劉 鑫

（沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院,沈陽(yáng) 110167）

合成高分子材料的制造與加工在我國(guó)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)體系中占據(jù)著重要的地位。目前高分子產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)使進(jìn)行高分子材料制備和加工科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)研究，這是我國(guó)高分子行業(yè)能夠得到獨(dú)立自主發(fā)展的重要基礎(chǔ)，高分子加工產(chǎn)業(yè)作為近年來(lái)發(fā)展較為迅速的產(chǎn)業(yè)，因其學(xué)科交叉的特點(diǎn)成為了目前產(chǎn)業(yè)研究發(fā)展的趨勢(shì)，做好高分子材料反應(yīng)加工的研究，就必須在高分子材料、高分子物理、高分子化學(xué)以及工程熱物理等學(xué)科都取得一定的進(jìn)展。

1 反應(yīng)加工在高分子材料中的應(yīng)用簡(jiǎn)析

1.1 新技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)的差異

傳統(tǒng)的高分子材料加工的合成與成型需要較長(zhǎng)的工序而且工藝之間沒(méi)有什么直接的聯(lián)系，一般的聚合反應(yīng)基本需要數(shù)個(gè)小時(shí)的時(shí)間，而且對(duì)于反應(yīng)環(huán)境的要求也比較苛刻，在聚合反應(yīng)的基本反應(yīng)結(jié)束后還需要進(jìn)行分離提純以及揮發(fā)等工序，從整體來(lái)看耗費(fèi)時(shí)間與能源都比較多，而且不符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)的理念，同時(shí)也不利于成本的有效控制。再合成工序完成后需要加工工藝，其對(duì)成本的要求也比較高。

而高分子材料的反應(yīng)加工將高分子材料的加工和制備合成為一體化的工序，把傳統(tǒng)的加工設(shè)備加上反應(yīng)器的功能，從而實(shí)現(xiàn)兩種并無(wú)直接關(guān)系的工藝合二為一，在擠出機(jī)的機(jī)頭處安裝適當(dāng)?shù)目谀＞涂梢允沟孟鄳?yīng)的制品直接產(chǎn)出，高分子材料的反應(yīng)加工技術(shù)的加工周期很短，一般只有十幾分鐘，同時(shí)工序也比較簡(jiǎn)單，資源在加工的過(guò)程中也得到了節(jié)約，對(duì)于環(huán)境的污染也比較小，是高分子材料加工制造產(chǎn)業(yè)日后發(fā)展的必然方向。

1.2 高分子材料反應(yīng)加工的理論基礎(chǔ)

高分子材料的反應(yīng)加工是一門(mén)跨學(xué)科的技術(shù)，舉例來(lái)說(shuō)，在反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)方面的內(nèi)容屬于高分子化學(xué)領(lǐng)域的研究方向，在能量的傳遞以及物料輸送平衡方面屬于化學(xué)工程領(lǐng)域的內(nèi)容，反應(yīng)產(chǎn)物的形態(tài)結(jié)構(gòu)處理以及加工工藝和性能之間的關(guān)系屬于高分子物理學(xué)方面的內(nèi)容等。所以高分子材料的加工涉及到了高分子化學(xué)、化學(xué)工程、高分子物理、工程熱物理、過(guò)程控制、橡塑機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的交叉研究。

目前的高分子材料反應(yīng)和加工一般分為反應(yīng)注射成形和反應(yīng)擠出兩個(gè)反應(yīng)類(lèi)型，目前我國(guó)研究的重點(diǎn)是在反應(yīng)擠出這方面。高分子材料反應(yīng)加工的反應(yīng)擠出一般也分為兩個(gè)類(lèi)型，一是把一種或者是多種的聚合物引入螺桿擠出機(jī)，然后在擠出機(jī)的適當(dāng)部位添加反應(yīng)助劑、反應(yīng)單體以及催化劑，從而在連續(xù)擠出的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)聚合物共聚或者單體均聚或者聚合物見(jiàn)的接枝、偶聯(lián)等，從而使得新的聚合物形成。二是將催化劑、反應(yīng)助劑以及反應(yīng)單體直接加入螺桿擠出機(jī)，較為直接地發(fā)生反應(yīng)，生成新的聚合物。

