高分子材料成型加工综述

姚雨辰

(南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏南京 210016)

高分子材料成型加工综述

姚雨辰

(南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏南京 210016)

介绍了高分子材料的发展历史，高功能、高性能、智能、复合以及绿色化的发展趋势，从信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术、聚合物/无机物复合材料物理场强化制备技术、热塑性弹性体动态全硫化制备技术三种高分子材料加工成型技术，同时阐述了高分子材料今后的研究开发方向。

发展趋势，加工成型技术，研究开发

人类的发展史就是一部利用、制造、创新材料的历史。100万年前，人类利用石头做工具，标志着人类进入旧石器时代；大约1万年以前，人类把石头加工成精致的器皿或工具，标志着新石器时代到来；5000年前的青铜、3000年前的铁以及后来钢等金属材料使用，标志着人类农业繁荣和工业时代来临[1-3]。材料是现代科学与工业技术发展的基础，先进的材料是衡量当代工业文明发展程度的标志之一。随着有机化学的发展，各种有机合成材料几乎渗透到人类日常生活的各个领域[3-5]。

1 高分子材料的发展趋势

随着科技的发展，高分子材料的发展趋势是高功能化、高性能化、智能化、复合化以及绿色化[2，4]。

1.1 高功能化

高功能化是最具活力的新领域，已研究出了可作为人造器官的医用高分子材料等。目前高分子吸水性材料、高分子分离膜、高分子催化剂、光致抗蚀性材料等都是高功能化的研究方向。

1.2 高性能化

耐高温、耐腐蚀性、耐老化、耐磨性及高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、航天、电子信息技术、汽车工业、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)改变催化体系、催化剂、合成工艺及共混、共聚及交联等方法改进高分子材料性能；(2)创造新的高分子聚合物；(3)新的加工方法改变聚合物的聚集态结构；(4)微观复合方法改变高分子材料性能。

1.3 智能化

智能化是高分子材料本身带有生物所具有的高级智能，例如自我诊断、自我识别、自我修复以及预知性等能力。例如能对环境的变化做出响应；根据人体状态，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。

1.4 复合化

为了克服单一材料的不足，发挥不同材料的优点，拓展应用，提高经济效益，提出了高分子材料的复合化，高性能结构复合材料是新材料革命的一个重要方向，其主要应用于航空、航天、海洋工程以及造船等方面。

目前，复合材料的研究方向主要有：(1)合成具有优良耐热性和优良成型加工性能的高强度基体树脂；(2)研究开发高模量、高性能的纤维增强材料；(3)界面性能，粘结性能的提高及评价技术的改进等方面。

1.5 绿色化

虽然高分子材料对对人类发展起了很大的促进作用，同时也带来了不小的污染。从生产到使用，节约能源，减排废弃物，循环利用，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)无毒无害的原料；(2) 开发原子经济的聚合反应；(3)高分子材料的再循环利用；(4)可再生资源合成高分子材料。

2 高分子材料及其加工

2.1 高分子材料应用

高分子材料是由较高分子质量的化合物构成的材料，高分子是生命存在的形式，包括橡胶、涂料、纤维、胶粘剂、塑料和高分子基复合材料，所有的生命体都可以看作是高分子的集合[4，6-9]。

随着科技的发展，对高分子材料的性能提出了新的要求。近年来，国防尖端工业、航空工业等领域的发展对高分子聚合物材料的高强度、高模量、轻质等性能提出了更高的要求，特殊要求的高强度高分子聚合物的开发研制越来越显迫切。

2.2 高分子材料加工

今后高分子材料的一个发展趋势是提高耐高温、耐腐蚀性、耐老化、耐磨性及高机械强度等方面的性能。高性能化主要是通过新的成型加工方法改变聚合物的聚集态结构以提高性能[9-11]。

高分子材料成型加工则是将高分子材料转变为所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术，获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段，实现其使用价值。

3 高分子材料加工方法

3.1 高分子材料的加工特点

高分子材料成型加工则属于非金属材料成型加工，其具有可挤压性、可模塑性、可延性。

可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力，材料处于黏流态才可挤压变形，挤压性质与聚合物的流变性、流动速率密切有关。

可模塑性是材料在温度和压力作用下形变和在模具中模塑成型的能力，可模塑性主要取决于材料的流变性、热性质和其它物理力学性质；对热固性聚合物还与聚合物的化学反应性能有关。模塑条件影响聚合物的可模塑性，且对制品的性能有影响。聚合物的热性能、模具的结构尺寸影响聚合物的模塑性。

可延性表示无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力，利用聚合物的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维，可延性取决于材料产生塑性形变的能力和应变硬化作用。

3.2 高分子材料成型加工方法

(1)信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术

此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题，将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的[11-14]。

(2)聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术

此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计(粒子设计)，在设计好的连续加t环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物、无机物复合材料[11-14]。

(3)热塑性弹性体动态全硫化制备技术

此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化，解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，提高我国TPV技术水平[11-14]。

这三种方法，都是以动态反应加工为基础的，从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。

4 总结

我们应该加强对新材料的开发，促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，提高技术水平，让高分子材料成长得更加全面，更好地为人类服务。高分子材料对未来影响是不可预测的，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。

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Review on Molding and Processing of Polymer Materials

YAO Yu-chen

(College of Material Science and Technology，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，Jiangsu，China)

In this paper，the development history，high function，high performance，intelligence，compound and green development trend of polymer materials were introduced，and the technology of direct synthesis reaction molding from the information storage disc substrate，the physical preparation of polymer/inorganic composites technology，thermoplastic elastomer preparation technology of dynamic full-vulcanization were also introduced，at the same time expounded the future direction of research and development of polymer materials.

development trend，processing molding technology，research anddevelopment

姚雨辰，南京航空航天大学材料科学与技术学院，材料科学与工程专业；E-mail：550336372@qq.com；Tel：18795996366

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