試論高分子材料成型加工的發展趨勢

祁世樂 吳海江

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，經濟的發展越來越快，高分子材料成為了發展的關鍵，同時也是發展高新科技的基礎。高分子材料只有通過加工成型獲得所需的形狀、結構與性能，才能成為具有實用價值的材料與產品。高分子材料加工成型是一個外場作用下的形變過程，其技術與裝備在很大程度上決定了最終材料與產品的結構與性能。高分子材料加工成型過程節能降耗、廢舊制品循環利用、可再生資源替代是發展趨勢，研宄與探索高分子材料加工成型新方法、技術及裝備對推動高分子材料產業及相關制造業的發展具有重要意義。同時可豐富和發展我國高分子產品先進制造理論及其應用

關鍵詞：高分子材料；發展；加工

高分子材料是當代新材料的后起之秀，但其發展速度與應用范圍超過了傳統的金屬材料和無機材料，已成為工業、農業、國防、科技和日常生活等領域不可缺少的重要材料。世界合成高分子材料的總產量已達3億噸，其體積產量超過金屬材料。我國是高分子材料生產和消費的大國，合成高分子材料產量達3000萬噸左右，在全球排名第二，年消費量5000萬噸左右。近年來，高分子材料成型加工技術在工業上取得了飛速發展，我國航空工業、國防工業等領域的發展對聚合物材料的性能提出了更高的要求。高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料。[1]由千百個原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物。高分子材料的高分子鏈通常是由結構單元組成，高分子鏈結構和許許多多高分子鏈聚在一起的聚集態結構形成了高分子材料的特殊結構。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的結構特征（如同分異構體、幾何結構、旋轉異構）外，還具有許多特殊的結構特征。高分子結構通常分為鏈結構和聚集態結構兩個部分。鏈結構是指單個高分子化合物分子的結構和形態，所以鏈結構又可分為近程和遠程結構。近程結構屬于化學結構，也稱一級結構，包括鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、結構單元的排列順序、支鏈類型和長度等。遠程結構是指分子的尺寸、形態，鏈的柔順性以及分子在環境中的構象.也稱二級結構。聚集態結構是指高聚物材料整體的內部結構.包括晶體結構、非晶態結構、取向態結構、液晶態結構等有關高聚物材料中分子的堆積情況，統稱為三級結構。由于工業化技術的發展和人民生活水平的提高，人們對塑料產品種類和質量的需求也越來越高。高分子材料是通過制造成各種制品來實現其使用價值的，因此從應用角度來講，以對高分子材料賦予形狀為主要目的成型加工技術有著重要的意義[2]。高分子材料的主要成型方法有擠出成型、注射成型、吹塑成型、壓延成型等。

隨著生產和科技的發展，以及人們對知識的追求，對高分子材料的性能提出了各種各樣新的要求。總的來說，今后高分子材料的發展趨勢是高性能化、高功能化、復合化、智能化以及綠色化[3]。

1 高性能化

提高耐高溫，耐磨性，耐腐蝕性，耐老化及高的機械強度等方面是高分子材料發展的重要方向，這對于航空、汽車工業、航天、電子信息技術、家用電器領域都有非常重要的作用。高分子材料高性能化的發展趨勢主要有：（1）創造新的高分子聚合物；（2）通過改變催化劑和催化體系，合成工藝及共聚，共混及交聯等對高分子性能進行改進；（3）通過新的加工方法改變聚合物的聚集態結構；（4）通過微觀復合方法，對高分子材料進行性能改變

2 高功能化

高分子材料的高功能化是材料領域最具活力的新領域，目前已研究出了各種各樣新功能的高分子材料，可以作為人造器官的醫用高分子材料等。鑒于以上發展，高分子分離膜、高分子吸水性材料、光致抗蝕性材料、高分子催化劑等都是功能高分子的研究方向[4]。

3 復合化

為了發揮不同材料的優點，克服單一材料的缺點和不足，提高經濟效益，使高分子材料的應用更為廣泛而有了高分子材料的復合化。高性能的結構復合材料是新材料革命的一個重要方向，目前主要用于航空造船、航天、海洋工程等方面，今后復合材料的研究方向

主要有：（1）研究并開發高性能、高模量的纖維增強材料；（2）合成具有高強度，優良耐熱性和優良成型加工性能的基體樹脂；（3）界面性能，粘結性能的提高及評價技術的改進等方面。

4 智能化

智能化的高分子材料是使材料本身帶有生物所具有的高級智能，例如預知預告性，自我修復，自我診斷，自我識別能力等特性，對環境的變化可以做出相應的解答；根據人體的狀態，控制和調節藥劑釋放的微膠囊材料，根據生物體生長或愈合的情況或繼續生長或發生分解的人造血管人工骨等醫用材料[5]。

5 綠色化

我們的日常生活中雖然高分子材料對起了很大的作用，但是高分子材料也給我們帶來了不小的污染。現在很受關注的從生產到使用能節約能源與資源，排放廢棄物少，對環境污染小，又能循環利用的高分子材料，要求高分子材料生產的綠色化。研究高分子材料的

綠色化主要有以下幾個方向：（1）開發原子經濟的聚合反應；（2）選用無毒無害的原料；（3）利用可再生資源合成高分子材料；（4）高分子材料的再循環利用

總的來說，高分子材料對我們的未來影響是不可預測的。我國雖然在高分子材料的開發和利用方面起步比較晚，然而目前看來進步的速度也是越來越快，高分子材料已經為我國的經濟建設做了重要的貢獻，我們應該更加提高技術水平，加強對新材料的開發，以提高生活的質量，讓高分子材料成長得更加全面，更好地為人類服務。

參考文獻

[1] 周冀.高分子材料基礎[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2] 高軍剛，李源勛.高分子材料[M].北京：化工出版社，2002.

[3] Chen J N，Chen O M，et aI.J.AppI.PoIym.Sci.，1996，62：2135 ～ 2138

作者簡介

祁世樂（1995—），男，漢族，甘肅武威人，學校，邵陽學院，專業，材料成型及控制工程，指導老師：吳海江

（作者單位：邵陽學院）