時間:2023-03-10 15:03:21
序論:速發表網結合其深厚的文秘經驗,特別為您篩選了11篇材料加工技術范文。如果您需要更多原創資料,歡迎隨時與我們的客服老師聯系,希望您能從中汲取靈感和知識!
1.前言
材料加工是一門多學科交叉的學科,它涉及的內容包括材料、物理、力學、機械、信息等,它涵蓋的內容有很多,主要包括金屬塑性成形、表面處理、粉末冶金成形等方面[1]。材料技術的發展對材料的生產和改性有巨大促進作用,從而使得材料生產效率有了較大提高,生產成本得以降低,材料使用壽命得到保證,同時,這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產業化發展有著重要意義。今天,各種新技術的發展日新月異,然而,材料加工技術仍然是無可替代的,它對國民經濟的發展起著十分重要的作用。如今,隨著科學技術的飛速發展,不斷有新的材料加工技術出現。在機械制造行業里,材料加工有著舉足輕重的地位,在制造行業中起著基礎作用。
2.材料加工技術的發展現狀
從20世紀至今,出現了許多新型材料與新材料技術,主要代表有高溫超導材料、納米材料等,造成這種現象的重要因素是飛速發展的科學技術,如電子信息技術和航空航天技術,這些技術大大促進了新型材料的研究,許多新材料技術得到了開發。
然而,仍有個重要的問題存在,新型材料的研發與材料加工技術發展并沒有達到同步,這樣大大制約了新型材料的發展與運用。比如,一種性能優越的新型材料,具備很好的實用性,但是由于沒有適宜的加工技術,導致該材料的規?;a和利用效率低下且成本較高,制約了材料的發展,使得高性能的材料沒有得到很好的運用。由此看來,發展材料加工技術的任務勢在必行。
21世紀以來,材料加工的發展將會體現出的主要特征有:
(1)實現材料加工工藝與材料性能設計的統一。要實現這個統一,將會在材料加工技術領域發生重大變革,這是進入發展加工工藝技術的標志。
(2)在生產加工過程中對材料各個方面精確控制。要做到這些,不僅需要高度發展的計算機模擬仿真技術,還需要完備的數據庫系統。
20世紀90年代,材料加工技術的革命已經開始,其中,就如今的發展情況來說,人工點陣與復合材料特別能代表此次的革命,尤其是人工多層膜材料以及各種層狀復合材料。
3.材料加工技術的展望
3.1材料加工技術總體發展趨勢
材料技術的發展對材料的生產和改性有巨大促進作用,從而使得材料生產效率有了較大提高,生產成本得以降低,材料使用壽命得到保證,并且,這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產業化發展有著重要意義[2]。隨著科學技術的飛速發展,材料加工技術快速地發展,不斷有新的材料加工技術出現。該技術的總體發展趨勢,可以總結為三點,分別是過程綜合、技術綜合、學科綜合。
(1)過程綜合。過程綜合的趨勢涵蓋了兩層意思,第一,實現材料加工工藝與材料性能設計的統一,使新型材料的研發與材料加工技術發展同步,使各個環節緊密地聯系在一起;第二,指的是材料加工技術的各個過程的統一,這也可以稱作短流程化。
(2)技術綜合。材料加工已經逐漸發展成為結合多種學科的一門科學,材料加工技術綜合了其它學科,使得材料加工得到了長足發展,如制備技術與信息技術的綜合。
(3)學科綜合。學科綜合在許多方面都有所體現,主要表現為三個方面:第一,與傳統三級學科相結合,例如與鑄造技術綜合;第二,與二級學科綜合,例如與材料物理與化學綜合,從一定意義上來看,與二級學科的綜合是由現代科學技術的發展要求造成的,要求根據使用需求對材料性能進行設計,在這一層面進行學科綜合的主要特點是,各學科間界限逐漸變得不清晰,各學科相互滲透;第三是與其他一級學科的綜合,是材料科學與工程學科以外學科的綜合[3]。
3.2金屬材料加工技術的主要發展方向
上文著重敘述了材料加工的總體發展趨勢,現在著重對金屬材料今后的主要發展方向進行論述,發展方向主要包括六個方面:
(1)縮短常規材料加工流程化,提高加工效率。今后的材料加工趨勢將打破傳統成形加工方式,使得材料加工工藝流程得以簡化縮短,有效簡化工藝環節的冗余部分,最終連續化生產,從而達到提高效率的目的。
(2)成形加工技術更加先進,對組織和材料性能進行高效精確的控制。使得傳統材料品質得到很大提升,更便于使用。對于難以加工的材料,將會大大提升其加工性能,并開發出高附加值的材料。
(3)材料設計、制備與成形加工一體化,有效簡化材料加工工藝流程,實現連續化生產,從而達到提高生產效率的目的。
(4)進行新技術研發,開發先進的制備技術與成形技術,研發新材料,例如,大塊非晶合金制備與應用技術、電磁約束成形技術等。
(5)運用計算機科學,對材料加工過程中的數值進行模擬仿真,并利用所得數據建立相應材料的數據庫,這將大大促進材料加工技術的發展。
(6)材料制備與加工的智能化,這是材料制備加工新技術中最被關注的研究方向,智能化的生產與加工可以使材料生產的可靠性以及生產效率都得以提升,并使得原材料的消耗及廢棄物的排放減少。
4.結語
從20世紀至今,出現了許多新型材料與新材料技術,如電子信息技術和航空航天技術,這些技術大大促進了新型材料的研究,許多新材料技術得到了開發,材料加工技術的過程、技術以及學科綜合得以深化。材料技術的發展對材料的生產和改性有巨大促進作用,從而使得材料生產效率有了較大提高,生產成本得以降低,材料使用壽命得到保證,并且,這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產業化發展有著重要意義。材料加工技術以其在科技中無可替代的地位,對我國國民經濟的發展起著十分重要的作用。
【參考文獻】
1.材料加工技術的發展歷史與現狀
站在人類歷史發展的角度來看材料加工技術的發展,可以說至今為止已經發生了五次革命性的變化。
大約從公元前4000年開始,人類開始逐步掌握了銅的熔鑄技術,從石器時代逐步過渡到青銅器時代,這是人類第一次對新材料的加工,這使得人類在工具使用方面從石器步入金屬。那么,人類的生產和社會生活得到了質的提高。從公元前1350~1400年開始,青銅器時代被取代,鐵器時代到來。大規模煉鐵和鍛造技術的出現促成了人類歷史上第二次材料加工技術的產生。生產工具和武器質量進一步得到提升,生產力大幅提高,人類的生活品質得到新一輪的的飛躍。公元1500年左右,合金化材料的出現吹響了第三次材料加工技術革命的號角。在20世紀初期,合成材料技術的出現與發展引領了第四次材料加工技術革命,為近現代工業快速發展以及現代文明作出了巨大的貢獻。
臨近21世紀,伴隨著電子信息、航天航空等高精尖技術的迅猛發展,新材料的研究與開發呈現百花齊放的態勢。納米材料、精細陶瓷材料和高溫超導材料等新材料與新材料技術不斷涌現。
2.材料加工技術的發展趨勢與方向
2.1材料加工技術的發展趨勢
“過程綜合、技術綜合、學科綜合”是材料加工技術總體的發展趨勢。過程綜合含義主要分為兩點,第一點指的是材料設計、制備、成形和加工一體化,各個環節關聯度高;第二點指的是綜合多個過程,即短流程化,比如噴射成形技術,半固態加工技術和連續鑄扎技術等。技術綜合是指多種學科與多種應用技術科學相結合,更多體現在計算機技術與加工技術的綜合運用,以及信息技術的綜合。學科綜合則是指傳統的三級學科之間(鑄造、塑性加工、熱處理和連接)的綜合,與材料物理、化學和材料學等二級學科綜合,與信息工程、環境工程與工程學科以外的其他一級學科的綜合。其中,材料科學與工程的其他二級學科的綜合的最大特點是,各個二級學科之間的界線越來越不明顯,學科滲透和相互依賴性越發強烈。