2 高分子材料反應(yīng)加工遇到的問(wèn)題

2.1 高分子材料反應(yīng)加工的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

在高分子材料反應(yīng)加工中的化學(xué)反應(yīng)主要有自由基引發(fā)的聚合、正負(fù)離子引發(fā)的聚合、加聚和縮聚等，由于高分子材料反應(yīng)加工的反應(yīng)時(shí)間比較短，所以要對(duì)高分子材料反應(yīng)加工的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及反應(yīng)機(jī)理有一定的了解，弄清反應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律才能保障反應(yīng)加工的正常運(yùn)行，對(duì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題才能進(jìn)行及時(shí)的處理。

2.2 高分子材料加工的原料加工傳質(zhì)與傳熱問(wèn)題

高分子材料的加工是把傳統(tǒng)加工方式中的幾個(gè)操作單元合為一體，所以要注重物料的運(yùn)輸和平衡，以及能量傳遞中的平衡問(wèn)題，因?yàn)楦叻肿硬牧系姆磻?yīng)一般情況下為放熱反應(yīng)，在傳統(tǒng)的反應(yīng)過(guò)程中，放熱反應(yīng)是通過(guò)溶劑和緩慢反應(yīng)來(lái)進(jìn)行反應(yīng)的，但是在聚合反應(yīng)的加工工序中，物料的溫度一般情況下會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)上升到一個(gè)比較高的溫度，所以要將對(duì)于的熱量進(jìn)行及時(shí)的處理，以免造成原料的碳化或者是降解，關(guān)于它的研究要從工程熱物理學(xué)和化學(xué)工程的兩個(gè)方面出發(fā)。

2.3 高分子材料反應(yīng)加工的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)以及性能關(guān)系

高分子材料的各項(xiàng)性能都和它的化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而化學(xué)結(jié)構(gòu)又是能夠被高分子材料的加工工藝所左右的，所以反應(yīng)加工中一個(gè)重要的研究方向就是研究反應(yīng)加工過(guò)程中形態(tài)結(jié)構(gòu)的形成以及它的演變規(guī)律，掌握這個(gè)演變規(guī)律對(duì)于高分子材料的產(chǎn)出質(zhì)量控制有著很大的關(guān)系。

2.4 高分子材料反應(yīng)加工的化學(xué)流變問(wèn)題

高分子材料加工中的流變學(xué)是研究物體流動(dòng)和變形的科學(xué)，也是是高分子材料工業(yè)成型加工成制備的理論基礎(chǔ)。當(dāng)然伴隨化學(xué)反應(yīng)的高分子材料的流變性質(zhì)有其自身的規(guī)律以及特點(diǎn)。在研究反應(yīng)加工過(guò)程中，化學(xué)流變學(xué)問(wèn)題就會(huì)為反應(yīng)加工過(guò)程的正常進(jìn)行和反應(yīng)產(chǎn)物加工成制品提供重要的理論基礎(chǔ)，所以也要加強(qiáng)在這方面的研究。

3 結(jié)語(yǔ)

高分子材料反應(yīng)加工是新興的加工工藝，新型加工工藝雖然會(huì)有極大的優(yōu)勢(shì)，但是在應(yīng)用方面仍舊不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，工作人員和技術(shù)人員在認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題之后要針對(duì)在技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)癥下藥進(jìn)行解決，高分子材料反應(yīng)加工是學(xué)科交叉類(lèi)型的技術(shù)，所以要注重不同學(xué)科領(lǐng)域之間的技術(shù)研究與合作，以實(shí)現(xiàn)更好的技術(shù)更新?lián)Q代，使得高分子材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步增強(qiáng)。

[1]王峰.有機(jī)溶劑對(duì)高分子材料滲透行為研究[D].北京化工大學(xué),2013.

[2]劉力.稀土/高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].功能材料信息,2013,Z1:26-34.

[3]朱玉紅.高分子材料的反應(yīng)加工綜述[J].科技信息,2011,14:753.

[4]張國(guó)永.高分子材料改性用金紅石型納米TiO_2的制備及表征[D].浙江大學(xué),2011.