材料与生活论文

“没有金刚钻，别揽瓷器活”。这个谚语强调了工具的重要性。其实，这句话里还有另一层意思，那就是材料的重要性。“新材料”的发现和使用伴随着人类的文明进程。陶器作为第一种人造材料结束了人类的石器时代，使人类从蒙昧时代进入野蛮时代。在这个“野蛮”时代，人类发明了青铜。青铜制造的农具促进了农业发展，而青铜制造的兵器把人类带进了冷兵器时代。铁器的发明又把人类文明向前推进。至今，钢铁产量仍是衡量一个国家工业化水平和国防实力的标志之一。材料还深刻地影响着人类的生产生活方式。从无机材料到有机材料，人类文明又有一次大的飞跃。橡胶、塑料、纤维三大合成材料的不断创新与发展，使人类对皮革、木材、棉花和丝绸等自然材料的依赖性大大降低。在一些领域里，三大合成材料部分或大部分替代了金属、木材、石材等。铝及合金的使用，使航空航天业得到空前发展，反过来又带动了材料科学的发展。硅等半导体材料为信息化提供了有力支撑，人类传递、储存信息的方式日新月异。科学家利用超材料正将“隐身衣”变为现实。超材料产品还可以加速信息传输和降低能耗、大幅度提高太阳能的利用效率，等等。而纳米科技和纳米器件的发展，可能从根本上改变人类的社会生活和生产方式。材料科学每前进一小步，人类文明就前进一大步。在人类的历史长河中，新材料不断创造着人类新的生活。如果我们用新材料的涌现，以及从新材料及其技术对推动人类社会发展的作用来描述人类的历史，那么，自古至今，人类已经经历了它的旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代、钢铁时代、高分子材料时代、复合材料时代等等，现代人类更是进人到了一个以高性能材料为代表的多种材料并存的时代。可以说，新材料的使用不仅仅使生产力获得极大的解放，从而极大地推动了人类社会的进步，而且在人类文明进程中具有里程碑的意义。那么何为“新材料”？显然，它包含着这样两个层面的含义，一是对传统材料的再开发，使其在性能上获得重大突破的材料；二是采用新工艺和新技术合成，开发出具有各种新的和特殊功能的材料。由此可以看出，新材料与新工艺、新技术有着密切的关系。一方面，新工艺与新技术的使用不断地扩展了人类的技术手段，从而使人类更加充分地开发传统材料中的各种新的性能或功能，更重要的是，通过新的合成工艺与技术，使人类获得种类更多、性能更佳的材料，如纳米材料、多相材料。另一方面，诸多具有特殊性能材料的涌现，推动了高新技术的快速发展。这一点，在现代社会表现得尤为突出。可以说，新材料已经成为高新技术的基础与先导。在现代社会，新材料以及新材料中的高新技术正在为人类展开一个新世界的画卷。人类使用各种材料创造新的生活，建构新的世界。新的材料也正在为人类文明握供新的行为理念，建立起人类扩展自身生存与发展空间的信心。它的现代发展使一种材料从单一功能向多种功能发展，而且，它使得人类超越自然界，实现了根据材料来设计产品，根据产品的需要，通过新的组成、结构和工艺设计来实现其所需功能的概念，也就是说，它的功能要求正在向着迎合人类在各个领域的需要而发展。由此，可以说，它己经成为人类从“自然王国”走向“自由王国”的动力源泉。20世纪60年代以来，随着材料工程技术的迅猛发展，材料已经不仅在种类上得到拓展，而且在包括光、声、电、磁、力、超导、高塑，以及超强、超硬、耐高温等机能与性能上获得极大的扩展与深度发掘。此类新材料的出现，推动了高技术产品的智能化与微型化，从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文化价值。与材料及材料技术相比较，能源对于人类生活的影响具有某些共同的特点。自古以来，人类就生活在一个能源的世界里。大自然所捉供的诸如太阳、雷电、水与火等能源曾毫不吝惜地为人类创造了生存的环境，成为人类生存的前提条件。而钻木取火技术则表明了人类开始具有了掌握和控制能源的能力，从而也开启了人类文明的进程。人类传颂着关于火的美丽故事，它显示着人类掌握、控制和利用大自然的信心。依靠着这种信心，人类开始走上征服自然和改造自然的征程。人类通过水利工程扩展水力资源的使用空间与能力，使其造福于人类；通过对各种石化燃料的开发与利用，开创人类新的生活，推进人类的生产能力和社会进步；通过对电能的开发与利用，推进了人类社会的现代化进程。20世纪60年代以来，随着人类对其生存环境的认识不断深入和能源开发技术的发展，人类更是将能源的开发利用的概念转向那些清洁燃料与可再生能源。开发利用清洁的和可再生的能源成为21世纪许多国家的能源战略。与新材料的开发利用相同，新能源的开发利用与新工艺、新技术的发展水平同样具有相互不可或缺的关系。一方面，新工艺与新技术不断丰富和增强着人类开发利用新能源的技术手段与能力，它不仅为人类获得更加丰富的能源，而且为人类实现可持续发展的“"绿色”生活理念提供了可能的机会。另一方面，新能源的开发利用，无疑将为工业技术的可持续发展提供有力的支持，从而成为社会发展与人类文明的推动力量。从某种意义上来说，人类正生活在一个材料与能源构建的世界里。新材料与新能源，以及新材料与新能源中的高新技术的发展，正在极大地丰富着人类的物质与精神生活。在这个世界中，新材料与新能源的价值体现，显然不仅仅是诸多新的产品的涌现，更重要的是，它们广泛渗透于人类的生活，影响着人类的生存质量；它们奠定了工业经济与技术的物质基础，成为一个国家经济实力的标志；它们影响着世界的政治格局，成为保障国家安全，减少社会风险的重要因素；它们推进人类对于自然的新认识，拓展人类的生存能力与发展空间，打造人类对于这个世界新的概念与价值观念。正是在这个意义上，我们可以说，材料与能源是人类文明的奠基石。