2.2低碳經濟環境下材料加工技術的主要發展方向
在低碳經濟的新形勢下,材料加工需要憑借思想創新、制度創新和技術創新等多種手段來減少能源的消耗以及減少溫室氣體的排放,從而使得社會經濟可持續發展。
國人一談減排二字,想到的便是可再生能源和清潔能源的使用。但實際上,減排的隱性力量源泉在于研究與開發新型材料加工技術。其中節能的建筑材料減少能耗,減少了碳排放;納米材料減少了航空航運以及汽車運輸等行業的負重,減少了高碳能源的損耗,從而達到減排的目的。當下,飛速發展的工業技術要求加工制造的產品精密化、輕量化、集成化,競爭日益激烈的市場要求產品性能高、成本低、周期短,而在低碳要求的新型環境下,材料加工被要求能耗低、污染少、走可持續發展道路。那么傳統型的材料加工制造技術已經無法滿足市場的需求,復合型、多功能且低碳型的材料成形加工技術正逐步取代單一的傳統型。材料成形加工技術逐步綜合化、多樣化、柔軟化、多學科化。
2.2.1現代材料成形加工技術
薄坯鑄軋技術。鑄造與軋制被連鑄連軋巧妙結合起來,就此一項重大的技術革新在軋鋼生產中產生,節能與生產連續化是其最大的優點。根據數據顯示,熔化每噸鋼需要消耗約2~3MW?h 的電能,鋼錠與鋼坯的加熱能量相當于每噸消耗電能400~700kW?h,軋制每噸耗電約120~140kW?h[1]。連鑄連軋技術的采用,在取消了鋼錠與鋼坯加熱的同時,還因為去除了大直徑的初軋機從而使軋制力大幅下降,使變形更加均勻。通過改良結晶技術限制,大大減少了變形量的總數,生產線也得到了大幅度的簡化。
精密鍛造技術。經過精鍛技術的工件毛坯接近成品零件的最終形狀,不需要大量加工或者不用加工即為成品,接下來的勞動剝削量少,提高效率的同時,材料與能源的損耗也被降到最低,環境污染小,是一種清潔的材料生產加工技術。伴隨著精鍛工件精度要求的提高,單一的冷、溫、熱鍛的舊工藝已經無法滿足要求,需要研究和開發復合成形的新工藝。復合精密鍛造工藝綜合冷、溫、熱鍛工藝,對其進行組合從而共同完成一個工件的精密鍛造,取長補短,這是鍛造業實現節能減排的一種先進的制造技術。
德國蒂森克虜伯公司代表了世界的領先技術,他們采用的溫鍛/冷精整成形工藝。上海鐵福傳動軸公司大批量轎車等速萬向節外星輪的生產,便是采用溫鍛/冷整形工藝,江蘇太平洋精鍛公司大批量齒輪等精鍛件的生產,也是采用相同的方法[2]。另外,可以組合精鍛和其他精密成形的工藝如精密鑄造、焊接等工藝,進而提高應用范圍與加工能力。如:采取精密輥鍛與模鍛組合工藝生產大葉片,鍛件單邊拋磨余量控制在0.3mm,所需鍛造壓力是精鍛的10%~20%,設備投資是精鍛的5%~10%,而且綜合機械性能表現良好[3]。
2.2.2材料加工技術發展方向的展望
結構件輕量化成形。結構輕量化的實現主要有兩條方法:針對材料,采用鋁鎂合金、鈦合金和復合材料等輕質材料;針對結構,采用空心變截面、變厚度薄壁殼體等結構,不但可以節約材料,減輕質量還可以保持材料的強度與剛度適當。結構件輕量化成形不僅是為了減輕產品的質量,而且在運行過程中能有顯著的節能效果。
柔性化成形。制造業的總趨勢便是柔性化,這種制造方式適合產品的多變性。這是材料加工成形技術發展的大趨勢,也是市場競爭的需求,在不久的將來會越來越受到重視。
虛擬制造技術。實現了從產品的設計、造型到加工過程的動態模擬、成形分析,從而對企業的生產模式和運作方式賦予了全新的概念。虛擬制造技術將改變過去只依賴經驗而開展材料加工的落后狀況。這標示著材料加工設計定量分析將逐步取代經驗判斷,進而產品開發周期、成本將大大降低,同時產品質量也得到了保證。
3.結語
科學技術迅速發展促進了材料加工技術的不斷進步,促進了過程綜合、技術綜合、學科綜合的進程。低碳經濟下,可持續發展是大勢所趨,而材料加工技術的可持續發展是重要一環。復合型、多功能且低碳型將逐步占領市場,材料成形加工技術將逐步綜合化、多樣化、多學科化。伴隨著人們對環保的重視,環保材料加工技術前景光明且將不斷向前發展。
【參考文獻】
《高分子材料化學基礎》是高分子材料加工技術專業一門必修的專業基礎課,是以高中(包括中專、技校、職高)化學基礎為起點,以高分子化學知識為核心內容,融入高分子化學所必要的無機化學、有機化學、物理化學知識,構建本專業基本的化學知識體系,培養本專業所需化學實驗操作基本技能,為學習后續的《塑料材料》、《高分子材料成型加工基礎》、《塑料測試技術》、《塑料混配技術》、《塑料成型技術》等課程打基礎。顯然該課程是高分子材料加工技術重要的專業基礎課。但從目前該課程的內容體系來看,學科體系明顯,內容體系仍是無機化學、有機化學、物理化學及高分子化學知識體系的機械組合,其結果是課程內容多而雜,理論深而澀,給該課程的教學帶來困難而且教學效果欠佳,可以認為目前該課程體系無法適應高職教育的要求,所以很有必要對該門課程的內容進行改革。
一、課程教學內容改革的依據
本門課程教學內容改革的依據主要考慮如下三點:第一是考慮高分子材料加工技術畢業生主要就業崗位對化學知識、技能及態度的需要,保證畢業生在就業崗位上具有夠用的化學基礎知識與從事化學實驗室工作的技能;第二是考慮畢業生職業生涯發展的需要,要讓學生掌握能夠支持其進一步提高其專業水平所需的化學知識,為他們的職業發展提供后勁;第三是考慮目前高職生源的高中化學知識的掌握程度以及學習能力的實際情況。
為了掌握高分子材料加工技術專業畢業生的主要就業崗位對化學基礎知識、技能及態度的要求,我們對湖南塑料行業校企聯盟企業進行了走訪調查,調查的主要企業有湖南路路通塑業有限公司、湖南神塑科技有限公司、南車集團時代工程塑料有限公司、湖南科天新材料有限公司、湖南省塑料研究所、湖南益達塑業有限公司、株洲三鑫塑膠科技有限公司、株洲創業塑料有限公司,另外還對25家塑料加工企業通過電子郵件發送調查表進行了調查,28家外省企業進行了電話訪問調查,調查塑料加工企業達到61家。調查結果表明我校高分子材料加工技術專業畢業生就業主要有四大技術工作崗位,分別是塑料擠出技術員崗位、塑料注射技術員崗位、塑料配方技術員崗位、塑料測試技術員崗位。我們根據這四個主要技術崗位所需要的化學基礎知識進行了問卷調查,發出問卷調查表207份,回收調查表198份。《高分子材料化學基礎》教學內容需求調查表如表1所示。
從調查表中我們可以看出,《高分子材料化學基礎》七個單元的內容對我校畢業生主要就業崗位都是需要的,其中以塑料配方技術員對《高分子材料化學基礎》知識要求最高,統計需要數據達到1247次,其它三個就業的主要崗位對《高分子材料化學基礎》內容要求相關不大,均超過了1100次,就業的其它崗位對本門課程的要求相對不高,只有934次。由此我們可以得出,《高分子材料化學基礎》對本專業主要就業技術崗位來說非常重要,但對在其它崗位上就業的畢業生重要性相對降低。就各單元來說,以“碳鏈高聚物及其單體”單元最為重要,調查表中統計次數達964次,調查企業對象認為最不重要的內容是“高聚物合成”單元,只有573次,其次不重要的是“高聚物化學反應”單元,為707次,其它單元的統計次數多在800次左右,這幾個單元的內容是可以認為是很重要的。
通過本次調查,我們知道了《高分子材料化學基礎》哪些內容對畢業生就業崗位是最重要及很重要的,哪些內容相對不重要,為我們對《高分子材料化學基礎》課程教學內容的選取找到了可靠的依據。
