高分子材料成型加工的发展趋势

材料加工新技术

----高分子材料成型课程大作业

学生姓名

学生学号************

专业方向材料学（金属材料）

研究生导师

2015年11月26日

高分子材料成型加工的发展趋势

摘要：随着科学技术的不断进步，经济的发展越来越快，高分子材料成为了发展的关键，同时也是发展高新科技的基础。高分子材料只有通过加工成型获得所需的形状、结构与性能,才能成为具有实用价值的材料与产品。高分子材料加工成型是一个外场作用下的形变过程,其技术与装备在很大程度上决定了最终材料与产品的结构与性能。高分子材料加工成型过程节能降耗、废旧制品循环利用、可再生资源替代是发展趋势,研宄与探索高分子材料加工成型新方法、技术及装备对推动高分子材料产业及相关制造业的发展具有重要意义。同时可丰富和发展我国高分子产品先进制造理论及其应用

关键词：高分子材料；发展；加工

高分子材料是当代新材料的后起之秀，但其发展速度与应用范围超过了传统的金属材料和无机材料，已成为工业、农业、国防、科技和日常生活等领域不可缺少的重要材料。世界合成高分子材料的总产量已达3亿吨，其体积产量超过金属材料。我国是高分子材料生产和消费的大国，合成高分子材料产量达3000万吨左右，在全球排名第二，年消费量5000万吨左右。近年来，高分子材料成型加工技术在工业上取得了飞速发展，我国航空工业、国防工业等领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。[1]由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。高分子材料的高分子链通常是由结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象．也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构．包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。由于工业化技术的发展和人民生活水平的提高，人们对塑料产品种类和质量的需求也越来越高。高分子材料是通过制造成各种制品来实现其使用价值的，因此从应用角度来讲，以对高分子材料赋予形状为主要目的成型加工技术有着重要的意义[2]。高分子材料的主要成型方法有挤出成型、注射成型、吹塑成型、压延成型等，文章综述了高分子材料成型加工技术的最新进展现，着重探讨一下高分子材料成型加工技术的发展前景。

1 高分子材料的发展趋势

随着生产和科技的发展，以及人们对知识的追求，对高分子材料的性能提出了各种各样新的要求。总的来说，今后高分子材料的发展趋势是高性能化、高功能化、复合化、智能化以及绿色化[3]。

1 .1 高性能化

提高耐高温，耐磨性，耐腐蚀性，耐老化及高的机械强度等方面是高分子材料发展的重要方向，这对于航空、汽车工业、航天、电子信息技术、家用电器领域都有非常重要的作用。高分子材料高性能化的发展趋势主要有：（1）创造新的高分子聚合物；（2）通过改变催化剂和催化体系，合成工艺及共聚，共混及交联等对高分子性能进行改进；（3）通过新的加工方法改变聚合物的聚集态结构；（4）通过微观复合方法，对高分子材料进行性能改变

1 .2高功能化

高分子材料的高功能化是材料领域最具活力的新领域，目前已研究出了各种各样新功能的高分子材料，可以作为人造器官的医用高分子材料等。鉴于以上发展，高分子分离膜、高分子吸水性材料、光致抗蚀性材料、高分子催化剂等都是功能高分子的研究方向[4]。

1 .3 复合化

为了发挥不同材料的优点，克服单一材料的缺点和不足，提高经济效益，使高分子材料的应用更为广泛而有了高分子材料的复合化。高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向，目前主要用于航空造船、航天、海洋工程等方面，今后复合材料的研究方向主要有：（1 ）研究并开发高性能、高模量的纤维增强材料；（2）合成具有高强度，优良耐热性和优良成型加工性能的基体树脂；（3）界面性能，粘结性能的提高及评价技术的改进等方面。

1 .4 智能化

智能化的高分子材料是使材料本身带有生物所具有的高级智能，例如预知预告性，自我修复，自我诊断，自我识别能力等特性，对环境的变化可以做出相应的解答；根据人体的状态，控制和调节药剂释放的微胶囊材料，根据生物体生长或愈合的情况或继续生长或发生分解的人造血管人工骨等医用材料[5]。

1 .5 绿色化

我们的日常生活中虽然高分子材料对起了很大的作用，但是高分子材料也给我们带来了不小的污染。现在很受关注的从生产到使用能节约能源与资源，排放废弃物少，对环境污染小，又能循环利用的高分子材料，要求高分子材料生产的绿色化。研究高分子材料的绿色化主要有以下几个方向：（1）开发原子经济的聚合反应；（2）选用无毒无害的原料；（3）利用可再生资源合成高分子材料；（4）高分子材料的再循环利用

总的来说，高分子材料对我们的未来影响是不可预测的。我国虽然在高分子材料的开发和利用方面起步比较晚，然而目前看来进步的速度也是越来越快，高分子材料已经为我国的经济建设做了重要的贡献，我们应该更加提高技术水平，加强对新材料的开发，以提高生活的质量，让高分子材料成长得更加全面，更好地为人类服务。

2 高分子材料加工设备发展趋势

2.1精密注射成型设备

精密注塑机是指具有成型精密塑料制品能力的注塑机。20 世纪70 年代，随着电子技术的发展，工业发达国家率先研制出精密注塑机。尤其是日本，日钢、日精、东芝、新泻等厂家都开发了各具特色的精密注塑机。我国于80 年代，精密注射机研制也取得一定成绩。1985 年，上海第一塑料机械厂研制成功SZ---150 / 100 精密注塑机。同年，杭州四五零九厂制造出微型精密注塑机C4704。之后，上海电讯器材厂试制成功10 克精密注塑机，浙江塑料机械厂也研制出闭环控制的精密注塑机。闭环控制的注塑机可以分别对温度、注射速度、注射压力、保压压力、塑化背压、塑化转速等重要工艺参数及过程参数实施闭环控制，大幅度提高控制精度，确保产品质量更加稳定。1989 年，顺德市秦川恒利塑机有限公司研制出双动模及四缸差动合模注塑机，在此基础上又开发成功全液压四缸直锁二板式精密注塑机[6]

2.1.1全电动式注塑机

全电动式注塑机是指采用伺服电机取代原来的液压装置，以完成螺杆旋转、注射、开合模等动作过程的注塑机。全电动式注塑机的机械部分原理与传统注塑机基本机同，只是在控制部分采用伺服电机，代替原来的液压装置。全电动注塑机的注射装置也包括塑化部件和传动部件两部分。塑化部件与传统注塑机相同，主要由螺杆、机筒、喷嘴等组成；传动部件由滚珠丝杆、伺服电动、传动齿轮和离合器等组成。全电动注塑机的合模装置也有肘杆式和直压工两类。肘杆式合模装置的全电动注塑机结构如图2.1.1所示。合模装置中也采用了滚珠丝杆和伺服电机，包括动模板、前模板、后模板拉杆及传动齿轮等零部件。