王 全
(內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市青山區(qū)包頭市檢驗檢測中心,內(nèi)蒙古 包頭 014030)
伴隨國內(nèi)社會經(jīng)濟水平以及科學(xué)技術(shù)水平的提高,高分子材料成型技術(shù)進入新的階段,對于當(dāng)前工業(yè)建設(shè)存在重要作用[1]。本文針對高分子材料成型具體狀況做出簡要分析。
從高分子科學(xué)以及高分子材料兩方面進行探索發(fā)現(xiàn),高分子材料對于當(dāng)前人類社會發(fā)展起到積極作用,并且屬于高分子科學(xué)相關(guān)研究重要體現(xiàn),也是高分子科學(xué)未來發(fā)展動力以及主要源泉。高分子科學(xué)研究主要對學(xué)術(shù)意義加以體現(xiàn),拓展人們針對高分子正確認(rèn)知,從而創(chuàng)新高分子材料。
高分子科學(xué)理念出現(xiàn)相對較晚,然而高分子材料出現(xiàn)直至發(fā)展涉及到人類文明整個過程,高分子材料具體可歸納為以下4 階段:7 000 年前直至19 世紀(jì)中葉屬于第一階段,高分子材料在該階段是被動使用,且以天然材料為主,包含紙、麻、大漆、羊毛、蠶絲、羊皮、織物、桐油以及棉等;19 世紀(jì)中葉直至20 世紀(jì)20 年代屬于第二階段,將天然轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)性,創(chuàng)建新型材料。該時期酚醛樹脂等合成高分子材料被首次制成,包含賽璐珞硝基纖維素脂、硫化橡膠、纖維素粘膠絲、電木、人造絲或者是酚醛樹脂清漆等[2];20 世紀(jì)30 年代至60 年代屬于第三階段,誕生高分子科學(xué)這一理念,大量相關(guān)研究學(xué)者深入探究新材料開發(fā)以及新聚合物的合成領(lǐng)域中,直至今日促進高分子材料大量形成,如合成橡膠,包括丁納、順丁以及丁苯等;纖維包括聚丙烯腈、聚酯以及尼龍66;塑料以及樹脂分別包含有機硅、聚碳酸酯、聚氯乙烯、雜環(huán)高分子、聚丙烯、有機氟、聚酰亞胺、聚乙烯、聚苯乙烯等;20 世紀(jì)60年代直至今日屬于第四階段,高分子材料的推廣以及普及。該時間合理應(yīng)用聚合物,其生產(chǎn)成本較低,高分子材料在人們生活當(dāng)中以及國民經(jīng)濟當(dāng)中被廣泛采用,使其成為當(dāng)前民眾繼金屬材料,無機材料之后的第三大材料。
國內(nèi)優(yōu)先選擇造紙、漆器、桐油、棉麻或蠶絲等天然高分子材料進行使用,然而歐美國家而言,國內(nèi)相對落后,一直到20 世紀(jì)50 年代才開始奮起猛追。當(dāng)前,國內(nèi)屬于世界高分子材料生產(chǎn)和消費大國之一。合成高分子材料當(dāng)中國內(nèi)對于國際影響體現(xiàn)在稀土催化以及三元鎳系順丁橡膠合成順丁橡膠,漆酚酞耐腐蝕涂料聯(lián)合天然大漆相關(guān)研究,反式聚異戊二烯橡膠聯(lián)合杜仲橡膠相關(guān)研究,異戊橡膠相關(guān)研究等。
高分子材料性能和大分子鏈結(jié)構(gòu)以及化學(xué)之間存在依賴性,同時在材料形態(tài)方面也存在依賴。聚合物形態(tài)分別包含取向以及結(jié)晶等,而共連續(xù)相、片、球以及棒等屬于多相聚合物形態(tài)。聚合物制品形態(tài)則是經(jīng)進行加工期間相對復(fù)雜外力場聯(lián)合溫度場等原位產(chǎn)生[3]。
以往常規(guī)高分子生產(chǎn)期間,材料制備以及加工存在不同工作流程,前者借助化學(xué)流程:單體—催化劑—輔助劑經(jīng)合成反應(yīng)器或是反應(yīng)釜產(chǎn)生聚合物。反應(yīng)過程時間最短為幾小時,最長為數(shù)十小時左右,其中需要特殊條件(包括真空、高壓或者是高溫)完成。反應(yīng)完成以后實施其他處理工序,分離—提純—脫揮—造粒等。在制備時需耗費大量能量,延長流程時限,對環(huán)境造成較污染,加大成本耗費,合成聚合物經(jīng)過加工成型從而獲取最終制品。通常選擇成型工藝為擠塑、注塑、吹塑或者是壓延等,需大量投入過多至今。并且,在進行加工期間需二次熔融聚合物,加大能耗。
加工主要是促使材料合成以及加工成型合二為一,予以常規(guī)加工設(shè)備擁有合成反應(yīng)器功效,在擠出機加料口內(nèi)適當(dāng)添加化學(xué)改性聚合物,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后或是化學(xué)改性產(chǎn)生新型聚合物。并且,將口模安置擠出機頭,可獲取對應(yīng)制品。反應(yīng)加工存在短周期、無需溶劑回收、環(huán)境污染小、無需分離提純以及生產(chǎn)連續(xù)、節(jié)約能源和資源等優(yōu)勢。
高分子反應(yīng)加工可劃分為反應(yīng)注射成型以及反應(yīng)擠出兩部分,近年來大量研究報道將注意力放置反應(yīng)擠出。材料反應(yīng)擠出表現(xiàn)為促使反應(yīng)單體、對話和核反應(yīng)助劑引入螺桿擠出機,經(jīng)過不間斷擠出形成聚合反應(yīng)并產(chǎn)生聚合物;同時,把單一或數(shù)種聚合物全部引入螺桿擠出機當(dāng)中,并添加反應(yīng)助劑、催化劑或者是反應(yīng)單體,經(jīng)不間斷擠出形成聚合反應(yīng)并產(chǎn)生聚合物,亦或者是讓其出現(xiàn)不同反應(yīng),如酯交換等,從而發(fā)生化學(xué)改變,產(chǎn)生新型聚合物。