對于教學內容的選取我們也不能完全采取實用主義的辦法,也就是說不是采用學生在企業的就業崗位用到那些知識我們就教授那些知識,高等職業教育屬于國民教育序列中的高等教育,還需要考慮學生職業生涯的發展,也就是說為學生提供能夠支撐其后續發展所必需的化學基礎知識。采取的措施是在學生高中化學知識的基礎上,將高等教育層次的化學基本的原理、理論融入各教學單元中,提高學生化學基本知識與技能,達到高分子材料加工技術專業大專層次所必需的化學基礎。
同時我們還要考慮目前高職生源的實際情況,目前高職生源一般來說對高中化學課程掌握的情況不理想,學習能力也有待提高,所以我們選取《高分子材料化學基礎》內容時也不能脫離生源基礎的實際情況,沒有必要將過深的化學理論納入教學內容,不然學生無法掌握教學內容,反而造成不利于提高教學質量的影響,如結構化學的內容、化學反應機理的動力學分析等內容不必作為《高分子材料化學基礎》的內容,以往的教學實踐也證明過深的教學內容對學生學習本門課程是不利的。容易造成學生失去學習的信心與興趣,從而從整體上影響課程教學效果。
二、教學內容的整合
如前所述,目前《高分子材料化學基礎》的內容體系是無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學等多門化學課的機械組合,每門課的教學課時在以往的教學中都在100個學時以上,即總課時在400學時以上,要在96學時的《高分子材料化學基礎》這門課教授完原來400學時以上的內容,顯然不對教學內容進行整合是不可能教授完相關內容,所以必須對高分子材料加工技術專業化學基礎的教學內容進行整合,整合的依據就有前面所述的三個考慮。在課程內容的整合過程中,必須防止以前出現的幾大化學內容簡單的機械的組合,為此要正確把握好這幾門化學基礎課中相關內容的整合和優化,按照高分子材料加工技術專業人才培養目標對知識、技能及態度的要求,科學地進行“綜合”,嚴格地把握好對相關課程內容“取”與“舍”的尺度。課程內容整合是為了改變以往按單一學科系統分別設置課程,各課程自成一體,缺乏聯系,重理論而輕實踐的現象和課程與課程間的內容重復,為此我們重新設計了《高分子材料化學基礎》的內容結構體系,課程內容體系如表3所示。
從《高分子材料化學基礎》教學內容新體系可以看出,新的內容體系打破了原來的幾大化學課程內容機械組合的學科體系,考慮課程的職業性,是根據本專業畢業生就業崗位對本門課程知識、技能及態度的需要來設計內容,沒有學科體系的影響。將無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學這四門課的內容根據職業崗位的需要進行了取舍,整合為一門課程,即《高分子材料化學基礎》。需要調整課程結構,重新優化課程內容,處理好相關內容的銜接。高分子材料化學基礎以高分子材料為主線,無機化學部分容入各教學單元中,有機化學與高分子化學知識密切結合,物理化學內容也容入相關教學單元,舍去過深理論性教學內容,教學內容結合實際,提高學生學習本門課程的興趣,從而提高教學效果。課后最后一個單元是綜合訓練,教學內容有高分子溶液的配制、常用高分子材料的鑒別及聚乙烯醇涂料的制備實驗等,這些教學內容結合生產及生活實際,很好地實現了課程教學目標,教學實踐證明,學生在學習這些內容時興趣昂然,取得了較好的教學效果。
現階段,隨著我國科學技術的快速發展,使得各個行業在材料使用過程中有了更高的要求,而高分子材料作為一種新型材料,具有較高的使用率,在各行各業中有著較高的價值[1]?;诖耍疚木蛯Ω叻肿硬牧霞庸こ尚图夹g的原理進行探究,并闡述高分子材料加工成型技術的類型,以期提高高分子材料的使用效率。
1高分子材料成型的原理分析
高分子材料,又稱之為聚合物材料,主要是由高分子化合物和其他添加劑組成的一種新型材料,具有運輸方便、能量傳遞高等眾多優點,所以在各行各業中被廣泛使用[2]。一般情況下,高分子材料的制作過程是由多種化工單元組成的,包含多個化工單元,只有各個化工單元操作流程規范,才可以將高分子材料加工而成。高分子材料在加工過程最重要的一個環節就是聚合過程,此過程中經常會面臨傳熱和傳質兩部分,且具有升溫速度快、反應速度強等特點,所以相關人員在聚合反應過程中就要對高分子材料進行降解和碳化工作,保證高分子材料的順利成型,并將聚合反應中多余的熱量全部除去,從而實現高分子材料成型。
2高分子材料加工成型技術的主要類型分析
2.1高分子材料吹塑成型技術分析
高分子材料吹塑成型技術主要是指:相關人員將原本的熱熔型制品在氣體壓力作用下,加工成為具有中空形狀的產品,是我國高分子材料加工成型工作中最常使用的技術[3]。此種技術在使用過程中具有操作簡單、處理模式簡單、吹塑成型效果好等眾多優點,具體主要體現在以下兩個方面:一方面,高分子材料吹塑成型技術具有較高的成型率,所以可以對各種材料進行加工,制作成所需產品。另一方面,高分子材料吹塑成型技術所使用的成本較低,相關人員在加工中只需要根據所需要加工的材料選擇出其所用使用的吹塑成型技術,所以即使是形狀較為復雜的產品,也可以進行加工。
2.2高分子材料注塑成型技術分析
注塑成型技術是高分子材料加工成型技術的一種,最常使用在一些結構復雜的塑料產品加工中,此種加工方法具有使用范圍廣、產品精度高、生產品種多等眾多優點,所有在高分子材料加工成型過程中經常被使用,具有重要的意義[4]。
2.3高分子材料擠出成型技術分析
高分子材料擠出成型技術主要是指:相關人員在對高分子材料加工過程中借助螺桿,對高分子材料進行擠壓工作,具體主要包含高分子材料加料、高分子材料定性、高分子材料塑化等多個環節,通過此種加工方法所加工出的產品,具有整體美觀的優點,從而提高成品質量。
2.4高分子材料塑料激光加工成型技術分析
隨著我國科學技術的快速發展,使得激光行業發展迅猛,在高分子材料加工中被廣泛應用。高分子材料塑料激光加工成型技術主要是指:相關人員通過高聚光的激光燈,讓其垂直照射在地面的塑料模板上,進而加工出所需要產品。由于高分子材料本身不具有吸收激光能力,所以,相關人員在使用此種技術過程中,需要在高分子材料上涂抹一層特定材料,然后再進行加工,從而保證高分子材料能夠對激光充分吸收,保證產品加工質量。
2.5高分子材料半結晶狀態下的塑料激光成型技術
高分子材料半結晶狀態下的塑料激光成型技術與塑料激光加工成型技術有著一定的相似性,此種技術的主要原理是讓高分子材料對激光能量進行吸收,然后將材料改造成所需要的形狀,需要注意的是,相關人員在使用此種技術時需要將溫度控制在一個固定的范圍內,保證高分子材料在結晶溶解過程中所產生的溫度低于原本高分子材料表面的溫度,并保證高分子材料的拉伸度、強度等方面性能符合要求,從而實現高分子材料產品加工目標。
2.6高分子材料激光燒結技術分析
高分子材料激光燒結技術是最近幾年發明出來的一項新技術,此技術在使用過程中需要借助CAD制圖軟件,相關人員需要通過CAD制圖軟件對高分子材料進行加工,并在高分子材料加工前對產品模具成本進行準確預算,保證模具成本合理。因此,高分子材料激光燒結技術具有節約成本、環保節能、加工效率高等優點,是目前高分子材料加工中最常使用的技術,并具有廣泛的前景。
3總結語
總而言之,在高分子材料應用范圍不斷擴大的情況,對高分子材料加工成型技術有了更高的需求。因此,在此種情況下,相關人員就需要提高對高分子材料的重視,并對高分子加工成型技術進行總結,選擇針對性的加工成型技術方法進行高分子材料加工作業,從而保證高分子材料使用效率,促進高分子材料行業快速發展。
參考文獻:
[1]瞿金平,張桂珍.高分子材料加工成型技術創新與發展[C].2014:1-1.
[2]梁潔珍.高分子材料加工成型技術創新與發展[J].化工設計通訊,2017,43(5):65,74.
