加工過程中高分子材料形態(tài)控制的研究進(jìn)展

徐會剛+李甘

摘 要：本文對我國高分子材料加工過程中的形態(tài)控制研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出其中存在的不足與缺陷，最后圍繞未來高分子加工過程中形態(tài)控制的研究趨勢進(jìn)行探討與研究，希望能夠從理論層面上推動我國高分子材料加工領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高分子材料；加工；形態(tài)控制

一、引言

高分子材料的性能與大分子的化學(xué)與鏈結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)聯(lián)，且材料形態(tài)也是重要影響因素之一。聚合物氛圍結(jié)晶、取向等幾種形態(tài)，多相聚合物擇優(yōu)擴(kuò)相形態(tài)。聚合物制品形態(tài)的形成源自于加工中復(fù)雜的溫度場與外力場作用。由此可見，關(guān)于加工過程中高分子材料形態(tài)控制具有重要的研究意義。

二、我國高分子材料加工中形態(tài)控制研究現(xiàn)狀

高分子材料形態(tài)與物理力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)十分緊密，這也是高分子材料的重點(diǎn)研究課題。相較于其他材料，高分子材料具有非常復(fù)雜的形態(tài)，具體表現(xiàn)為高分子鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、共聚構(gòu)型以及剛?cè)嵝苑浅?fù)雜，在分子設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)調(diào)整中，可以對一些合成方法加以運(yùn)用；其次，在高分子長鏈結(jié)構(gòu)的影響下，其熔體的粘彈性非常突出；此外，高分子具有非常寬的弛豫時(shí)間，就是受到很小的應(yīng)變作用，其產(chǎn)生的非線性行為也會非常強(qiáng)烈。

對于聚合物的成型過程而言，在非等溫場、不同強(qiáng)度的剪切與拉伸場的影響之下，就分子尺度而言，其大分子鏈會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)；就納米與亞微米尺度而言，大分子會有結(jié)晶與取向現(xiàn)象發(fā)生，如此一來就會有超分子結(jié)構(gòu)的形成；而根據(jù)亞微米與微米尺度，多相聚合物會有不同相形態(tài)的形成，甚至?xí)霈F(xiàn)一些缺陷。而這些形態(tài)的影響因素非常廣泛，例如加工中的外場強(qiáng)弱、作用頻率、作用方式以及時(shí)間等。然而，現(xiàn)階段關(guān)于這些問題的研究雖然有所深入，但相應(yīng)的理論體系尚未成熟。此外，隨著新聚合物的開發(fā)不斷深入，在高分子材料加工中涌現(xiàn)出越來越多的成型加工方法，顯然這使聚合物加工中的形態(tài)控制成為了一個(gè)長期的研究課題，對于高分子物理領(lǐng)域的發(fā)展無疑有著重要的影響。

在我國，關(guān)于新材料的研究起步以跟蹤模仿為主，在知識產(chǎn)權(quán)與創(chuàng)新理論方面有所欠缺，并且基礎(chǔ)研究與技術(shù)推廣的通暢性也有待提升。其次，相關(guān)人員并不重視傳統(tǒng)材料的升級與優(yōu)化，很多高性能材料品種對進(jìn)口的依賴性依然較強(qiáng)。再者，材料成型與加工設(shè)備也沒有得到應(yīng)有的關(guān)注，與一些發(fā)達(dá)國家相比，我國材料研究與整體發(fā)展依然存在諸多不足，顯然這與國民經(jīng)濟(jì)與設(shè)備的發(fā)展需求不相適應(yīng)。

聚合物的性能取決于形態(tài)，因此，在高分子材料領(lǐng)域中，聚合物形態(tài)與性能關(guān)系的研究一直以來都受到高度重視，然而在實(shí)踐中，我們在二者之間的結(jié)合方面的研究上依然有所欠缺，具體可以從以下幾個(gè)方面得到體現(xiàn)：

第一，在剪切速率與剪切應(yīng)力非常低的情況下，聚合物共混物相形態(tài)的演化研究不斷深入，然而在實(shí)踐中，一些主要聚合物成型加工的剪切速率主要在10?～104s-1范圍內(nèi)，顯而易見，相關(guān)研究成果對實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用依然有所欠缺。

第二，基于不同條件的不同特性聚合物，其共混物形態(tài)發(fā)展與演化研究依然是主要研究內(nèi)容，而形態(tài)與性能關(guān)系的研究依然有所欠缺。

