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高分子材料成型加工

高分子材料是一种常见的材料，它具有特殊的物理化学性质和加工性能。高分子材料成型加工是制造各种高分子工艺品的重要方法。本文将对高分子材料成型加工进行详细介绍，包括高分子材料的特性、成型加工的基本原理、常见加工方法及其优缺点等内容，以帮助读者更好地了解高分子材料的加工工艺。

一、高分子材料的特性

高分子材料有许多独特的物理化学性质，如高分子链的柔韧性、高分子分子量和形态分布范围极广、高分子间的相互吸引力等。这些特性使得高分子材料在吸附、润湿、变形、热力学等方面表现出明显的不同于其它材料的性质。

1、高分子链的柔韧性

高分子链的柔韧性是高分子材料特有的性质。由于高分子材料的聚合物链中有大量的非共价键（即烷基、芳基、羟基等）和共价键（即酰胺、脲、酯、碳氢等），高分子聚合物链的结构是多种多样的，因此高分子链之间的柔性和亲和力变化会引起材料性能的改变。此外，高分子材料中还大多含有有机溶剂、添加剂等成份，这些成份会影响高分子材料的物理化学性质。

2、高分子分子量和形态分布范围极广

高分子聚合物的分子量可以从数千到数百万Dalton，分子量和形态范围极广，不同分子量的高分子材料的性质也不同，在制造高分子材料成型品时需要选择合适的高分子材料。

3、高分子之间的相互吸引力

高分子之间的相互吸引力主要是范德华力和静电力。由于高分子材料表面通常具有极复杂的结构，这些相互吸引力很难衡量。但高分子材料中吸附和润湿液体等现象是高分子之间相互作用的表现，因此这些相互作用将影响高分子材料的工艺性能。

二、高分子材料成型加工的基本原理

高分子材料成型加工是将高分子材料加工成想要的形状的过程，高分子材料成型加工的基本原理是通过力、温、压等手段改变高分子材料的形状、状态、流动性质等。

1、力的作用

力的作用是改变高分子材料的形状，例如拉伸、切割、挤出、压制等过程。通过力的作用可以使高分子材料的分子链拉伸、扭曲、断裂等变形过程。

2、温度的作用

温度对高分子材料的形态和流动性质有很大的影响。采用热加工方法时，高分子材料的熔化温度和热膨胀系数是两个关键的参数。熔化温度是材料熔化的温度，热膨胀系数是材料膨胀和收缩的能力，两者在材料的加工和应用过程中具有重要的意义。

3、压力的作用

压力的作用主要是通过压实高分子材料以改变其形态。压力的大小直接决定了材料的密度和微观结构，因此在成型加工过程中压力的发挥至关重要。

三、常见高分子材料成型加工方法及其优缺点

1、注塑成型

注塑成型是一种常用的高分子材料成型方法，它是将高分子原料通过塑料化、注射、冷却成型等过程，将高分子材料成型为具有一定形状和尺寸的制品。

注塑成型方法优点在于可以生产出大批量的一次性精密高分子制品，所需的材料成本也较低。此外，还能生产出大批量、形状复杂的高分子制品，具有生产效率高、生产周期短等优势。但缺点是制品的尺寸较难掌控，生产效率较低，而且注塑成型过程中需要使用有害的气体，对环境和人体健康有一定影响。

2、挤出成型

挤出成型是指通过螺杆挤出、尺寸冷却、切断成型等过程将高分子材料成型为具有一定形状和尺寸的制品。

挤出成型方法优点在于制品的尺寸比较稳定，生产效率也较高。此外，挤出成型能够生产出体积较大且结构较复杂的高分子制品，而且成本较低。但缺点是制品的尺寸和结构比较难控制，而且挤出成型设备体积较大，对厂房环境造成一定压力。

3、薄膜吹塑成型

薄膜吹塑成型是将高分子材料挤出成薄膜，然后将薄膜通过气流吹塑成具有一定形状和尺寸的制品。

薄膜吹塑成型方法优点在于制品具有良好的透明性，质量稳定，并且可以制作出空心、中空等产品。此外，制品成本较低，生产效率较高。但缺点是制品的密度较低，强度受限，而且生产成本较高。

4、旋转成型

旋转成型是将高分子材料放入设备中，经过一定的旋转和设备操作，材料被均匀涂覆在模具内部，形成具有一定形状和尺寸的制品。

旋转成型方法优点在于制品成本较低，制品尺寸和结构稳定，同时表面光滑度也较高。此外，制品尺寸和形状比较灵活，适用范围广。但缺点是生产效率不高，且设备臃肿、耗能较大。

四、高分子材料断裂机理及其防治

在高分子材料成型加工过程中，材料的断裂是一个常见的问题，如果掌握了高分子材料的断裂机理，就可以有针对性地选择加工方式和生产工艺，预防和控制材料的断裂。

1、机械断裂

机械断裂是因为高分子材料的分子链受到机械拉伸、挤压、粉碎等作用而导致材料变形和断裂。

2、热断裂

热断裂是因为高分子材料长时间处于高温状态而导致材料硬度下降、韧性减小、断裂面积增大等现象。

3、化学断裂

化学断裂是因为环境中存在的化学物质与高分子材料发生反应，导致高分子材料发生断裂。

防治高分子材料断裂的方法与材料的成型加工方法和生产工艺密切相关。例如，可以通过选择合适的高分子材料、掌握好材料的加工工艺、提高