一、前言
近些年來,國防尖端工業和航空工業等特殊領域的發展要求更高性能的聚合物材料,開發研制滿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術的發展現狀與發展趨勢,探討高分子材料的加工成型的方法,對促進我國高新技術及產業的發展具有重要的意義。
二、高分子材料成型成型加工技術的相關定義
1.高分子材料
高分子材料是指由相對分子質量較高的化合物為基礎構成的材料,其一般基本成分是聚合物或以含有聚合物的性質為主要性能特征的材料;主要是橡膠、塑料、纖維、涂料、膠黏劑和高分子基復合材料。高分子材料獨特的結構和易改性與易加工特點,使它具有其他材料不可取代與不可比擬的優異性能,從而廣泛運用到科學技術、國防建設和國民經濟等領域,并已成為現代社會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術
在高分子工業的生產中分為高分子材料的制備與加工成型兩個過程。高分子材料的成型加工技術就是運用各種加工方法對高分子材料賦予形狀,使其成為具有使用價值的各種制品。高分子材料加工主要目的是高性能、高生產率、快捷交貨和低成本;向小尺寸、輕質與薄壁方向發展是高分子材料成型技術制品方面的目標;成型加工方向是全回收、零排放、低能耗,從大規模向較短研發周期的多品種轉變。判斷高分子材料的成型加工技術的質量因素是加工后制品的外觀性、尺寸精度、技能性中的耐化學性、耐熱性等等。
三、高分子材料成型加工技術的方法
高分子材料的的成型方法有擠出成型、吹塑成型、注塑成型、壓延成型、激光成型等。以下介紹的是現今高分子材料成型加工的主要技術方法。
1.擠出成型技術
擠出成型技術是指物料通過擠出機料筒和螺桿間的作用,邊受熱塑化,邊被螺桿向前推送,連續通過機頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。它的具體原理是高分子原材料自料斗進入料筒,在螺桿旋轉作用下,通過料筒內壁和螺桿表面摩擦剪切作用向前輸送到加料段,在此松散固體向前輸送同時被壓實;在壓縮段,螺槽深度變淺,進一步壓實,同時在料筒外加熱和螺桿與料筒內壁摩擦剪切作用,料溫升高開始熔融,壓縮段結束;均化段使物料均勻,定溫、定量、定壓擠出熔體,到機頭后成型,經定型得到制品。擠出成型又有共擠出技術、擠出注射組合技術、成型技術、反應擠出工藝與固態擠出工藝等。
2.注塑成型技術
注射成型技術是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一,可用來生產空間幾何形狀非常復雜的塑料制件[2]。注射成型技術根據組合材料的特征,又有以組合惰性氣體為特征的氣體輔助注射成型,以組合組成化學反應過程為特征的反應注射成型,以組合混合混配為特征的直接注射成型,以組合不同材料為特征的夾心成型等多種方法。
3.吹塑成型技術
吹塑技術一種發展迅速的塑料加工方法。熱塑性樹脂經擠出或注射成型得到的管狀塑料型坯,趁熱或加熱到軟化狀態,置于對開模中,閉模后立即在型坯內通入壓縮空氣,使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內壁上,經冷卻脫模,即得到各種中空制品。根據型坯制作方法,吹塑可分為擠出吹塑和注射吹塑,新發展起來的有拉伸吹塑和多層吹塑。
四、高分子材料成型加工技術的發展新趨勢
目前,高分子加工成型技術正在快速地進步,它的發展總方向是高度集成化、高度產量、高度精密化,不斷實現對加工制品材料的聚集態、組織形態與相形態等的控制,最大程度地達到制品高性能的目的。具體的創新技術之處主要體現在以下幾項新技術上。
1.聚合物動態反應加工技術
聚合物動態反應加工技術及設備與傳統技術無論是在反應加工原理還是設備的結構上都完全不同,該技術是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應擠出全過程,達到控制化學反應過程、反應生成物的凝聚態結構和反應制品的物理化學性能的目的[3]。這項技術解決振動力場下聚合反應加工過程中質量、動量和能量傳遞與平衡的難點,從技術上解決了設備結構集化的問題。
2.熱塑性彈性體動態全硫化制備技術
這項技術引入振動立場到混煉擠出的全過程,實現混煉過程中橡膠相動態全硫化,控制硫化反直的進程,防止共混加工過程共混物相態發生發轉。此技術非常有意義,研制發明出新的熱塑性彈性體動態硫化技術與設備,能有效地提高我國TPV技術的水平。
3.信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術
此技術是將盤級PC樹脂生產、中間儲運與光盤盤基成型三個過程融合為一體,聯系動態連續反應成型技術,研制開發精密光盤注射成型裝備,達到有效提高產品質量、節約能源,降低消耗的目的。該技術避免了傳統方式中間環節多、能耗大、周期時間長、成型前處理復雜、儲運過程易受污染等缺陷。
五、結語
綜上所述,我國在新時期要把握高分子成型加工技術的前沿,注重培育自主的知識產權,努力打破國外技術的壟斷,實現科學技術研究與產業界的良好結合的目的。這能有效地將科學研究成果轉化為實際的生產力,有效地加快我國高分子材料成型加工技術及其相關產業的快速發展。
參考文獻
伴隨著科學技術的發展,我國對復合材料的使用量呈現逐年增長的態勢,在這些復合材料當中,纖維增強復合材料便是較為常見的一種復合材料,它擁有抗磨損能力強、密度較低等諸多優點,因此在我國,纖維增強復合材料正在被廣泛運用。但是需要關注的是,這些材料在機械化生產加工的過程中,有著很高的技術含量,因此如何針對機械化加工過程當中的細節進行處理,是該行業相關從業人員必須要思考的一個重要問題。這個問題的解決質量也會關系到纖維復合增強材料在我國今后的推廣和普及效果。
一、纖維復合增強材料的特征分析
簡單地說,纖維增強復合材料擁有質量輕、強度大的特征,而上述兩個特征正是中國材料行業未來重要的指導方向,所以針對增強復合材料的研究有著極為深遠的意義。拿我國最為常用的增強復合材料芳綸纖維材料進行分析,其拉伸強度可以達到2701兆帕,拉伸模量可以達到84.4/GPa、延伸率達到了3.2%,密度僅為1.44克每立方厘米。在針對增強復合材料進行機械加工的過程當中,一旦沒有進行正確的操作,常常就會出現余熱較大、材料在開展切割的過程當中溫度過大、切割作業的過程中對刀具產生極大損耗和材料在進行切割過程當中發生分層現象等諸多問題。因此增強復合材料的機械加工對于操作技術和鎖使用的機械設備上都有著很高的要求,在開展增強復合材料切割的過程當中,溫度不能夠太高,因為纖維增強復合材料與基體材料在受熱之后,所發生的膨脹幅度是存在差異的。在材料加工的過程中,若溫度太高,就會在材料制作和切割的過程出產生大量的預熱,導致纖維增強復合材料出現分層現象。出現這種現象之后,材料自身的強度和性能都會嚴重下降。
二、不同類型纖維增強復合材料機械加工中的技術要點
1.玻璃纖維增強復合材料的機械加工技術要點。實驗研究表明,玻璃纖維增強復合材料在使用的過程中能夠顯示出較好的抗高溫性和腐蝕耐受性,盡管玻璃纖維增強復合材料的硬度較大,并且容易發生脆裂現象,但是它卻擁有極佳的透明度,所以在中國地區,玻璃纖維增強復合材料有著較廣的運用。在針對這一材料進行機械加工的過程中,需要注意下列技術要點。在對玻璃纖維增強復合材料進行切削的過程當中,技術人員必須要使用金剛石材質的刀具或者氮化硼刀具,因為采用這些材料的刀具之后,不但能夠顯著提升玻璃纖維增強復合材料切割效率,而且還能夠對材料的整體切割質量做出有效的保障。反觀在對玻璃纖維增強復合材料的機械生產當中,如果使用高速鋼刀刀具進行切割,不僅切割質量無法得到有效的保障,同時還會對刀具產生極為嚴重的磨損現象,在增加生產企業的成本投入的同時,產品質量還無法得到有效的保障。
2.熱塑性樹脂基復合材料的機械加工技術要點。所謂熱塑性樹脂基復合材料即為把熱塑性樹脂作為基體纖維的纖維增強復合材料。在針對該種材料進行機械加工的過程當中,對于溫度有著很高的要求,在我國對這種材料進行機械加工的過程當中,往往會使用到冷卻劑來降低加工過程中的環境溫度。因為該種材料在機械加工的過程中,若出現溫度較高的狀況,其硬度便會大幅度降低,嚴重時可能還會出現材料被燒焦的情況。而在針對該材料進行切割作業的過程當中,必須要在切割道具上預留足夠的排屑槽。同時需要選擇使用高速刀具來完成熱塑性樹脂基復合材料的切割作業,而且所選擇的道具需要較為鋒利,目前國內在針對該材料進行機械加工的過程當中,使用刀具材料最為常見的是碳化鎢道具與金剛石道具。伴隨著中國科學技術的不斷進步,還有部分特殊材質的刀具也在針對熱塑性樹脂基復合材料進行切割作業當中進行使用。在開展切割作業的過程當中,技術人員需要將車刀磨出對應的傾斜角,這樣可以顯著提升對熱塑性樹脂基復合材料的切割效果。若需要針對熱塑性樹脂基復合材料進行鉆孔作業,麻花鉆頭往往是最佳的選擇,因為麻花鉆頭不容易使其產生分層現象。
3.金屬基復合材料的機械加工技術要點。金屬基復合材料就是使用金屬或者金屬合金作為載體,再在這種材料當中摻入纖維材料由此而構成的一種復合材料。同其他類型的纖維增強復合材料進行對比,金屬基復合材料擁有極強的抗切割能力,并且該材料還擁有很強的抗疲勞能力,同時還是電和熱的良導體。除此之外金屬基復合材料材料對于環境所造成的污染相對較低,所以在中國,該種纖維增強復合材料正在被廣泛開發和運用。針對這一材料的機械加工,對于刀具來講,要求是很高的,當下針對金屬基復合材料的切削作業,最常使用的是金剛石刀具,并且根據金屬或者合金材料的不同,對于該材料進行切割作業的速度和在進行切割過程中的溫度也有著不一樣的要求。
三、纖維增強復合材料在進行機械加工的過程中需要關注的問題
綜合上文內容,不難發現,在進行纖維增強復合材料機械加工的過程當中,由于材料種類的不同,其加工方式存在有很大的差異性。因此在對于此類材料進行機械加工的過程中,相關技術人員一定要注重對加工技術的不斷改良,轉變自身一次加工完成的固有觀念,使用多次加工的辦法來對加工技術進行優化調整,這樣方能讓纖維增強復合材料的機械加工質量得到大幅度提升。另外,技術人員需要逐漸提升針對纖維增強復合材料的切割速度,因為針對這一類型材料的機械加工質量,往往同切割速度之間存在著極為密切的關聯性,隨著切割速度的提升,能夠顯著減低在切割作業過程當中材料的供給量,由此降低在機械加工過程當中對切割力的使用,讓纖維增強復合材料的表面質量得到明顯的提升。若在進行切割作業的過程當中,對速度進行合理的控制,還能夠明顯降低在切割作業當中,材料出現分層現象的可能性,提升加工效率。最后,刀具的質量是決定纖維增強復合材料機械加工質量的關鍵,在原來的機械加工過程當中,常常會發生因為刀具質量不合格而使得機械加工質量受到影響的狀況,高速運轉的鋼制鉆頭在玻璃纖維增強復合材料的機械加工過程當中往往只可以鉆4-5個孔,這在很大程度上增加了材料的加工成本,并降低的加工效率。但是在進行技術改革之后,采用硬度更高的合金鉆頭能夠鉆取更多的鉆孔(平均數量超過100個)。一些先進發達國家所研制的鉆石材質鉆頭,不但能對鉆孔的整體質量進行保障,并且在鉆孔的使用壽命上,也得到了巨大的提升。
四、結語
纖維增強復合材料因為其優越的特性,在我國各行各業當中,都得到了較為廣泛的使用,但是這些性能材料進行推廣普及的過程中,技術難度較高的機械加工成為了阻礙這些材料在我國使用的重要問題?;诖朔N現狀,本文提出了一些較為常見的纖維增強復合材料的加工技術和刀具選擇技術重點,希望能夠為我國纖維增強復合材料的推廣和普及做出自己應有的貢獻。
作者:王帥強 單位:西京學院萬鈞書院
參考文獻:
[1]李志強,樊銳,陳五一等.纖維增強復合材料的機械加工技術[J].航空制造技術,2003,12:34-37.
