材料加工新技术-高分子材料成型加工课程大作业学生姓名：学生学号：专业方向：研究生导师：完成时间：2015年12月2日高分子材料成型加工的发展趋势前言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。

从以下三个方面说明:1 材料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。

所以现在高分子制品正朝着高性能、高精度、高效率、低成本的方向发展，随之而来的是对注塑成型方法和工艺设备提出“精密、高效、节能”的迫切要求。

1.1精密上：挤出成型和注射成型是两种最主要的塑料加工成型方法。

其中挤出成型主要用于连续加工具有相同截面形状和尺寸的塑料制品，生产率高，投资少见效快。

但与注射成型相比，其加工制品精度低的缺陷大大限制了挤出成型的应用范围。

挤出制品的精密化是挤出成型未来发展的重要方向，精密挤出一方面可以拓宽挤出制品的应用领域，更重要的是精密挤出大大减少了树脂的浪费，降低了生产成本。

[3]但是目前精密加工所能达到的加工精度距加工的极限还有相当的距离。

国外有人声称已开发了以原子级去除单位的加工方法，但目前还未在实际生产中得到应用。

为了促进精密加工技术的发展，可以在下面几个方面来研究精密加工：(1)基于新原理的加工方法努力开发加工单位极小的精密加工方法，必须在加工机理的本身就使其误差分散在1nm以下的水平。

目前加工单位比较小的加工方法主要有弹性破坏加工、化学加工、离子束加工、电子束加工、等离子体加工等。

(2)开发精密的机械机构不论是加工装置还是测量装置，都需要精密的机械机构，包括导轨、进给机构及轴承等，超精密空气静压导轨是目前最好的导轨，其直线度可达(0.1-0.2)um/250mm,通过补偿技术还可以进一步提高直线度，但是它没有液体静压导轨的刚性大。

同时，由于空气静压导轨的气膜厚度只有10um左右，所以在使用过程中，要注意防尘。

另外，在导轨的设计中，还可以用多根导轨并联来均化气膜的误差.(3)开发高精度的测试系统在目前的超精密加工领域中，对加工精度的测量主要有两种方法；激光检测和光栅检测.(4)开发适用于精密加工并能获得高精度、高表面质量的新型材料例如最近开发超微粉烧结金属、非结晶金属、超微粉陶瓷、非结晶半导体陶瓷、复合高分子材料等。

只要在上述的一个方面取得发展或突破，必将导致精密加工技术的高速发展。

1.2高效与节能上：改善加工工艺，缩短成型加工流程。

例如塑料激光烧结成型技术【1】：激光烧结成型技术是使用CAD辅助技术对塑料进行加工处理。

可以有效的节约生产模具方面的成本结算。

比注塑技术更加环保节能, 对于零部件的生产方面有更加出色的表现,是一种极具发展潜力的塑料成型技术。

例如动态挤出成型：聚合物动态挤出方法是通过螺杆的轴向振动最早将振动引入到聚合物塑化挤出全过程的动态成型方法。

振动力场的已入使物料热机械历程缩短30%。

加工温度降低20℃以上，加工能耗降低30%以上.还有动态注射成型：动态注射成型是脉动压力诱导注射成型的方法，振动力场被引入到塑化、注射冲模及持压全程，使冲模压力可减小到20%以上，加工温度降低20℃以上。

2 设备随着高分子制品的发展，对加工设备提出了更多要求，成型加工设备趋于微型化，巨型化和节能化发展。

2.1微型化【2】：随着科学技术的进步，产品不断向微型化方向发展，产生了新世纪产业需求的微机电系统(MEMS)技术。

微机电一直是这几年备受瞩目的研究方向，在光通讯、3C、生化等产业的快速进步中已可看出，产品体积持续小型化、轻量化、功能更多样化，加上IC的制程纳米化技术的纯熟，微细化零组件的生产制程将有急迫性的需求。

对微制造技术的运用预期年增长速度是20%。

微注塑产品的应用（1）在微驱动器、微传感器、微机器人及微型卫星等微器件（2）微机械制件：电动齿轮控制器、多纤维柱塞、微垫圈、辊子、微热交换器、微齿轮和齿轮机架、注模相互连接设备、电子零件、表芯、微机电组件、微模片泵、液体分离器等等。

微小化可以为我们带来很多的利益如：提高制品的附加值；提高原料的利用率；提高制品的精度；缩短周期、提高生产率；易实现大批量低成本生产；扩展塑料制品应用领域等。

（3）微型光学制件如光学透镜、光学纤维元件等、DVD塑料基层、导光板。

（4）微执行器如微开关等。

（5）医疗用微导管、微浓度测量仪、生物芯片、微混合器、小型药用过滤器、人造器官等。

微小化带来的利益：（1）提高制品的附加值；（2）提高原料的利用率；（3）提高制品的精度；（4）缩短周期、提高生产率；（5）易实现大批量低成本生产；（6）扩展塑料制品应用领域。

