郜一帆

摘要：高分子材料除了拥有较高技术含量，也展现出了良好加工成型特性，所以能够用于生产种类丰富的产品。基于此，本文对高分子材料成型原理和方法展开了分析，并对加工成型过程的控制目标和方法进行了探讨，为关注这一话题的人们提供参考。

Abstract： In addition to high technical content， polymer materials also exhibit good processing and molding characteristics， so they can be used to produce a wide range of products. Based on this， this article analyzes the forming principles and methods of polymer material， and discusses the control objectives and methods of the processing and molding process， so as to provide references for people who are concerned about this topic.

关键词：高分子材料;成型原理;加工控制

Key words： polymer materials;forming principle;processing control

中图分类号：TQ317                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）31-0179-02

0  引言

作为复合材料的一种，高分子材料由聚合物和分子质量较高的化合物构成，具有较高的结构变化性，可塑性较强。经过科学处理后，可以将高分子材料加工成固定形状，并发挥相关应用要求，所以在电子、汽车、航天等多个领域得到了运用。而目前高分子材料依然处于发展阶段，因此还应加强材料成型及控制技术的研究，从而了解材料未来应用发展趋势。

1  高分子材料成型特点

高分子材料之所以能够加工成不同结构、形态的产品，与其固有属性相关。首先，材料具有较强可形变性，在受到加压后将发生结构变形，呈现出粘流态。通过控制材料流动速率，达到形变要求，能够加工得到独特形状。其次，材料具有较强可塑性。在特定温度和压力条件下，材料可以发生可塑性形变。随着温度和压力的变化，材料的流变性和热性能也将发生改变。对压力、热量进行控制，能够对模具中高分子材料变化形态进行控制，最终加工得到结构稳定、性能可靠的制品。此外，材料具有较强的可延性。受到压力或拉力，材料体现出较强变形适应性，能够转变为其他形态的聚合物。如通过延压方式能够将块状高分子材料转变为薄膜，通过拉伸可以转变为片材，得到的材料则带有一定硬化效果，因此可以满足加工成型要求[1]。

2  高分子材料成型技术

2.1 成型原理

从结构上来看，高分子材料中包含较多长链结构分子，通过彼此贯穿、重叠缠结在一起。而分子与分子间存在较大吸引力，使材料呈现各种力学特性。在成型加工过程中，分子行为和材料性能与长链结构聚集态有关。在主价键和次价键作用下，不同聚集態的高分子聚合在一起，获得不同性能，决定了材料对成型技术的适应性，使材料在加工期间表现不同特性[2]。从高分子材料成型过程来看，通常采用若干个化工单元促使材料发生高分子反应，熔为一体后需要进行形态结构加工。不同于普通材料，高分子材料在物料运输、能量传递等方面拥有各自平衡特点，需要多个单元共同作用使材料发生聚合。在反应过程中，需要解决传热和传质问题。在传统聚合反应中，需要利用溶剂和降低反应速度两种方式解决问题。如今的聚合反应则更加激烈，反应速度较快，物料将迅速升温，在几分钟内达到400-800℃。在产生大量热的情况下，需要及时将物料脱除，以免发生降解或碳化问题。因此不同与传统成型过程需要利用设备加热，现代加工中需要采用设备及时移除热量。

2.2 成型方法

2.2.1 挤出成型

挤出成型为应用最广的高分子材料加工方法，具有较强适应性和较高生产率。采用该技术，需要将高聚物熔体输入到挤出机中，利用柱塞或螺杆施加挤压力，使材料在通过固定形状模具后连续成型，能够加工得到恒定断向形状的连续型材[3]。在设备内部对固体塑料进行加热，可以利用材料间内摩擦热实现塑化，得到粘流态物料。将从有机筒中挤出的高分子材料送入到挤塑机中，可以形成基本型坯，然后借助牵引工具完成材料提取和冷却加工，最终得到想要的型材。对外形简单的制品进行连续加工，能够达到较高生产效率，得到的产品均匀密实，可以保证尺寸准确。现阶段采用该技术能够对除PTEE以外几乎所有热塑性塑料进行加工，实现塑化、造粒、共混改性等操作，拥有丰富变化，可对各种异型材进行加工。

2.2.2 吹塑成型

依靠气体压力对高分子材料进行加工的过程被称之为吹塑成型，能够将热熔型制品加工成中空结构产品，所以拥有独特成型优势。如对热塑性树脂进行吹塑，可以得到管状型坯。加热至软化后放入开模，在闭模后通入压缩空气能够将型坯吹胀，紧贴于模具内壁，冷却脱模后可以得到制品。在传统工艺中，需要通过吹气的方式连续提供气体，形成压力使形状闭合的高分子材料碰撞，直至得到想要的形状。伴随着科学技术的发展，吹塑成型技术更加便利和先进，在保持较低成本的同时，能够达到较高成型率，用于制作各种形状复杂的产品。配合采用挤压、拉伸等不同加工方式，可以将技术划分为不同类型。根据型坯加工方法，具体可以划分为挤出吹塑、注射吹塑等等，拉伸吹塑、多层吹塑则是新兴技术。

2.2.3 注塑成型

注塑成型技术也为常见高分子材料加工方法，能够用于加工空间几何形状复杂的产品，具有花色多、尺寸稳、周期短等优势。在机械自动化加工领域，由于注塑模具拥有较好服役条件，可以保持较高生产效率，因此得到了广泛运用。应用该技术需要对胶料进行预加热，在达到塑性状态后注入模具，实现定型硫化。在高分子材料加工方面，可以对不同材料进行组合加工，将方法划分为夹心成型、多色复合成型等不同方法。采用惰性气体辅助注射，可以用于制作微孔泡沫塑料等结构复杂制品。配合采用压缩或压制方式，可以实现注射压缩成型。从成型技术组成特征上来看，包含模具移动、延伸、化学反应等多种，可以取得不同成型加工效果。相较于其他技术，注塑成型技术生产的材料拥有较强的空间感，需要达到较高立体度要求，但操作十分简单，具有较高实用价值。

