加工過程中高分子材料形態控制的研究進展

徐會剛+李甘

摘 要：本文對我國高分子材料加工過程中的形態控制研究現狀進行了分析，并提出其中存在的不足與缺陷，最后圍繞未來高分子加工過程中形態控制的研究趨勢進行探討與研究，希望能夠從理論層面上推動我國高分子材料加工領域的進步與發展。

關鍵詞：高分子材料；加工；形態控制

一、引言

高分子材料的性能與大分子的化學與鏈結構有著密切的關聯，且材料形態也是重要影響因素之一。聚合物氛圍結晶、取向等幾種形態，多相聚合物擇優擴相形態。聚合物制品形態的形成源自于加工中復雜的溫度場與外力場作用。由此可見，關于加工過程中高分子材料形態控制具有重要的研究意義。

二、我國高分子材料加工中形態控制研究現狀

高分子材料形態與物理力學性能之間的關聯十分緊密，這也是高分子材料的重點研究課題。相較于其他材料，高分子材料具有非常復雜的形態，具體表現為高分子鏈的拓撲結構、共聚構型以及剛柔性非常復雜，在分子設計與結構調整中，可以對一些合成方法加以運用；其次，在高分子長鏈結構的影響下，其熔體的粘彈性非常突出；此外，高分子具有非常寬的弛豫時間，就是受到很小的應變作用，其產生的非線性行為也會非常強烈。

對于聚合物的成型過程而言，在非等溫場、不同強度的剪切與拉伸場的影響之下，就分子尺度而言，其大分子鏈會發生一系列化學反應；就納米與亞微米尺度而言，大分子會有結晶與取向現象發生，如此一來就會有超分子結構的形成；而根據亞微米與微米尺度，多相聚合物會有不同相形態的形成，甚至會出現一些缺陷。而這些形態的影響因素非常廣泛，例如加工中的外場強弱、作用頻率、作用方式以及時間等。然而，現階段關于這些問題的研究雖然有所深入，但相應的理論體系尚未成熟。此外，隨著新聚合物的開發不斷深入，在高分子材料加工中涌現出越來越多的成型加工方法，顯然這使聚合物加工中的形態控制成為了一個長期的研究課題，對于高分子物理領域的發展無疑有著重要的影響。

在我國，關于新材料的研究起步以跟蹤模仿為主，在知識產權與創新理論方面有所欠缺，并且基礎研究與技術推廣的通暢性也有待提升。其次，相關人員并不重視傳統材料的升級與優化，很多高性能材料品種對進口的依賴性依然較強。再者，材料成型與加工設備也沒有得到應有的關注，與一些發達國家相比，我國材料研究與整體發展依然存在諸多不足，顯然這與國民經濟與設備的發展需求不相適應。

聚合物的性能取決于形態，因此，在高分子材料領域中，聚合物形態與性能關系的研究一直以來都受到高度重視，然而在實踐中，我們在二者之間的結合方面的研究上依然有所欠缺，具體可以從以下幾個方面得到體現：

第一，在剪切速率與剪切應力非常低的情況下，聚合物共混物相形態的演化研究不斷深入，然而在實踐中，一些主要聚合物成型加工的剪切速率主要在10?～104s-1范圍內，顯而易見，相關研究成果對實際生產的指導作用依然有所欠缺。

第二，基于不同條件的不同特性聚合物，其共混物形態發展與演化研究依然是主要研究內容，而形態與性能關系的研究依然有所欠缺。

第三，在加工過程中，受到部分特殊外場的作用，聚合物凝聚態結構與相形態結構的研究有待深入。

截至今日，在聚合物及其復合物的成型加工中，就算成型設備與工藝條件屬于常規，在外場作用下，人們依然沒有徹底了解結構形態受到的影響，僅僅對一些粗略的定性關系有所認識，甚至有的推斷還是錯誤的。以雙螺桿擠出過程為例，人們僅對不同螺桿原件組合下外力場作用的不同會改變溫度場，進而對產品產量、外觀與內在性能產生影響這一規律有所了解。然而這一影響的具體方式卻沒有清楚的認識，業界研究人員也無法制定出定量的指導方案。在管材生產中，不管是落錘沖擊不達標，還是縱向收縮產生波動，都沒有搞清楚原因，也無法拿出改進方案，大部分情況下都是憑借經驗進行處理。因此，現階段很多成型設備與工藝控制的效果是否取得理想效果，我們依然難以準確判定。

一直以來，關于生產實踐中的問題研究一直沒有得到基礎工作研究人員的關注。在成型設備與工藝技術的研究與開發中，相關規劃也缺乏系統性?，F階段，我國塑料制品年產量超過了2200萬噸，塑料機械工業取得了迅猛發展。然而在很多企業生產實踐中，整個效率與質量依然有待提升，產生的能耗也沒有得到有效控制。鑒于此，高分子材料成型加工將會成為未來高分子材料領域的研究重點，必須將側重點放在高分子材料制品的研究上來，而不是過分的關注材料這一因素，只有如此，才能夠提高高分子材料志制品質量。

三、高分子材料加工中形態控制的研究趨勢

第一，基于常規的成型設備條件，聚合物及其復合物典型制品成型或型材生產在成型加工時，在設備與工藝條件改變的情況下，其形成的外場會有所差異，進而發生相應變化，例如塑化、結晶、賦型以及流動等，這些變化會改變制品形態、結構以及性能。

第二，極端的加工條件極端會改變聚合物及其復合物的形態結構變化規律，例如結晶結構、晶體大小等，在這類條件下，還需要盡可能對大尺寸高分子晶體的制備進行探究。

第三，在對新外場條件的分析、推斷以及設定之下，通過對聚合物及其復合物結構形態與性能受到的影響研究，才能夠圍繞新的成型方法或具有特殊性能的高分子材料的制備進行探索，進而實現高分子材料性能的改善，并將節能性、經濟性等方面的優勢充分發揮出來。

四、結束語

總而言之，在未來工業領域的發展中，高分子材料的應用具有重要意義，而高分子材料加工中的形態控制則成為發展高分子技術的關鍵。作為相關研究人員，必須結合高分子材料加工中的形態控制研究與實踐中存在的問題，采取相應的改進與優化對策，提高高分子加工整體水平，如此才能夠從真正意義上推動我國高分子材料加工領域的進步。

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