2.2巨型化：随着社会工业的不断发展，各行业对高分子材料的要求越来越高，尺寸也趋于两极化，即微型化和巨型化，如全塑汽车，大型透明塑料制品都需要高分子成型设备的巨型化发展，同时，设备的巨型化带来的不仅仅是用途上的便捷，更能使原料的利用率大大提高。

2.3节能化：随着全球能源问题越来越严重和能源花费越来越高，高分子成型设备节能问题迫在眉睫。

注塑机在高分子成型设备中占很大比例，所以高端注塑机必定具有高端的节能技术，高端的节能技术是高端的注射成型不可缺少的技术。

对节能技术的分析研究，有助于注塑机的科技进步及高端注塑机的开发。

注塑机能耗的本质，就是动力系统输出的能量，加工一个同样的制品，输出的能量少即节能。

注塑机的成型能耗性能主要反映在制品成型所需的注射能耗、塑化能耗及锁模能耗上，一台注塑机能够在低注射塑化及低锁模能耗成型出制品，显然这台注塑机节能。

注塑机的能耗性能具体主要反映在动力驱动系统的结构形式及能量转换效率，以及驱动机构的结构形式上。

注塑机的节能技术，实际上主要包涵三个方面：一是节能注射成型技术；二是节能的执行机构；三是节能的动力驱动系统。

机构、电气控制及动力驱动系统是为注射成型技术服务的，节能技术围绕着注射成型展开，随着注射成型技术的发展而进步，同时又促进注射成型的科技进步。

主要节能技术：（1）创新节能注射成型技术带动节能注塑机的创新：开发低压高速注射成型节能技术；微发泡节能注射成型技术；群腔热流道节能注射成型；振动成型节能技术；介质辅助节能技术；（2）节能执行机构：肘杆合模机构节能；卡式节能合模机构；节能无拉杆合模机构；节材节能两模板合模机构；模板强度的计算机辅助设计；螺杆的节能；塑化传动机构的节能；节能运动结构；3 工艺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，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。

下面是高分子材料成型加工技术的主要发展趋势3.1聚合物动态反应加工技术：聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。

国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机作为反应器所存在的问题。

国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。

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是缩聚反应器的反应挤出设备，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。

目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题。

另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。

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。

该技术首先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。

新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。

3.2热塑性弹性体动态全硫化制备技术这种技术在控制硫化反应加工方面具有显著优势，能够通过振动立场原理完成混炼挤出的加工全过程，实现橡胶在混炼过程中的动态全硫化。

这类技术的出现解决了共混物在共混加工过程中的反转问题。

要提高我国的热塑性动态硫化橡胶技术水平，就要积极研究并开发出属于我国自己的热塑性弹性体动态硫化技术和设备。

3.3信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术：这门技术的优点就在于其能耗小和储运过程不易收到污染以及成型前的处理简单等，并将光盘级PC树脂生产和中间储运以及光盘盘基成型三个过程进行了统一，把节能降耗和绿色环保以及控制产品质量作目标，研究开发出了结合已成型动态反应技术的新型连续化精密光盘注射成型设备。

3.4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），在设计好的连续加工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。

3.5微孔发泡注塑技术:微孔发泡塑料注塑的原理和步骤与微孔发泡塑料挤出的相似。

与不发泡的注塑相比，微孔塑料注塑的注射压力可降低4 8% ，锁模力降低高达80%，一般为30%[10]，并可以省去保压阶段，这可明显延长模具的使用寿命；由于在模具内气泡的生成和长大是一个吸热过程，所以成型周期要短，可提高生产率。

与不发泡注塑制品相比，微孔注塑制品具有高的尺寸精度和低的翘曲，可以有效地避免由于充模不足引起的凹陷。

因此，微孔发泡注塑可大大拓宽微孔塑料的应用领域，可用于汽车、航空、包装以及其他表观性能要求高的领域。

然而，不管是在设备的改进还是在工艺参数的优化上，微孔发泡注塑都还有很多技术难题需要解决。

3.5气体辅助注塑:Hobsons 早在1928年就获得了气体辅助注塑（GAIM）的专利，之后Ferromatik、Battenfeld、Krauss Maffei、Cinpress、Maximator、GAIN 技术等公司对G A IM 技术进行了不断的开发和完善。

G A IM 技术比普通注塑多一个气体注入阶段，由气体推动塑料熔体充满模具型腔。