2.2.4 激光成型

激光成型技术为近年来取得迅速发展的成型技术，能够用于对拥有特殊价格要求的大项目进行生产。根据不同生产要求，需要选用不同的高分子材料和成型技术。常见材料包含光敏树脂、高分子粉末状材料、凝胶材料、弹性体材料等等，常用技术包含激光固化成型技术、激光烧结技术等。在3D打印中，激光固化成型技术就得到了广泛运用，能够利用特定波长和强度的紫外光激光光束对成型材料表面进行扫描，逐区使材料固化成型。经过反复逐层叠加，可以得到三维实体结构，可用于高精密复杂零部件的加工，在生物医学、航空航天等领域得到了运用。采用激光烧结技术可以对各种粉末状高分子材料进行加工，对实体零件进行切片后，将粉末铺洒在工作台上，根据各截面CAD数据完成结构设计。利用高强度二氧化碳激光器进行扫描照射，能够使材料烧结在一起，形成截面层，作为下个粉末层的支撑辅助结构。激光成型技术不仅工艺简单、材料来源广，同时成型速度较快，能够降低生产成本和提高加工柔性度。

3  高分子材料成型控制技术

3.1 控制目标

实际在高分子材料成型加工过程中，无论采用哪种成型技术都要重视材料成型过程控制，通过防止不良问题发生保证成型效果，使产品质量得到管控。实际高分子材料在成型期间容易发生共混物形态变化，因此需要加强形态和温度控制。加强形态控制，与多数聚合物存在多相体系不相溶特点有关。为确保成型过程顺利，需要添加第三组分进行改性，促使各种聚合物相容，顺利凝结为新的结构形态。聚合物及共混物在不同温度下将发生不同变化，而加工过程将发生非等温场作用，还要掌握制品温度随时间变化，以便通过控制成型温度提高制品使用性能。从现有研究来看，材料基体聚合物结晶形态将受到微纤影响，因此对多种聚合物进行反应加工時通常在微纤中进行导电离子组装，形成导电三维网络结构实现温度有效控制。

3.2 控制技术

3.2.1 全硫化控制

在高分子材料加工过程中，混炼环节将发生硫化反应，同样需要实施有效控制。将橡胶与无法硫化的PP等聚合物进行熔融，需要利用交联剂促使橡胶硫化，得到微米级别微粒硫化橡胶相。分散在树脂中加工成型，可以得到结构、性能稳定的制品，以免产品出现物性变化。对热塑性弹性体的加工过程进行控制，通常采用动态全硫化技术，通过将振动力场引入混炼挤出全过程，能够使硫化反应进程得到有效控制。不同于传统橡胶硫化加工利用平板硫化机，需要在型腔内固定生胶和加热，动态硫化能够使橡胶得到分散交联，提高弹性体永久变形性等性能。运用该技术能够使橡胶相在混炼期间实现全硫化，避免出现相态反转问题，适用于废料可再生利用等领域。

3.2.2 聚合动态控制

在聚合物加工过程中，还要采用聚合动态控制技术，在电磁场条件下引入机械振动，使聚合结构生成过程和制品各项变化得到有效控制。采用传统聚合反应加工技术，需要达到严苛条件，如高压、真空等，反应后需要进行分离、提取等操作，最后甚至需要利用吹塑、定型等工艺进行处理。由于生产步骤复杂，不仅影响的生产效率，还将造成严重环境污染。运用聚合动态控制这种创新技术，能够将机械振动当成是纽带实现聚合物反应挤出操控，使整个反应过程得到有效控制。在强振动剪切作用下，无机粒子将进行快速反应。整个过程将在连续加工环境中进行，几乎不受外界干扰，能够减少催化剂、改性剂的使用。此外，应用该技术使用的基础设备不仅体积小、质量轻，同时具有良好控制性，能够使工艺技术适应性得到增强。

3.2.3 信息化控制

在信息技术取得快速发展的背景下，高分子材料成型加工也可以实现信息化控制。如在对熔融高分子材料进行加工时，就可以采用FDM工艺实现数控生产和机械加工控制，使设备在计算机控制下进行轴向运动。不同于过去需要人员对各个加工环节进行管控，采用信息化控制技术能够在无人看管的情况下实现整个成型过程的操纵和管理，在提高加工效率的同时，减少人为原因带来的操作失误，使成型质量得到提高。在该种技术的支撑下，也可以减少人力成本投入，使加工效益得到提升。

4  结论

高分子材料体现出了较强的可塑性、挤压性等优良特性，所以衍生出了多种成型技术，加工得到不同结构、形态的产品。伴随着社会的发展，人们在高分子材料加工方面提出了更高质量要求，还要引进不同控制技术使材料物理、化学等性能得到有效控制，最终得到高品质聚合物材料。

参考文献：

[1]刘春波，张鹏，林绿叶，等.注塑成型过程中液晶高分子材料微流动的数值分析及可视化实验[J].应用力学学报，2020，37（05）：2222-2227，2335.

[2]任蕊，曹晨茜，皇甫慧君，等.基于高分子材料3D打印成型技术的研究[J].应用化工，2020，49（09）：2370-2376.

[3]侯庆新.高分子材料的加工成型技术研究[J].化工管理，2020（11）：109-110.