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浅析高分子材料成型加工技术

摘要：近些年来，国防尖端工业和航空工业等特殊领域的发展对高分子材料成型的加工技术要求更高，更精细。在此背景下，理清高分子材料加工技术的发展现状与发展趋势，探讨高分子材料的加工成型的 方法 ，对促进我国高新技术及产业的发展具有重要的意义。

关键词：高分子材料加工方法成型技术

一、前言

近些年来，国防尖端工业和航空工业等特殊领域的发展要求更高性能的聚合物材料，开发研制满足特定要求的高聚合物迫在眉睫[1]。在此背景下，理清高分子材料加工技术的发展现状与发展趋势，探讨高分子材料的加工成型的方法，对促进我国高新技术及产业的发展具有重要的意义。

二、高分子材料成型成型加工技术的相关定义

1.高分子材料

高分子材料是指由相对分子质量较高的化合物为基础构成的材料，其一般基本成分是聚合物或以含有聚合物的性质为主要性能特征的材料;主要是橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料。高分子材料独特的结构和易改性与易加工特点，使它具有其他材料不可取代与不可比拟的优异性能，从而广泛运用到科学技术、国防建设和国民经济等领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用等各方面不可缺少的材料。

2.高分子材料成型加工技术

在高分子工业的生产中分为高分子材料的制备与加工成型两个过程。高分子材料的成型加工技术就是运用各种加工方法对高分子材料赋予形状，使其成为具有使用价值的各种制品。高分子材料加工主要目的是高性能、高生产率、快捷交货和低成本;向小尺寸、轻质与薄壁方向发展是高分子材料成型技术制品方面的目标;成型加工方向是全回收、零排放、低能耗，从大规模向较短研发周期的多品种转变。判断高分子材料的成型加工技术的质量因素是加工后制品的外观性、尺寸精度、技能性中的耐化学性、耐热性等等。

三、高分子材料成型加工技术的方法

高分子材料的的成型方法有挤出成型、吹塑成型、注塑成型、压延成型、激光成型等。以下介绍的是现今高分子材料成型加工的主要技术方法。

1.挤出成型技术

挤出成型技术是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。它的具体原理是高分子原材料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时被压实;在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用，料温升高开始熔融，压缩段结束;均化段使物料均匀，定温、定量、定压挤出熔体，到机头后成型，经定型得到制品。挤出成型又有共挤出技术、挤出注射组合技术、成型技术、反应挤出工艺与固态挤出工艺等。