[2]李樹俠.國外纖維增強復合材料的切削加工技術[J].飛航導彈,2010,06:91-94.
[3]于長有.纖維增強復合材料的機械加工技術研究[J].科技與創新,2015,24:149+151.
近年來,某些特殊領域如航空工業、國防尖端工業等領域的發展對聚合物材料的性能提出了更高的要求,如高強度、高模量、輕質等,各種特定要求的高強度聚合物的開發研制越來越顯迫切。
一、高分子材料成型加工技術發展概況
近50年來,高分子合成工業取得了很大的進展。例如,造粒用擠出機的結構有了很大的改進,產量有了極(大的提高。20世紀60年代主要采用單螺桿擠出機造粒,產量約為3t/h;70年代至80年代中期,采用連續混煉機+單螺桿擠出機造粒,產量約為10t/h;80年代中期以來。采用雙螺桿擠出機+齒輪泵造粒,產量可以達到40-45t/h,今后的發展方向是產量可高達60t/h。在l950年,全世界塑料的年產量為200萬t。20世紀90年代。塑料產量的年均增長率為5.8%,2000年增加至1.8億t至2010年,全世界塑料產量將達3億t,此外。合成工業的新近避震使得易于璃確控制樹脂的分子結構,加速采用大規模進行低成本的生產。隨著汽車工業的發展,節能、高速、美觀、環保、乘坐舒適及安全可靠等要求對汽車越來越重要.汽車規模的不斷擴大和性能的提高帶動了零部件及相關材料工業的發展。為降低整車成本及其自身增加汽車的有效載荷,提高塑料類材料在汽車中的使用量便成為關鍵。
據悉,目前汽車上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的傳統汽車材料(如鋼鐵等)。因此,汽車中越來越多的金屬件由塑料件代替。此外,汽車中約90%的零部件均需依靠模具成型,例如制造一款普通轎車就需要制造1200多套模具,在美國、日本等汽車制造業發達的國家,模具產業超過50%的產品是汽車用模具。目前,高分子材料加工的主要目標是高生產率、高性能、低成本和快捷交貨。制品方面向小尺寸、薄壁、輕質方向發展;成型加工方面,從大規模向較短研發周期的多品種轉變,并向低能耗、全回收、零排放等方向發展。
二、現今高分子材料成型加工技術的創新研究
(一)聚合物動態反應加工技術及設備
聚合物反應加工技術是以現雙螺桿擠出機為基礎發展起來的。國外的Berstart公司已開發出作為連續反應和混煉的十螺桿擠出機,可以解決其它擠出機(包括雙螺桿和四螺桿擠出機)作為反應器所存在的問題。國內反應成型加工技術的研究開發還處于起步階段,但我國的經濟發展強烈要求聚合物反應成型加工技術要有大的發展。指交換法聚碳酸酯(PC)連續化生產和尼龍生產中的比較關鍵的技術是縮聚反應器的反應擠出設備,我國每年還有數以千萬噸計的改性聚合物及其合金材料的生產。關鍵技術也是反應擠出技術及設備。
目前國內外使用的反應加工設備從原理上看都是傳統混合、混煉設備的改造產品,都存在傳熱、傳質過程、混煉過程、化學反應過程難以控制、反應產物分子量及其分布不可控等問題.另外設備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統反應加工設備的缺陷。聚合物動態反應加工技術及設備與傳統技術無論是在反應加工原理還是設備的結構上都完全不同,該技術是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應擠出全過程,達到控制化學反應過程、反應生成物的凝聚態結構和反應制品的物理化學性能的目的。該技術首先從理論上突破了控制聚合物單體或預聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點,解決了振動力場作用下聚合物反應加工過程中的質量、動量及能量傳遞及平衡問題,同時從技術上解決了設備結構集成化問題。新設備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應性好、可靠性高等優點,這些優點是傳統技術與設備無法比擬或是根本沒有的。該項新技術使我國聚合物反應加工技術直接切人世界技術前沿,并在該領域處于技術領先地位。
(二)以動態反應加工設備為基礎的新材料制備新技術
1.信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術。此技術克服傳統方式的中間環節多、周期長、能耗大、儲運過程易受污染、成型前處理復雜等問題,將光盤級PC樹脂生產、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體,結合動態連續反應成型技術,研究酯交換連續化生產技術,研制開發精密光盤注射成型裝備,達到節能降耗、有效控制產品質量的目的。
2.聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術。此技術在強振動剪切力場作用下對無機粒子表面特性及其功能設計(粒子設計),在設計好的連續加工環境和不加或少加其它化學改性劑的情況下,利用聚合物使無機粒子進行原位表面改性、原位包覆、強制分散,實現連續化制備聚合物/無機物復合材料。
3.熱塑性彈性體動態全硫化制備技術。此技術將振動力場引入混煉擠出全過程,控制硫化反直進程,實現混煉過程中橡膠相動態全硫化.解決共混加工過程共混物相態反轉問題。研制開發出擁有自主知識產權的熱塑性彈性體動態硫化技術與設備,提高我國TPV技術水平。
三、高分子材料成型加工技術的發展趨勢
近年來,各個新型成型裝備國家工程研究中心在出色完成了國家級火炬計劃預備項目和國家“八五”、“九五”重點科技計劃(攻關)等項目同時,非常注重科技成果轉化與產業化,完成產業化工程配套項目20多項,創辦了廣州華新科機械有限公司和北京華新科塑料機械有限公司,使其有自主知識產權的新技術與裝備在國內外推廣應用。塑料電磁動態塑化擠出設備已形成了7個規格系列,近兩年在國內20多個省、市、自治區推廣應用近800臺(套)。銷售額超過1.5億元,還有部分新設備銷往荷蘭、泰國、孟加拉等國家.產生了良好的經濟效益和社會效益。例如PE電磁動態發泡片材生產線2000年和2001年僅在廣東即為國家節約外匯近1600萬美元,每條生產線一年可為制品廠節約21萬k的電費。塑料電磁動態注塑機已開發完善5個規格系列,投入批量生產并推向市場;塑料電磁動態混煉擠出機的中試及產業化工作已完成,目前開發完善的4個規格正在生產試用。并逐步推向市場目前新設備的市場需求情況很好,聚合物新型成型裝備國家工程研究中心正在對廣州華新科機械有限公司進行重組。將技術與資本結合,引入新的管理、市場等機制,爭取在兩三年內實現新設備年銷售額超億。我國已加入WTO,各個行業都將面臨嚴峻挑戰。
綜上所述,我國必須走具有中國特色的發展高分子材料成型加工技技術與裝備的道路,打破國外的技術封鎖,實現由跟蹤向跨越的轉變;把握技術前沿,培育自主知識產權。促進科學研究與產業界的結合,加快成果轉化為生產力的進程,加快我國高分子材料成型加工高新技術及其產業的發展是必由之路。
