杆挤出机等）以合成反应器的功能。单体、催化剂及其他助剂或需要进行化学改性的聚合物由挤出机的加料口加入，在挤出机中进行化学反应形成聚合物或经化学改性的新型聚合物。同时，通过在挤出机头安装适当的口模，直接得到相应的制品。反应加工具有应周期短（只需几分到十几分钟）、生产连续、无需进行复杂的分离提纯和溶剂回收等后处理过程、节约能源和资源、环境污染小等诸多优点。
高分子材料的性能不仅依赖于大分子的化学和链结构，而且在很大程度上依赖于材料的形态。聚合物形态主要包括结晶、取向等，多相聚合物还包括相形态（如球、片、棒、纤维及共连续相等）。聚合物制品形态主要是在加工过程中复杂的温度场与外力场作用下原位形成的。
高分子反应加工分为两个部分：反应挤出和反应注射成型。目前国内外研究与开发的热点集中在反应挤出领域。高分子材料的反应挤出通常包括两个方面：一是将反应单体、对话及核反应助剂直接引入螺杆挤出机，在连续挤出的过程中发生聚合反应，生成聚合物；二是将一种或数种聚合物引入螺杆挤出机，并在挤出机的适当部位加入反应单体、催化剂或反应助剂，在连续挤出的过程中，使单体发生均聚或与聚合物共聚，或使聚合物间发生偶联、接枝、酯交换等反应，对聚合物进行化学改性或形成新的聚合物。反应加工过程中涉及的化学反应有自由基引发聚合、负（或正）离子引发聚合、缩聚、加聚等多种反应类型，与传统反应需数小时或十几小时相比，其反应时间往往只有几分钟或几十分钟。
高分子材料的合成和制备一般是由几个化工单元操作组成的，高分子反应加工把多个单元操作熔为一体，有关能量的传递和平衡，物料的输运和平衡问题，与一般单个化工单元操作截然不同。由于反应加工过程中发生的化学反应（聚合）多为放热反应，传统聚合过程是利用溶剂和缓慢反应解决传热与传质问题的，而在聚合反应加工过程中，物料的温度在数分钟内将达到400-800℃，若不将反应过程中产生的热及时的脱除，物料将发生降解和炭化。传统的加工过程是通过设备给聚合物加热，而聚合反应加工中是需要快速将聚合生成的热量通过设备移去，因此，必须从化学工程和工程热物理学两个方面开展相应的基础研究。
2、简述高分子材料成型加工术的发展历程
在对一项科学技术进行深入探讨之前，很有必要对其的产生、发展到应用的过程有所了解。由于新型高分子材料的发现较早，但是由于观念上的落后以及设备上的落后，导致高分子材料从发现到大规模的应用于工业流程中所耗费的时间较为漫长。近年来，随着关于高分子技术的一系列难题攻破，到更多、更加优良的高分子材料被发现，高分子技术开始进入飞速发展的时代。20世纪90年代塑料的平均增长率有了很大的提升，随之而来的塑料产量也有很大幅度的提升。不管是在塑料的产量上有了大幅度的提升，在塑料的种类上，材质上，应用范围上都有了很大的优化与发展。举个例子来说，之前制造一批汽车可能需要三百吨钢铁，而现在可能只需要三百吨的塑料就能达到相同的效果，甚至更好的效果。在钢材日益减少的现在，这些高分子材料的发明给了人类在发展道路上无限种可能。在汽车行业中，由传统纯钢铁制造的汽车可能已经无法满足现代人类的需要了，而对于高分子材料制造而成的汽车，不仅在强度上不输于钢铁，在造价，环保方面更是胜于钢铁一筹。而在其他方面也会有很多改变，规模上要更小一些，周期要相对更短一些，能量的消耗要更低一些，回收率要更高一些，对空气的污染程度和对资源的消耗要更小一些。
据悉，目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料（如钢铁等）。因此，汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外，汽车中约90%的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，模具产业超过50%的产品是汽车用模具。目前，高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展；成型加工方面，从大规模向较短研发周期的多品种转变，并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。
3、高分子材料的主要成型方法
3.1挤出成型
高分子材料挤出成型技术一般是按照管状材料形状冷却定型，然后将其置入水槽中进行冷却加工处理，冷却完毕之后使用牵引装置，将其运至切割装置进行切割，将其切割至需要的长度。现阶段关于高分子材料挤出成型中，主要有外经成型与内径成型两种。
3.2注塑成型
现阶段，注射成型技术主要被运用于热塑型塑料成型之中，也可以被应用于一些热固定性塑料成型技术之中，其成型原理是将颗粒料放置于注射机的料筒之间，并且进行加热，最后在剪切作用力下面便成为粘性流动状态，然后就可以使用户螺杆或者柱塞进行压力施加，使熔体快速通过喷嘴进入膜枪之中，最后进行冷却固化。