第三，在加工過程中，受到部分特殊外場的作用，聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與相形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究有待深入。

截至今日，在聚合物及其復(fù)合物的成型加工中，就算成型設(shè)備與工藝條件屬于常規(guī)，在外場作用下，人們依然沒有徹底了解結(jié)構(gòu)形態(tài)受到的影響，僅僅對一些粗略的定性關(guān)系有所認(rèn)識，甚至有的推斷還是錯(cuò)誤的。以雙螺桿擠出過程為例，人們僅對不同螺桿原件組合下外力場作用的不同會改變溫度場，進(jìn)而對產(chǎn)品產(chǎn)量、外觀與內(nèi)在性能產(chǎn)生影響這一規(guī)律有所了解。然而這一影響的具體方式卻沒有清楚的認(rèn)識，業(yè)界研究人員也無法制定出定量的指導(dǎo)方案。在管材生產(chǎn)中，不管是落錘沖擊不達(dá)標(biāo)，還是縱向收縮產(chǎn)生波動，都沒有搞清楚原因，也無法拿出改進(jìn)方案，大部分情況下都是憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理。因此，現(xiàn)階段很多成型設(shè)備與工藝控制的效果是否取得理想效果，我們依然難以準(zhǔn)確判定。

一直以來，關(guān)于生產(chǎn)實(shí)踐中的問題研究一直沒有得到基礎(chǔ)工作研究人員的關(guān)注。在成型設(shè)備與工藝技術(shù)的研究與開發(fā)中，相關(guān)規(guī)劃也缺乏系統(tǒng)性?，F(xiàn)階段，我國塑料制品年產(chǎn)量超過了2200萬噸，塑料機(jī)械工業(yè)取得了迅猛發(fā)展。然而在很多企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，整個(gè)效率與質(zhì)量依然有待提升，產(chǎn)生的能耗也沒有得到有效控制。鑒于此，高分子材料成型加工將會成為未來高分子材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，必須將側(cè)重點(diǎn)放在高分子材料制品的研究上來，而不是過分的關(guān)注材料這一因素，只有如此，才能夠提高高分子材料志制品質(zhì)量。

三、高分子材料加工中形態(tài)控制的研究趨勢

第一，基于常規(guī)的成型設(shè)備條件，聚合物及其復(fù)合物典型制品成型或型材生產(chǎn)在成型加工時(shí)，在設(shè)備與工藝條件改變的情況下，其形成的外場會有所差異，進(jìn)而發(fā)生相應(yīng)變化，例如塑化、結(jié)晶、賦型以及流動等，這些變化會改變制品形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及性能。

第二，極端的加工條件極端會改變聚合物及其復(fù)合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，例如結(jié)晶結(jié)構(gòu)、晶體大小等，在這類條件下，還需要盡可能對大尺寸高分子晶體的制備進(jìn)行探究。

第三，在對新外場條件的分析、推斷以及設(shè)定之下，通過對聚合物及其復(fù)合物結(jié)構(gòu)形態(tài)與性能受到的影響研究，才能夠圍繞新的成型方法或具有特殊性能的高分子材料的制備進(jìn)行探索，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分子材料性能的改善，并將節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

四、結(jié)束語

總而言之，在未來工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展中，高分子材料的應(yīng)用具有重要意義，而高分子材料加工中的形態(tài)控制則成為發(fā)展高分子技術(shù)的關(guān)鍵。作為相關(guān)研究人員，必須結(jié)合高分子材料加工中的形態(tài)控制研究與實(shí)踐中存在的問題，采取相應(yīng)的改進(jìn)與優(yōu)化對策，提高高分子加工整體水平，如此才能夠從真正意義上推動我國高分子材料加工領(lǐng)域的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]李忠明，馬勁.加工過程中高分子材料形態(tài)控制的研究進(jìn)展[J].中國科學(xué)基金，2004，18（3）：154-157.

[2]李又兵，申開智.形態(tài)控制技術(shù)獲取自增強(qiáng)制件研究[J].高分子材料科學(xué)與工程，2007，23（1）：24-27.

[3]許向彬.通過微觀形態(tài)控制降低導(dǎo)電高分子復(fù)合材料逾滲值的研究進(jìn)展[J].高分子通報(bào)，2009，（7）：36-44.

[4]吳世見，郭建明，申開智等.制備高性能注塑和擠出制品的形態(tài)控制技術(shù)[J].高分子材料科學(xué)與工程，2003，19（3）：58-62.