高分子材料的加工成型技術(shù)探究

王威

摘要：由于高分子新材料的突出性能和不斷涌現(xiàn)的特點(diǎn)，以及工業(yè)領(lǐng)域的加工制造工藝不斷發(fā)展使得對(duì)材料的響應(yīng)顯得滯后。功能高分子材料由于其突出的性能優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中有巨大的推廣和應(yīng)用前景。目前在工業(yè)生產(chǎn)中高分子材料的應(yīng)用越來越普遍，而高分子材料的應(yīng)用也解決了家電企業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)上的難題。高分子的加工成型技術(shù)是其良好應(yīng)用的前提，為了取得良好的效果，我們需要對(duì)高分子材料的加工成型技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，提高家電行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，從而促進(jìn)我國工業(yè)化的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高分子材料;加工成型;技術(shù)

引言

隨著材料科學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展，高分子材料在家電領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍，有關(guān)高分子成型技術(shù)研究也在不斷深入。近些年，除了家電領(lǐng)域外，在工業(yè)生產(chǎn)、航空制造等行業(yè)中都有高分子材料的身影，鑒于高分子材料在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要地位，本文對(duì)高分子材料進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，重點(diǎn)研究高分子材料成型加工技術(shù)的應(yīng)用，以供參考。

1高分子材料的分類

高分子材料按照來源可分為天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子是存在于動(dòng)物、植物及生物體內(nèi)的高分子，可分為天然纖維、天然樹脂、天然橡膠、動(dòng)物膠等。合成高分子主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大材料，此外還包括膠黏劑、涂料以及各種功能高分子材料。高分子材料按照特性可分為塑料、橡膠、纖維、涂料、膠黏劑和高分子基復(fù)合材料等。塑料主要有PE、PP、PS、PVC4種;橡膠主要有丁苯橡膠、順丁橡膠、乙丙橡膠和異戊橡膠4種;纖維主要有錦綸、滌綸、丙綸和腈綸4種

2高分子材料的加工成型特點(diǎn)

2.1可擠壓性

通常高分子材料極易發(fā)生形變，當(dāng)受到外力擠壓時(shí)就會(huì)發(fā)生明顯的形變。因此，在加工成型過程中只需要通過熔融方法將高分子材料改變?yōu)檎沉鲬B(tài)，然后在模具和流道內(nèi)控制其流動(dòng)速率，從而得到所需要的應(yīng)用形狀。

2.2可模塑性

當(dāng)高分子材料處于一定壓力與溫度條件下，可進(jìn)行可塑性形變，常用于高分子材料的模塑成型，同時(shí)高分子材料還具有流變性以及熱性能，因此在模塑成型過程中只需要按照技術(shù)要求控制好壓力與熱量即可控制模具中高分子材料的變化形態(tài)。

2.3可延性

當(dāng)高分子材料受到壓力及拉伸力的時(shí)候會(huì)發(fā)生一定的形變，按照技術(shù)要求合理控制壓力或拉伸力，使之成為所需的不同形態(tài)的形狀。比如通過壓延可以讓高分子材料變成薄膜，通過拉伸可以讓高分子材料變成片狀型材，然后應(yīng)用到各類場(chǎng)景中。

3高分子材料加工成型技術(shù)

3.1擠出成型技術(shù)

擠出成型技術(shù)的主要特點(diǎn)是高效、連續(xù)成型，適用范圍廣泛，在高分子材料加工中應(yīng)用較早，也是加工成型技術(shù)中應(yīng)用最多的一種方法。受熱熔化后的高分子材料在螺桿或柱塞擠壓作用下進(jìn)入模具內(nèi)成型，在完成定型后冷卻，得到工業(yè)產(chǎn)品。擠壓成型技術(shù)的主要步驟有加料、熔融塑化、擠壓成型、定型和冷卻等。在整個(gè)擠壓成型過程中高分子材料經(jīng)過了固態(tài)、彈性狀態(tài)、粘流態(tài)、固態(tài)等幾個(gè)過程的轉(zhuǎn)變。用于擠壓成型加工的機(jī)械設(shè)備有單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)兩種，該方法常用于管材、棒材、薄膜、片材、電線纜護(hù)層以及單絲類連續(xù)成型產(chǎn)品的加工。但是，傳統(tǒng)的擠壓成型技術(shù)存在著一定的環(huán)境污染問題，難以適應(yīng)當(dāng)前我國綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，因此也在經(jīng)歷著不斷的發(fā)展與進(jìn)步。通過專家學(xué)者以及技術(shù)人員的不懈努力，目前擠出成型技術(shù)有了很大發(fā)展，已經(jīng)用于生產(chǎn)的有反應(yīng)擠出、固態(tài)擠出、振動(dòng)擠出、微納層共擠出等四種，如圖1。

3.2注塑成型技術(shù)

