高分子材料加工技术的发展趋势及应用

高分子材料加工技术的发展趋势及应用

高分子092罗光明，关日佳，张滨

广东轻工职业技术学院佛山南海 528225

[摘要]高分子材料有多种加工技术，在未来它将有更大的发展空间，高分子材

料的应用将会更加广泛。本文从成型原理、装备和应用等方面，介绍和分析其中的一些主要技术及可能发展的方向，包括超临界流体辅助微孔发泡技术（挤出与注塑）、流体（水）辅助注塑技术。

关键词：高分子材料、加工技术、发展趋势、应用。

材料是高新技术发展和现代文明的物质基础之一。材料科学一直是活跃的科学前沿。高分子材料作为新型材料，其发展尤为引人注目。

高分子材料从初级开发到目前的大规模应用．只有短短几十年的时问。在这期间，高分子材料已渗透到现代社会生活的各个角落。人类社会的各个方面从卫生健康到衣食住行．从工农业到就业贸易，无一不受到高分子材料发展的冲击。为此．我们可以毫不夸张地说．人类正在经历高分子时代。

一.高分子材料加工技术的发展趋势

高分子材料加工技术主要包括:高分子材料成型加工技术、高分子材料聚合反应工程技术和高分子合成技术等。

1.高分子材料成型加工技术发展趋势

近年来，各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划（攻关）等项目同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套项目20多项，创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料机械有限公司，使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台（套）。销售额超过1．5亿元，还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家．产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元，每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列，投入批量生产并推向市场；塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成，目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好，聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合，引入新的管理、市场等机制，争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO，各个行业都将面临严峻挑战。

所以，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路，打破国外的技术封锁，实现由跟踪向跨越的转变；把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。

2.高分子材料聚合反应工程发展趋势

根据国际化学工程学科的发展趋势，将研究方向定位于“聚合过程工程”与“聚合物产品工程”。研究内容包括：(1) 高粘及非均相聚合动力学，高粘、粘弹、非均相聚合物系的流动、混合、传质与传热，聚合反应器热、质传递的强化与反应器的放大，聚合过程的建模、仿真、优化与先进控制策略；(2) 新颖高选择性催化剂及相应的定向聚合、活性自由基聚合，多相多组分聚合物合金、聚合物纳米复合材料的原位聚合与反应挤出新技术，聚合物结构的在线检测与控制技术，聚合物微纳结构与原生凝聚态结构的调控新原理、新方法；(3) 绿色介质中的聚合反应，无溶剂的本体与熔体（聚合）反应，催化剂的载体化与气相聚合过程，生物可降解高分子的材料化与产业化；(4) 聚合物及其杂化材料的设计、合成、结构与功能关系，聚合物膜、聚合物纳米颗粒与纳米胶囊及其在生物医药中的应用，聚合物吸附材料、聚合物絮凝剂及其在脱硫、捕碳和水处理中的应用等。3.高分子合成技术发展趋势

高分子合成化学发展需注意以下几点：与无机化学、配位化学、有机化学等的融合与渗透，吸取这些学科领域的研究成果开发新的引发/催化体系，这是合成化学的核心，是高分子合成化学与聚合方法原始创新发展的关键。对于传统的工业化单体，需要利用新型引发/催化体系和相应聚合方法，研究开发合成新的微观结构的聚合物新材料。与有机合成化学和高分子化学紧密结合，将有机合成化学的先进技术“嫁接”到高分子合成化学中，研发高分子合成的新方法，实现高分子合成的可设计化、定向化和控制化，这里包括通过非共价键的分子间作用力结合来“合成”超分子体系。在大分子工程方面，不仅要达到控制聚合物的分子量与分子量分布，而且要开发设计合成多种拓扑结构的聚合物链（如超支化聚合物、星型多臂嵌段共聚物、树枝状聚合物、浓密刷型聚合物等）的新合成技术。

综上所述，高分子科学经过几十年的发展,虽然学科内涵已初具规模，并在人类社会的发展中产生了举足轻重的作用，然而高分子科学的研究内容、研究领域仍在随着人类社会的发展而迅速扩展。在这种扩展中，越来越多的学术问题等待着高分子科学家去发现、去研究、去掌握，从而为高分子科学的今后发展提供了无限的空间。在科学的整体发展中，高分子科学处于多种学科的交汇点上，涉及了物理学、数学、生命科学、电子学、各种工程学以及化学学科内部的其他分支学科，这更为高分子科学的发展提供了良好的学科环境。高分子科学与国民经济的发展密切相关,这更为高分子科学的发展提供了社会需求。因此，今后高分子科学的发展必将利用上述有利因素，从学科交叉中求开拓,从联系国民经济的实践中求发展。

二、高分子材料加工技术的应用

1、超临界流体辅助微孔发泡技术

1.1微孔发泡挤出技术

采用超临界流体（SCF）通过挤出方法连续制备微孔发泡材料，是当今国内外研究的一大热点。这种挤出方法的基本过程为：聚合物首先在挤出机内熔融塑化，然后通过机筒把S C F精确计量并注入到聚合物熔体中，通过螺杆的剪切混合作用，使S C F 溶解在熔体中形成均匀泡的概念[ 3 ] 。微孔发泡塑料通常是指泡孔尺寸为0.1~10 ìm、泡孔密度为1×109~1015 个/cm3 的发泡塑料，其设计思路是制造一种泡孔直径比聚合物中所有已存在的微隙都要小的泡沫材料。