反應(yīng)加工期間包含化學(xué)反應(yīng)存在不同反應(yīng)類型,包括加聚、(負或正)離子引發(fā)聚合、縮聚以及自由基引發(fā)聚合等,和常規(guī)反應(yīng)(常規(guī)耗時為數(shù)十小時)進行對比,短則幾分鐘,長則幾十分鐘等。
對于高分子材料合成以及制備而言,需多個化工單元操作組合而成,而反應(yīng)加工將大量單元操作合二為一,相關(guān)能量平衡以及能量傳遞,物料平衡問題或者是運輸問題等,和常規(guī)單一化工單元操作之間存在顯著差異。在反應(yīng)加工期間會出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng),并且主要以放熱反應(yīng)為主,常規(guī)聚合階段主要借助緩慢反應(yīng)以及溶劑等對傳遞問題或者是傳熱問題進行解決[3]。但是,聚合反應(yīng)加工期間,在短時間內(nèi)(數(shù)分鐘),物料溫度最低為400 ℃,最高溫度高至800 ℃,若未能及時脫除形成熱,物料經(jīng)產(chǎn)生碳化或者是講解。常規(guī)加工經(jīng)設(shè)備加熱聚合物,而反應(yīng)階段需在短時間內(nèi)促使聚合物產(chǎn)生熱量并被相關(guān)設(shè)備去除,所以需要從工程熱物理學(xué)聯(lián)合化學(xué)工程學(xué)著手分析。
材料凝聚態(tài)形態(tài)結(jié)構(gòu)、分值結(jié)構(gòu)以及化學(xué)結(jié)構(gòu)和加工性能、熱性能以及物理機械性能等存在密切聯(lián)系,同時加工工藝和材料形態(tài)結(jié)構(gòu)之間密不可分。
流變學(xué)主要是為了研究物體變形或者是物體流動科學(xué),高分子材料流變學(xué)主要為成型加工制備基礎(chǔ)理論。隨著高分子材料經(jīng)化學(xué)反應(yīng)流變學(xué)性質(zhì)開始有用自身特征以及規(guī)律等,其中存在問題對于反應(yīng)加工流程正常開展以及加工成制品予以有效參考依據(jù)。
國外在20 世紀(jì)60 年代直至今日對于有效控制聚合物加工形態(tài)持續(xù)關(guān)注,70 年代主要重視加工期間形態(tài)變化,80 年代則主要研究單一聚合物特殊加工條件后形態(tài)規(guī)律,聚合物共混物相形態(tài)產(chǎn)生規(guī)律等,而到了90 年代則從控制其規(guī)律作為出發(fā)點,對新型加工流程內(nèi)聚合物整體情況進行探究,經(jīng)特殊形態(tài)產(chǎn)生以及新形態(tài)的出現(xiàn),從而獲取由于獨特性能單一高分子材料或者是多相高分子材料。
國內(nèi)20 世紀(jì)直至80 年代開始高度重視聚合物與相關(guān)混合物經(jīng)過加工流程當(dāng)中形態(tài)控制及發(fā)展?fàn)顟B(tài)。當(dāng)前,國內(nèi)針對高分子材料研究體現(xiàn)在控制形態(tài)問題,如不同外場(外力或者是復(fù)雜高溫)影響下聚合物產(chǎn)生規(guī)律、壓力、結(jié)構(gòu)變化以及溫度等聚集態(tài)結(jié)構(gòu)主要特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在不同新型高分子材料當(dāng)中,有用一定經(jīng)濟效益。
當(dāng)前存在高分子材料內(nèi)具有一定韌性及強度,甚至與鋼鐵對比明顯超出,然而站立于理論角度分析,還具有更多可能性。與此同時,當(dāng)前為了滿足更多領(lǐng)域的使用需求,線組合提升耐老化、耐磨性以及耐高溫等性能對于高分子材料未來發(fā)展意義重大。想要促使性能顯著提升,則需要對復(fù)合、共混以及工藝等進行改善。
高分子材料特定作用能力被稱之為高功能化,換言之特定功能是因為高分子中分子結(jié)構(gòu)、基團、基團及結(jié)構(gòu)等互相作用之下形成結(jié)果,以上高分子材料又命名為功能高分子。如高分子催化劑、光致抗蝕材料、高吸水性材料以及高分子分離膜等,均為功能化相關(guān)研究導(dǎo)向。
在高分子材料當(dāng)中生物化發(fā)展較快,不同醫(yī)用高分子當(dāng)中均歸屬于該范疇當(dāng)中。還有部分報道指出,除了人類腦中大腦總量為1.5kg,其他器官均能通過高分子材料替換。與此同時,高分子內(nèi)包含胰島素、細胞以及蛋白質(zhì)等。生物化于是成為高分子科學(xué)的一個最主要發(fā)展方向,如合成或模擬天然高分子,使之具有類似的生物活性,代替天然的組織或器官。
針對高分子材料主要成型方式、控制方式等進行深入探究,結(jié)果表明,高分子材料自身獨特優(yōu)勢使其能夠穩(wěn)定扎根在社會當(dāng)中,擁有不可替代價值作用。相關(guān)研究者站立于客觀角度進行分析,結(jié)合實際所需充分展現(xiàn)自我優(yōu)勢,擬定出與實際相符控制方案以及成型方案。