參考文獻:
近年來,某些特殊領域如航空工業、國防尖端工業等領域的發展對聚合物材料的性能提出了更高的要求,如高強度、高模量、輕質等,各種特定要求的高強度聚合物的開發研制越來越顯迫切。
一、高分子材料成型加工技術發展概況
近50年來,高分子合成工業取得了很大的進展。例如,造粒用擠出機的結構有了很大的改進,產量有了極大的提高。20世紀60年代主要采用單螺桿擠出機造粒,產量約為3t/h;70年代至80年代中期,采用連續混煉機+單螺桿擠出機造粒,產量約為10t/h;80年代中期以來。采用雙螺桿擠出機+齒輪泵造粒,產量可以達到40-45t/h,今后的發展方向是產量可高達60t/h。在l950年,全世界塑料的年產量為200萬t。20世紀90年代。塑料產量的年均增長率為5.8%,2000年增加至1.8億t至2010年,全世界塑料產量將達3億t,此外。合成工業的新近避震使得易于璃確控制樹脂的分子結構,加速采用大規模進行低成本的生產。隨著汽車工業的發展,節能、高速、美觀、環保、乘坐舒適及安全可靠等要求對汽車越來越重要.汽車規模的不斷擴大和性能的提高帶動了零部件及相關材料工業的發展。為降低整車成本及其自身增加汽車的有效載荷,提高塑料類材料在汽車中的使用量便成為關鍵。
據悉,目前汽車上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的傳統汽車材料(如鋼鐵等)。因此,汽車中越來越多的金屬件由塑料件代替。此外,汽車中約90%的零部件均需依靠模具成型,例如制造一款普通轎車就需要制造1200多套模具,在美國、日本等汽車制造業發達的國家,模具產業超過50%的產品是汽車用模具。目前,高分子材料加工的主要目標是高生產率、高性能、低成本和快捷交貨。制品方面向小尺寸、薄壁、輕質方向發展;成型加工方面,從大規模向較短研發周期的多品種轉變,并向低能耗、全回收、零排放等方向發展。
二、現今高分子材料成型加工技術的創新研究
(一)聚合物動態反應加工技術及設備
聚合物反應加工技術是以現雙螺桿擠出機為基礎發展起來的。國外的Berstart公司已開發出作為連續反應和混煉的十螺桿擠出機,可以解決其它擠出機(包括雙螺桿和四螺桿擠出機)作為反應器所存在的問題。國內反應成型加工技術的研究開發還處于起步階段,但我國的經濟發展強烈要求聚合物反應成型加工技術要有大的發展。指交換法聚碳酸酯(PC)連續化生產和尼龍生產中的比較關鍵的技術是縮聚反應器的反應擠出設備,我國每年還有數以千萬噸計的改性聚合物及其合金材料的生產。關鍵技術也是反應擠出技術及設備。
目前國內外使用的反應加工設備從原理上看都是傳統混合、混煉設備的改造產品,都存在傳熱、傳質過程、混煉過程、化學反應過程難以控制、反應產物分子量及其分布不可控等問題.另外設備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統反應加工設備的缺陷。聚合物動態反應加工技術及設備與傳統技術無論是在反應加工原理還是設備的結構上都完全不同,該技術是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應擠出全過程,達到控制化學反應過程、反應生成物的凝聚態結構和反應制品的物理化學性能的目的。該技術首先從理論上突破了控制聚合物單體或預聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點,解決了振動力場作用下聚合物反應加工過程中的質量、動量及能量傳遞及平衡問題,同時從技術上解決了設備結構集成化問題。新設備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應性好、可靠性高等優點,這些優點是傳統技術與設備無法比擬或是根本沒有的。該項新技術使我國聚合物反應加工技術直接切人世界技術前沿,并在該領域處于技術領先地位。
(二)以動態反應加工設備為基礎的新材料制備新技術
1.信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術。此技術克服傳統方式的中間環節多、周期長、能耗大、儲運過程易受污染、成型前處理復雜等問題,將光盤級PC樹脂生產、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體,結合動態連續反應成型技術,研究酯交換連續化生產技術,研制開發精密光盤注射成型裝備,達到節能降耗、有效控制產品質量的目的。
2.聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術。此技術在強振動剪切力場作用下對無機粒子表面特性及其功能設計(粒子設計),在設計好的連續加工環境和不加或少加其它化學改性劑的情況下,利用聚合物使無機粒子進行原位表面改性、原位包覆、強制分散,實現連續化制備聚合物/無機物復合材料。
3.熱塑性彈性體動態全硫化制備技術。此技術將振動力場引入混煉擠出全過程,控制硫化反直進程,實現混煉過程中橡膠相動態全硫化.解決共混加工過程共混物相態反轉問題。研制開發出擁有自主知識產權的熱塑性彈性體動態硫化技術與設備,提高我國TPV技術水平。
三、高分子材料成型加工技術的發展趨勢
近年來,各個新型成型裝備國家工程研究中心在出色完成了國家級火炬計劃預備項目和國家“八五”、“九五”重點科技計劃(攻關)等項目同時,非常注重科技成果轉化與產業化,完成產業化工程配套項目20多項,創辦了廣州華新科機械有限公司和北京華新科塑料機械有限公司,使其有自主知識產權的新技術與裝備在國內外推廣應用。塑料電磁動態塑化擠出設備已形成了7個規格系列,近兩年在國內20多個省、市、自治區推廣應用近800臺(套)。銷售額超過1.5億元,還有部分新設備銷往荷蘭、泰國、孟加拉等國家.產生了良好的經濟效益和社會效益。例如PE電磁動態發泡片材生產線2000年和2001年僅在廣東即為國家節約外匯近1600萬美元,每條生產線一年可為制品廠節約21萬k的電費。塑料電磁動態注塑機已開發完善5個規格系列,投入批量生產并推向市場;塑料電磁動態混煉擠出機的中試及產業化工作已完成,目前開發完善的4個規格正在生產試用。并逐步推向市場目前新設備的市場需求情況很好,聚合物新型成型裝備國家工程研究中心正在對廣州華新科機械有限公司進行重組。將技術與資本結合,引入新的管理、市場等機制,爭取在兩三年內實現新設備年銷售額超億。我國已加入WTO,各個行業都將面臨嚴峻挑戰。
綜上所述,我國必須走具有中國特色的發展高分子材料成型加工技技術與裝備的道路,打破國外的技術封鎖,實現由跟蹤向跨越的轉變;把握技術前沿,培育自主知識產權。促進科學研究與產業界的結合,加快成果轉化為生產力的進程,加快我國高分子材料成型加工高新技術及其產業的發展是必由之路。
參考文獻:
[1]Chris Rauwendaal,Polymer Extrusion,Carl Hanser Verlag,Munich/FkG,l999.