注塑成型技術(shù)的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)速度快、效率高，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，適用于多種形狀、大小、花色的產(chǎn)品生產(chǎn)。（1）在氣體輔助注塑成型技術(shù)中使用到了塑料熔體注射與氣體注射成型兩種技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是注射壓力低，成品不易發(fā)生變形，提高了成品的表面光潔度。在使用氣體輔助注塑成型技術(shù)后，尺寸的穩(wěn)定性得到有效控制，可以用來生產(chǎn)較為復(fù)雜的產(chǎn)品，也可用于薄壁制品的加工生產(chǎn)。（2）可熔芯注塑成型技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的成型技術(shù)的分支，其原理是先使用低熔點(diǎn)的材料加工成可熔型芯，并將之放入模具中注塑成型，待注件冷卻成型后在模腔中取出，然后再將可熔型芯熔化后取出。這種方法特別適用于形狀復(fù)雜、中空以及不便于使用機(jī)械加工的復(fù)合材料產(chǎn)品。（3）共注塑成型技術(shù)是使用兩個(gè)注射料筒分別注射不同的物料，可以是不同顏色的材料，適用于生產(chǎn)多層結(jié)構(gòu)、多種顏色的復(fù)合型材料塑件。（4）反應(yīng)注塑成型技術(shù)使用兩種或者多種高分子材料，按照一定的配比將材料混合均勻后注射到模具當(dāng)中，在加工成型過程中伴隨著材料之間的化學(xué)反應(yīng)完成固化成型。在反應(yīng)注塑成型技術(shù)中使用到的原料是液體，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整原料的配比或化學(xué)組分來調(diào)整的塑件的性能，可以有效的降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)加工效率。

3.3壓延成型技術(shù)

壓延成型技術(shù)是利用輥筒在特定的溫度條件下對(duì)高分子材料進(jìn)行多次擠壓，完成對(duì)材料的加工成型，主要用于薄膜和片材的生產(chǎn)與加工，按照技術(shù)要求的規(guī)格尺寸控制好產(chǎn)品的寬度與厚度。壓延技術(shù)的使用可以追溯到十八世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們需求的增長，壓延技術(shù)也在不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在加工設(shè)備的改進(jìn)上，比如出現(xiàn)了異徑輥筒壓延機(jī)，在壓延機(jī)后增加了擴(kuò)幅機(jī)等等，大大提高了機(jī)器設(shè)備的實(shí)用性，并逐步呈現(xiàn)大型化、自動(dòng)化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)。

3.4發(fā)泡成型技術(shù)

利用發(fā)泡成型技術(shù)使高分子材料產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)，通常具有熱固性和熱塑性的材料都可以使用該技術(shù)，比如聚乙烯樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂等等。傳統(tǒng)的發(fā)泡方法主要有化學(xué)法、物理法和機(jī)械法三種，隨著該技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，又出現(xiàn)了超臨界發(fā)泡法和高壓釜發(fā)泡法。超臨界發(fā)泡成型技術(shù)所利用的是處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳或氮?dú)獾葰怏w的可壓縮性，在一種特殊的塑化裝置中注入上述氣體，使之與處于熔融狀態(tài)的高分子材料混合均勻，成為單相混合溶膠，然后將其導(dǎo)入模具型腔或擠出槽，溶膠內(nèi)部產(chǎn)生較大的壓損，氣體就會(huì)析出而形成大量的氣泡核，最終形成微孔發(fā)泡的成品。高壓釜發(fā)泡法則是將高分子材料置于充滿氮?dú)獾葰怏w的高壓釜內(nèi)，按照生產(chǎn)技術(shù)要求設(shè)定好壓力與溫度，經(jīng)過一定時(shí)間后氣體在高分子材料中呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，此時(shí)將釜內(nèi)的壓力快速泄掉，完成發(fā)泡成型。

3.5增材制造成型技術(shù)

增材制造成型技術(shù)也就是平時(shí)所說的3D打印技術(shù)，首先利用計(jì)算機(jī)軟件完成數(shù)字模型的制作，然后利用數(shù)字技術(shù)打印機(jī)通過逐層打印的方式完成產(chǎn)品的制造。目前3D打印中所使用的材料為專用的金屬材料、非金屬材料或者醫(yī)用生物材料等，一般價(jià)格都比較昂貴，打印技術(shù)也處于發(fā)展階段，尚不成熟，還無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)加工。

結(jié)束語

高分子材料性能的不斷研究及可降解性能的研發(fā)，使得高分子材料具有非常廣闊的應(yīng)用前景。高分子材料在不斷向高功能化和高性能化方面轉(zhuǎn)變，并取得了重大突破。高分子材料的高性能及快速發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)步。近年來，對(duì)高分子材料的研究和對(duì)高分子材料的加工工藝研究也受到了廣泛的重視。材料的不斷發(fā)展，加工制造工藝不斷進(jìn)步均會(huì)推動(dòng)高分子材料應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，通過對(duì)高分子材料基礎(chǔ)研究的產(chǎn)業(yè)化，對(duì)提高高分子材料的應(yīng)用與工業(yè)領(lǐng)域具有十分重要的意義。

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