2.注塑成型技术

注射成型技术是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一，可用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制件[2]。注射成型技术根据组合材料的特征，又有以组合惰性气体为特征的气体辅助注射成型，以组合组成化学反应过程为特征的反应注射成型，以组合混合混配为特征的直接注射成型，以组合不同材料为特征的夹心成型等多种方法。

3.吹塑成型技术

吹塑技术一种发展迅速的塑料加工方法。热塑性树脂经挤出或注射成型得到的管状塑料型坯，趁热或加热到软化状态，置于对开模中，闭模后立即在型坯内通入压缩空气，使塑料型坯吹胀而紧贴在模具内壁上，经冷却脱模，即得到各种中空制品。根据型坯制作方法，吹塑可分为挤出吹塑和注射吹塑，新发展起来的有拉伸吹塑和多层吹塑。

四、高分子材料成型加工技术的发展新趋势

目前，高分子加工成型技术正在快速地进步，它的发展总方向是高度集成化、高度产量、高度精密化，不断实现对加工制品材料的聚集态、组织形态与相形态等的控制，最大程度地达到制品高性能的目的。具体的创新技术之处主要体现在以下几项新技术上。

1.聚合物动态反应加工技术

聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的[3]。这项技术解决振动力场下聚合反应加工过程中质量、动量和能量传递与平衡的难点，从技术上解决了设备结构集化的问题。

2.热塑性弹性体动态全硫化制备技术

这项技术引入振动立场到混炼挤出的全过程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化，控制硫化反直的进程，防止共混加工过程共混物相态发生发转。此技术非常有意义，研制发明出新的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，能有效地提高我国TPV技术的水平。

3.信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术

此技术是将盘级PC树脂生产、中间储运与光盘盘基成型三个过程融合为一体，联系动态连续反应成型技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到有效提高产品质量、节约能源，降低消耗的目的。该技术避免了传统方式中间环节多、能耗大、周期时间长、成型前处理复杂、储运过程易受污染等缺陷。

五、结语

综上所述，我国在新时期要把握高分子成型加工技术的前沿，注重培育自主的知识产权，努力打破国外技术的垄断，实现科学技术研究与产业界的良好结合的目的。这能有效地将科学研究成果转化为实际的生产力，有效地加快我国高分子材料成型加工技术及其相关产业的快速发展。

参考文献

[1] 王云飞;孙伟.浅谈高分子材料成型加工技术[J].城市建设理论研究，2012,(11): 32.

[2] 甄延波.高分子材料成型加工技术的进展[J].化工中间体，2012,(09): 25.

[3]黄贵禹.浅析高分子材料成型加工技术[J].东方 企业 文化 ，2011,(16): 97.

浅析高分子材料成型

摘要：我国的高分子材料成型技术在工业上取得了飞速的发展，本文主要阐述了高分子材料成型的原理以及高分子材料成型的加工技术。

关键词：高分子材料;成型;技术

一、前言

高分子材料是指以高分子化合物为基体组分的材料。高分子材料按来源可分为天然高分子材料、合成高分子材料;按化学组成分类可分为有机高分子材料、无机高分子材料;按性能可分为通用高分子材料、新型高分子材料。高分子材料比传统材料发展迅速的主要原因是原料丰富、制造方便、加工容易、品种繁多、形态多样、性能优异以及在生产和应用领域中所需的投资低，经济效益比较显著。高分子反应加工分为反应挤出和反应注射成型两个部分，目前我国普遍采用的设备包括螺杆挤出机和螺杆注射机。现阶段，我国的高分子材料成型也取得了较好的成绩。

二、高分子材料成型的原理

高分子材料的合成和制备一般都是由几个化工单元操作组成的，高分子反应加工把多个单元操作熔为一体，有关能量的传递和平衡，物料的输运和平衡问题，与一般单个化工单元操作完全不同。传统聚合过程解决传热和传质问题主要是利用溶剂和缓慢反应来进行的，但是在聚合反应加工过程中，物料的温度在数分钟内就能达到400℃~800℃，此时对于反应过程中产生的热，如果不能进行脱除的话，那么降解和炭化将会发生在物料中。传统的加工过程是通过设备给聚合物加热，而需要快速将聚合生成的热量通过设备移去是聚合反应加工所进行的，由此可见，必须从化学和热物理两个方面开展相应的基础研究。