當前,新型的金屬復合材料已經得到了廣泛的應用,復合型材料雖然成本與技術要求都較高,但其所具有的材料特性相較于普通的金屬材料具有更高的性能優勢,成為工程建設的重要材料。除此之外,更多的零部件制作采用新型金屬材料,也催生了很多先進的成型加工技術。那么在新時代背景下,究竟如何才能進一步存進新型金屬材料成型加工技術的發展與完善,是當前的材料工程師應該重點關注的問題。
1 關于新型金屬材料的綜述
1.1 新型金屬材料的固有特性
新型金屬材料的種類繁多,都涵蓋在合金的范疇之內,金屬材料的固有特性包括以下幾點:新型金屬材料具有更好的延展性;新型金屬的化學性較為活潑;新型金屬具有特有的光澤與色彩等。當前應用廣泛的新型金屬材料包括形狀記憶合金、高溫合金、貯氫合金以及非晶態合金等。
1.2 新型金屬材料的加工特性
1.2.1 焊接性
焊接性是金屬成型加工的基礎特性之一,所指是金屬材料通過焊接來完成二次成型并滿足設計要求。新型金屬材料的焊接性良好,在焊接時可以保證沒有氣孔、沒有裂縫等。新型金屬材料具有好的焊接性通常收縮小、導熱性能好。
1.2.2 鍛壓性
鍛壓性對于金屬的成型加工的關鍵因素,金屬具有的鍛壓性能夠使金屬在鍛壓的過程中承受塑性變形,并有效緩解沖壓。除此之外,金屬的鍛壓性還會受到加工條件的影響。
1.2.3 鑄造性
金屬所具有的鑄造性包括收縮性、流動性、偏析以及裂紋敏感性等具有相關性,由于新型金屬材料均為合金,因此其中含有的高熔點元素會金屬的流動性降低,給材料成型加工增加了一定的難度。
2 新型金屬材料成型加工的原則分析
應用于工程施工以及企業產品中的新型金屬材料通常具備耐磨性良好、硬度高的特性,具備這些特性的新型金屬材料能夠滿足工程及產品的成型與質量要求,卻也為成型加工帶來了一定的難度。通常情況下,為了保障金屬材料成型加工的質量,針對不同的金屬會采用不同的加工技術。例如有些特殊的金屬復合金屬材料只有通過金屬基復合材料的纖維性增強,才能實現成型加工。而其他特殊的新型金屬材料在進行成型加工時需要更加復雜的技術,因此,在進行二次加工時要做到因材料的不同而采取有針對性的技術,做到具體問題具體分析,從而切實推進新型金屬材料成型加工的實踐進程。
當前,新型金屬材料的成型加工通常會涉及到焊接、擠壓、鑄造、超塑成型以及切削加工等加工技術,筆者通在實際的工作中發現,加工過程中的任何一個小的失誤或者紕漏,都會對材料的成型造成一定的影響,因此,在加工之前,一定要對金屬材料的物理及化學屬性進行深入的、透徹的了解,從而能夠基于其可塑性實現成型加工,這也是當前選擇復合材料的重要原則與指標之一。
3 新型金屬材料成型加工的技術
3.1 粉末冶金成型加工技術
粉末冶金法是應用于新型金屬材料成型加工中的最早的技術之一,主要用于制造復合材料零件、顆粒制造以及金屬基復合材料中的晶須增強等,且以上成型加工可以通過這一方法直接完成。粉末冶金加工技術的適用范圍主要是針對尺寸較小、形狀不復雜以及較為精密的零件,因為粉末冶金技術的優勢在于成型制作過程中能夠根據實際中的需求來進行增強相含量的調節,即顆粒含量在半數以上;制作中的增強相較為精密,且組織更加細密,除此之外,粉末冶金法還具有界面反應少的優勢,有效提升了工作效率。例如,美國的DWA公司在設備支撐架以及自行車架等的制作方面就充分應用了這一方法。
3.2 鑄造成型技術法
鑄造成型技術法已經經過了實踐的檢驗,成為當前最為成熟的鑄造技術。鑄造成型法能夠滿足筆者在上文中所提及的加工原則,還被廣泛應用于復合材料零件的生產與制作之中。當前,隨著實際加工情況復雜性的增加,使得鑄造成型法滯后性明顯,具體的參數設置以及工藝方法選擇等都必須進行改進,在成型加工的過程中,流動性的增加以及熔體的粘度等都會受到材料中顆粒增加的影響,除此之外,高溫也會使材料的化學屬性發生變化。針對以上出現的問題,具體有效的解決方法在于針對不同的材料成型加工采取熔模鑄造、壓鑄、金屬型鑄造以及砂型鑄造等方法。
3.3 機械加工鑄造法
機械加工鑄造法通常利用銑、車、以及鉆等方法進行金屬基復合材料的加工,與其他金屬的加工相同的是在精加工鋁基復合材料中采用金剛石道具來進行成型加工。具體的方法有以下幾種:首先是銑削的方法,具體的材料包括l5%~20%的粘結劑、聚金剛石刀具以及端面銑刀,在進行銑削時需要先利用切削液來實現冷卻,并增加銑削顆粒;其次是車削的方法,利用乳化液進行冷卻,刀具為硬質合金刀具;最后則是鉆削的方法,利用外切削液進行冷卻,通常采用PCD鑲片麻花鉆頭。
3.4 電切割技術法
電切割法是指在成型加工過程中根據零件形狀的負極來決定采取怎樣的幾何切割形狀,在材料切割時利用正極溶解的基本方式來實現材料的切割。對于零件成型加工中存在的殘屑以及未溶解的纖維等,可以利用零件與負極之間的間隙來實現清洗。與傳統的放電加工法相比,顯著優勢在于在介電流液中浸入移動的電極線,從而能夠通過液體壓力沖刷以及局部高溫實現對零件的成型加工。利用電切割法進行成型加工時,非導體復合材料通常會由于放電效果差而產生一定的影響。如在鋁基復合材料加工時,由于切割速度慢以及切口粗糙等問題,就不能沿用傳統的切割參數。
3.5 焊接技術法
焊接技術法作為成型加工的重要方法之一,通常被應用于金屬及復合材料成型構建中,例如航天飛機、汽車傳動軸以及自行車等。焊接熔池的流動性以及粘度等易發生變化,并受到增加物的影響。成型加工中,金屬的化學反應通常發生在基體金屬與增強物之間,對焊接速度造成了一定的限制,面對這一問題,通常的解決辦法有以下幾種:首先是基于慣性摩擦,將其中一個部件進行軸對稱旋轉;其次是熔化焊的基本處理方法;除此之外,還可以利用擴散焊的方法進行焊接。
3.6 模鍛塑性成型法
模鍛塑性成型法在鎂基復合材料與鋁基礎復合材料中有廣泛的應用,成型法涉及到超速成型、模鍛以及擠壓等方法。利用此方法生產出來的零器件性能好、組織更加細密。但是在應用的過程中需要注意以下幾方面:第一方面是通過擠壓溫度的適度提高,可以對應提高金屬材料的塑性;第二方面是在模具表面進行涂層或者使用劑等實現摩擦條件的改善,降低材料成型的難度;第三方面則是擠壓速度受到增加物的影響,為了防止零件產生橫向裂紋,一定要控制好擠壓速度。
4 結語
新型金屬材料作為一種現代化的先進材料,擁有更為廣泛的實際應用價值,而其所具有的高模量、高韌性以及高強度的特性使其更具生命力。成型加工作為二次加工,涵蓋了金屬學、物理學、傳熱學等多個學科,這就使得在在成型加工時需要進行更加深入的、廣泛的探究。筆者相信,在現代科學技術迅速發展的今天,通過對新型金屬材料成型加工技術的探究,能夠為金屬材料的廣泛應用提供可能,同時為金屬產業結構的調整與優化奠定基礎。
現代社會中,科學技術成為了推動經濟發展,促進社會進步的重要力量,也正是由于科技是第一生產力的這一理念,各個國家的科技都達到了前所未有的發展速度。高分子技術應運而生,隨著人類對高分子技術的深入了解,在應用過程中遇到的很多問題有待探討,本文中就高分子材料成型加工技術的發展與創新進行了深入的討論,也希望能夠為我國的高分子技術貢獻一份力量。
一、簡述高分子材料成型加工術的發展歷程
在對一項科學技術進行深入探討之前,很有必要對其的產生、發展到應用的過程有所了解。由于新型高分子材料的發現較早,但是由于觀念上的落后以及設備上的落后,導致高分子材料從發現到大規模的應用于工業流程中所耗費的時間較為漫長。近年來,隨著關于高分子技術的一系列難題攻破,到更多、更加優良的高分子材料被發現,高分子技術開始進入飛速發展的時代。20世紀90年代塑料的平均增長率有了很大的提升,隨之而來的塑料產量也有很大幅度的提升。不管是在塑料的產量上有了大幅度的提升,在塑料的種類上,材質上,應用范圍上都有了很大的優化與發展。舉個例子來說,之前制造一批汽車可能需要三百噸鋼鐵,而現在可能只需要三百噸的塑料就能達到相同的效果,甚至更好的效果。在鋼材日益減少的現在,這些高分子材料的發明給了人類在發展道路上無限種可能。在汽車行業中,由傳統純鋼鐵制造的汽車可能已經無法滿足現代人類的需要了,而對于高分子材料制造而成的汽車,不僅在強度上不輸于鋼鐵,在造價,環保方面更是勝于鋼鐵一籌。而在其他方面也會有很多改變,規模上要更小一些,周期要相對更短一些,能量的消耗要更低一些,回收率要更高一些,對空氣的污染程度和對資源的消耗要更小一些。
二、創新型高分子材料成型加工技術
1.聚合物動態反應加工技術及設備
聚合物反應加工技術是以現雙螺桿擠出機為基礎發展起來的。目前國外已經對這一個項目進行了深入的研究,并且已經研制出了連續反應和混煉的桿螺桿擠出機,這一項研究的產生,有效地解決了雙螺桿擠出問題,還有這其他類似的反應器所不具有的優點。