1.2微孔发泡注塑技术

微孔发泡塑料注塑的原理和步骤与微孔发泡塑料挤出的相似。与不发泡的注塑相比，微孔塑料注塑的注射压力可降低4 8% ，锁模力降低高达80%，一般为30%[10]，并可以省去保压阶段，这可明显延长模具的使用寿命；由于在模具内气泡的生成和长大是一个吸热过程，所以成型周期要短，可提高生产率。与不发泡注塑制品相比，微孔注塑制品具有高的尺寸精度和低的翘曲，可以有效地避免由于充模不足引起的凹陷。而微孔发泡注塑还可大大拓宽微孔。

所以塑料的应用领域，可用于汽车、航空、包装以及其他表观性能要求高的领域。然而，不管是在设备的改进还是在工艺参数的优化上，微孔发泡注塑都还有很多技术难题需要解决。

2 流体辅助注塑技术

2.1 水辅助注塑

水辅助注塑（Wa t e r - a s s i s t e d i n j e c t i o nmo l d i n g ，WAIT）是一种新型的成型中空或者部分中空制品的技术[ 1 4 ] 。这种技术是在GAIM的基础上发展起来的。除了具有GAIM 的优点外，WAIT 有一个突出的优点，即能够直接在制品内部进行冷却。由于水的热传率是氮气的4 0 倍，热焓是氮气的4 倍[ 1 6 ]；所以，WAIT 高的冷却能力可使制品的冷却时间降至GAIM 的3 0%~5 0%。除了明显缩短成型周期外，WA I T 能够成型壁厚更薄和更均匀的中空制品，使制品的设计和制造更为灵活，更加节省原料。水便宜，用水代替氮气可降低成本；此外，WAIT 还可成型内表面很光滑的制件。

水与气体之间的另一差异是气体具有可压缩性，而水不可压缩。因此，当水被注射入熔体内时，水的前沿就会象一个移动柱塞那样作用在制件的熔体型芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，它象一个高粘度的型芯，进一步推动熔体，从而将制件掏空。水压推动熔体前进的同时，还对其进行冷却。

此外，气体会渗入到聚合物熔体中，而水不会。如果发生了气体渗入，气体溢出后制品内表面会变得粗糙。

WA I T 成型中空制品的原理与G AIM 的基本相似，其过程由5 个步骤组成：①注射塑料熔体；②注入水以推动塑料熔体型芯；③保持水压（还可以不断注水）；④释放压力，通过重力或压缩空气将水排出，如果加工温度高水蒸汽的压力也可以排水；⑤开模。WAIT 有短射、回流注射、溢流注射和流动注射4 种成型方式

开发WAIT 技术的主要目的有[ 1 5 ]：①成型较大直径的制品；②成型薄壁制品；③减少制品的冷却时间。

目前，WA I T 可以应用于中空弯曲件、杆件、截面厚薄不同的复杂件、较大薄壁件的成型，例如介质导管（图15a、b）、汽车门把手（图1 5 c ）、汽车顶梁、踏板、扶手、带支架的板件等制品的生产。PA、PP、PE、ABS、ASA、PBT和HI P S 等材料都可以用于WAIT。虽然WAIT在商业中得到应用只有5 a 时间，但是它所展现出的潜力已引起许多生产厂家的注目。例如，汽车保险杠是一种面积较大，形状复杂的大型结构部件，各国对汽车保险杠均制定了苛刻的安全技术标准，同时保险杠还是一些企业正在研究将WA I T 应用到汽车工业、体育用品、娱乐用品、消费用品、家用电器和医疗产品等生产领域，进一步研究适用于WA I T的材料。

高分子材料加工技术的应用层面非常广泛.高分子材料很少单独应用,为了发

挥其特性,常加入适当的添加剂或不同类的高分子,经过适当的加工技术以制成实用的产品.由於生物可分解高分子材料与高分子奈米复合材料是近年来高分子材料的研发重点。

结束语：总之，高分子材料加工技术的发展趋势是紧紧跟随现在社会的发展

进程，社会需要什么样的高分子材料，就有相应的加工技术出现，从而高分子材料加工技术日渐普片应用。

参考文献

1.https://www.360docs.net/doc/7d11079550.html,/ss/huhanjie/en/publicationsshow_420.html 中国聚合物网

2.https://www.360docs.net/doc/7d11079550.html,/Portal0/InfoModule_375/627.htm 国家自然科学基金委员会

3.包装--塑料应用的最大市场- 文章- 佳工网

https://www.360docs.net/doc/7d11079550.html,/art_6444.html

4. https://www.360docs.net/doc/7d11079550.html,维普资讯

5.https://www.360docs.net/doc/7d11079550.html,/trader/logistics/apply_detail.asp?id=56097中国自动化网