高分子材料的物理机械性能、热性能、加工性能等均取决于其化学结构、分子结构和凝聚态的形态结构，而加工工艺与高分子材料的形态结构关系是非常密切的。

流变学，指从应力、应变、温度和时间等方面来研究物质变形和(或)流动的物理力学。它是力学的一个新分支，它主要研究物理材料在应力、应变、温度湿度、辐射等条件下与时间因素有关的变形和流动的规律。高分子材料成型加工成制备的理论基础是高分子材料流变学。高分子材料的自身的规律和特点是伴随化学反应的高分子材料的流变性质而产生的。

三、高分子材料成型的加工技术

(一)聚合物动态反应加工技术及设备

目前国外已经研发出可以解决其他挤出机作为反应器所存在的问题，即连续反应和混炼的十螺杆挤出机。在我国高分子材料成型加工工业的发展中占有极其重要的地位，但是我国的高分子材料成型的加工技术的开发目前还处于初步阶段。缩聚反应器的反应挤出设备就是指交换法聚碳酸酯连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术，除此之外，我国每年还有数以千万吨的改性聚合物生产，反应挤出技术及设备也是其关键技术。

采用传统的加工设备存在一些问题，例如传热、化学反应过程难以控制等，另外投资费用大、噪音大等问题。无论是在反应加工原理还是设备的结构上，聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术都完全不同，将聚合物反应挤出全过程引入到电磁场引起的机械振动场，从而达到控制化学反应过程、反应制品的物理化学性能以及反应生产物的凝聚态结构的目的，这就是聚合物动态反应加工技术及设备。高分子材料成型加工是高能耗过程作业，无论是挤出、注射还是中空吹塑成型塑料原理都必须经过熔融塑化及输送这一基本和共性的过程，目前普遍采用的设备包括螺杆挤出机和螺杆注射机等。该技术使得控制聚合物单体及停留时间分布不可控的问题得到了解决，而且也使得振动立场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量以及能量传递和平衡问题得到了解决，同时也使得设备结构集成化问题得到了解决。新设备的优点很多，例如：体积重量小、适应性好、噪音低、可靠性高等等，而这些技术是传统技术和设备是比不了的。

(二)以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术

此技术的研究实现，加强了我国在该领域内的发言权。以动态反应技术为基础方向，进行深入的研究，从而产生了新的材料制备技术。我们以存储光盘盘基为基础原型，以反应成型技术直接作用于其上。通过对这些技术的研究改进，改变了传统技术中多环节、消耗大、复杂度高、周期长、而且环境污染比较严重等诸多不利因素。通过学习研究，可以把制作光盘的PC树脂原料工业、中途存放、盘基成型工业串联于一体，提高了工业生产效率、减少了资源浪费、能够完全有效的进行控制，而且产品的质量有大幅度的提高。

聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术。研究表明，对无粒子进行适当的处理，可以得到一些好的效果，比如说利用聚合物进行原位表面改性处理、原位包覆、强制分散等处理后，就可以使我们复合材料成型。

热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将混炼引入到振动力场挤出全过程，为实现混炼过程中橡胶相动态全硫化，对硫化反直进程进行控制，从而使得共混加工过程共混物相态反转问题得到了解决。实现自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备研制开发出来，促进我国TPV技术水平的提高。

四、结语

我国必须根据自身的实际情况来发展高分子材料成型加工技术及设备，把握技术前沿，不断地培育自主知识产权，从而使得我国高分子材料成型技术及其产业发展不断加快。

参考文献：

[1] 黄汉雄. 高分子材料成型加工装备及技术的进展、趋势与对策(下)[J]. 橡塑技术与装备, 2006, (06) :13-18

[2] 黄汉雄. 高分子材料成型加工装备及技术的进展、趋势与对策(上)[J]. 橡塑技术与装备, 2006, (05) :17-27

[3] 王玉东, 付鹏, 李晓光, 赵清香, 刘民英. 尼龙612等温结晶的球晶形态与生成条件[J]. 高分子材料科学与工程, 2009, (09):76-79

[4] 吴刚. 高分子材料成型加工技术的进展[J]. 广东化工, 2008, (09) :8-12