在這些設備的發展過程中,技術是至關重要的一個環節,在技術上必須要有所突破。指交換法聚碳酸醞(PC)連續化生產和尼龍生產中的比較關鍵的技術是縮聚反應器的反應擠出設備,而在現在世界上所使用的反應加工設備上來看,大多數都是利用傳統的混合、混煉技術,有些國外的企業也只是對傳統的反應器進行了小范圍的優化。但是根本上都存在傳熱、傳質過程、混煉過程、化學反應過程難以控制、反應產物分子量及其分布不可控等問題。另外設備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統反應加工設備的缺陷。聚合物動態反應加工技術及設備與傳統技術無論是在反應加工原理還是設備的結構上都完全不同,該技術是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應擠出全過程,達到控制化學反應過程、反應生成物的凝聚態結構和反應制品的物理化學性能的目的。這一項技術實現了聚合物單體或預聚物混合混煉過程中的理論的突破,有了新的理論作為指導,新型的加工反應器才能夠制作出來。新的技術從理論上解決了聚合物單體或預聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點,同時從技術上解決了設備結構集成化問題。新設備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應性好、可靠性高等優點,這此優點是傳統技術與設備無法比擬或是根本沒有的。
2.新材料制備動態反應加工設備技術的革新
這一項技術的革新主要是指信息存儲光盤直接合成反應成型技術的發明,這項技術具有當代新技術所需要的大多數優點,由于采取了全然不同的理論指導和流程,這項技術具有周期短,操作建議,對環境污染小,節約資源的優點。正是由于這些優點的存在,這項技術打破了原有傳統技術的局限性,避免了很多問題的出現。而且隨著光盤存儲技術的發展,這項技術還有無限的提升空間。它的主要工作機理是把光盤級的PC樹脂化,將中間存儲和盤基成型融合在一個流程當中,再借鑒動態連續反應成型技術對交換連續化生產技術進行研究和發展。
3、復合材料物理場強化制備技術
此技術在強振動剪切力場作用下對無機粒子表而特性及其功能設計,整個流程都是在設計好的連續的加工環境中進行,省去了其他化學催化劑或者改性劑的參與,有效地實現了資源的節約。利用聚合物使無機粒子進行原位表面性、原位包覆、強制分散,實現連續化制備聚合物/無機物復合材料熱塑性彈性體動態全硫化制各技術:此技術將振動力場引入混煉擠出全過程,控制硫化反直進程,實現混煉過程中橡膠相動態全硫化。解決共混加工過程共混物相態反轉問題。
三、展望高分子材料成型加工技術未來的發展方向
近年來,在世界上的高分子材料成型技術的發展熱潮的影響下,我國的各省各地也加快了高分子材料成型技術的發展,相關部門也加大了政策上的支持。這一做法是完全符合我國改革開放以來的經濟發展路線,因此這一技術已經具備了發展的一切有利因素。
我國的各個城市陸續展開這項技術的推廣,已經有超過一半的地區在推廣和使用這一技術,這一技術所創造的經濟利益也是不容忽視的,很多地區已經將這一技術變成一個產業,工業制成品大量出口到歐洲和亞洲的很多國家和地區,在國際貿易方面有非常顯的成效,不但提高了出口的多樣性,而且拉動了社會效益和經濟效益的增長。在未來的時間里,這項技術還具有非常大的發展空間,新型高分子材料成型技術還可以應用在更多的領域,相信會有一天高分子材料會成為我們日常生活中不可缺少的東西。希望以后有更多的人才投入到這項技術中去,這樣我國的高分子成型材料加工技術才能夠趕超發達國家,為我國的外貿的發展。
四、結語
綜合上文所陳述的,我國要想在高分子材料的道路上走的更遠,必須牢記科技史第一生產力的這一原則。并且只有隨著高分子材料的不斷深入應用,我國才能夠更好地建設資源節約型環境友好型社會,才能讓世界看到中國的發展不是以犧牲環境,大量消耗資源為代價的。推動高分子加工合成技術勢在必行。
材料采購環節在材料價格定價過程中占據著很大的比重,采購關乎著企業與多方面的溝通與合作,在這個過程中企業的信譽也會就此體現出來,更會影響著整個工程的運轉和企業以后的發展。因此企業的材料采購項目順利進行關乎著整個工程的順利進行。而在采購環節中,主要反映出以下幾個問題。第一是采購之前,對材料各個方面信息的預算和期望沒有形成一個完好規范的程序,預算的缺漏從而導致材料應用得不合實際需求,施工中材料缺乏或者材料浪費的現象比比皆是。在采購完以后的材料使用上,材料運用在確切位置的消息沒有及時傳達,導致執行力的滯后,工程耽誤,施工人員時間和精力的損耗,導致了他們積極性地下降。對于這樣的問題,企業的相關部門應該做好確切的材料采購計劃,每種材料應該明細地列出,而后針對各個材料的要求,制定出相應的預算,形成一個完好有序的材料分析體系,最后執行采購計劃。在采購過程中,與商家擬訂合同不嚴謹,會給信譽較低的商家可乘之機,這種后果則會給企業造成不必要的損失。所以為了防止此種事故的發生,不要急于與商家協商,而更多的是首先要注重材料的質量,多層進行篩選,最后定奪最合適商家。與商家協商也一定要嚴格簽署合同,尤其是在采購大宗材料例如:鋼筋、砂石、水泥等材料時。對于材料的檢查驗收也是十分必要的,采購時一定要挑選質量優的材料,購買時要確定好材料的質量,在材料運輸到施工現場時,也要做好驗收的工作,避免劣質產品在施工或者使用過程中出現安全問題。最后,企業對采購的經費要給予一定的定價標準,因為在采購過程中有可能會出現采購人員的私下交易行為,由此導致的報銷費用不符實后果,增大企業工程成本。
1.2材料儲存問題
材料采購與材料儲備是相輔相成的。在儲備環節,涉及價格規律對材料采購的影響,從而反應儲備環節的必要性;儲備地點的定位也是一個繁雜的問題;儲備地點的看管人員勞工成本仍然是企業施工成本的重要內同。材料的儲存和管理,與市場經濟的發展密切相關。市場經濟中所存在的市場規律,使材料價格波動不穩。材料的價格受著天氣氣候、季節、災害等因素的影響,會引起價格的偏差,例如暴雨天氣,通常上材料價格會上升。而此種情況下,材料儲備不夠,又由于天氣原因價格上漲,重新采購會提高企業施工成本,是不明智的選擇。所以企業要充分運用互聯網,時刻把握著市場經濟形態下的市場動態狀況,關注著價格走向,及時選購物資材料,進行儲備。儲備的問題,又體現在儲備場地的租賃費用上。每個儲備場地的大小和價格是不一致的,所以在儲備時,選擇場地應該根據材料數量和單件大小來確定儲備地,充分利用場地,不要在花費較多的情況下儲備著少量小件的材料。另外也要同商家進行協商和合作,盡可能的來降低儲備費用。材料的運輸也是工程的一筆費用,材料的采購地與施工地距離遙遠則會增大運輸費用。在某一段工程完工的時候,剩余材料則需要轉移到下一個工程地點繼續后面的施工使用,如果前期儲備地點與后期工程的地點相隔甚遠,期間大量的運輸轉移費用會增大成本。因此,首先在選購材料時就應該選擇離施工地點相距較近的采購點,盡量減少其中的運輸費用。在儲備地點的選擇上,也盡量選擇與施工地點較近的位置,同樣也是減少運輸費用。企業的施工,涉及儲備地點看管人員的工資和各項保險費用,其中可能因為內部人員的私人關系而導致員工勞動成本增加。對于這樣的問題,企業首先得要對企業內部人員進行核查和登記,做好相應的管理工作。企業員工和施工人員的工資應該嚴格定期發放,且在有必要的情況下進行相應地真實性核實,杜絕企業內部私人權利的濫用,無形地加大企業對工程成本。
2定價過程中如何最大限度降低成本
2.1材料計劃管理措施的落實
在材料采購計劃中,采購人員要注意到材料的名稱、型號、規格、保質時間、構成原料……這樣做的目的,一是可以核對所需要材料的信息是否有誤;二是能在采購的同時加強對材料的熟悉度,等到下段工程使用時能夠較快地掌握材料信息,提高工作效率。在進行采購前,企業最好派相關人員進行市場考察和調研,結合施工實際問題再來進入有關市場進行材料挑選、儲備地地篩選等,以施工的實際情況來進行各項施工前期工作的預算和規劃。
2.2材料的供應與使用
材料供應問題上,結合企業成本,其供應和使用也要結合實際情況來做相應的更改,前文提到的市場經濟的調節作用導致材料價格的波動,公路工程怎樣做到最少的成本來擁有所需要的材料呢。儲備材料是有必有的,但不會針對所有的材料。例如特殊材料,在雨季或者寒冷的冬季難以購買,或者需要高價購買,對于這樣的材料則應該結合施工進度來提前購買,如果工程從開始到結束很多段都需要使用這種特殊材料,不妨在價格低廉的時候對其多量采購進行儲備。而對于普通材料來說,則儲備顯得多余了。因為不管在何種時間和天氣,只要不出現災難,都是隨時可以購選到的,如果對其大量儲存,不僅需要承擔運輸費用還有承擔高昂的儲蓄費用,對企業成本的降低時非常不利的。
2.3材料貨源的穩定
企業成本降低還需要考慮到與貨源供應商之前的關系合作上。對市場充分調研和考察后,尋找到近距點。除此之外,還應該找到合適的供應商,包括對商品或者需求材料的熟悉度,即其對工程有一定的了解度。這樣能減少與供應商之間溝通的障礙,而且供應商對材料了解,這樣的優勢也能給施工的開展提供一些合理的意見,促進工程地順利開展。在與供應商搭建好這樣基礎后,與其保持好合作關系也是非常理智的做法,當施工出現不正常的現象或者意外時,供應商的幫助是一個及時有效的措施。