塑料加工領域基礎研究現(xiàn)狀和潛在研究課題
胡漢杰
原國家基金委化學部高分子學科主任， 中國聚合網(wǎng) 總顧問，
一、塑料加工和基礎研究
高分子科學的形成，是人類幾千年（尤其是近百年）探索、使用高分子材料經(jīng)驗的結(jié)晶，是人類對高分子材料認識的升華。塑料加工直接從事著將各種高分子聚合物制備成各種高分子材料及其產(chǎn)品的工作（即：“聚合物成型”研究），在這種工作過程中，既涉及到要了解被加工高分子化合物的各種性質(zhì)（分子量、分子間作用力、不同高分子的化學反應性質(zhì)），又要了解被加工后形成材料和產(chǎn)品的高分子聚合物凝聚態(tài)的結(jié)構(gòu)特點（結(jié)晶情況、取向情況、內(nèi)部形態(tài)），更要了解在加工過程中施加的外力及加工條件對不同聚合物分子運動產(chǎn)生的影響（流變情況、復雜流體相結(jié)構(gòu)及形態(tài)的演變情況），只有這樣，才能更好地掌握聚合物成型技術，用適當設備制備出充分體現(xiàn)高分子聚合物潛在性能的材料和產(chǎn)品。因此可以說在塑料加工過程中，存在著豐富的關于高分子的基礎性理論問題及實踐問題。用現(xiàn)有的人們已認識的各種高分子理論認識（高分子化學、高分子物理、聚合物成型等）來指導塑料加工過程，可以使我們制備出高質(zhì)量的材料和產(chǎn)品，而探究，升華在塑料加工過程中遇到的各種實踐問題，則是創(chuàng)新、豐富高分子各種理論知識的不竭源泉。
二、塑料加工領域中的基礎研究
根據(jù)現(xiàn)在看到的工作，塑料加工領域主要有以下5個方面的研究內(nèi)容，即：加工工藝研究，加工方法研究，設備及模具研究，流變學研究及新產(chǎn)品制備研究等。在這5個方面的研究工作中，都在不同程度上，既存在著基礎性研究課題，也存在著純應用目的的開發(fā)性研究工作，僅是不同工作者的側(cè)重點不同。在這5個方面工作中的基礎性研究內(nèi)容可以簡要歸納如下：
1、加工工藝研究。研究加工工藝中控制聚合物形態(tài)及結(jié)構(gòu)的原理及技術。代表性的工作，如：四川大學的“微晶自增強技術”研究，中科院廣州化學所的“晶須共混復合”技術研究等。
2、加工方法研究。研究不同外力、外場對大分子運動及聚合物結(jié)構(gòu)形成的影響，從而研發(fā)聚合物成型新原理、新技術。例如，華南理工大學開展的振動－剪切力成型技術（電磁動態(tài)成型原理及設備研究）；四川大學進行的微波場共混增容技術，力化學研究；固相加工技術及原理；工業(yè)中使用的流延膜的雙向拉伸技術等。
3.設備及模具研究。研究聚合物成型過程中不同外力的施加方式，有效控制聚合物流體在模具中流動情況的設備和模具。例如：華南理工大學研發(fā)的施加振動力疊加剪切力方式的新型電磁動態(tài)聚合物成型設備；四川大學研究的可對注塑成型施加垂直于注射流動方向的附加徑向注射的特殊模具研究；工業(yè)上使用的吹塑成型、吸塑成型等設備等。
4.新產(chǎn)品制備。研究新的反應加工技術，利用反應加工技術加工高熔點工程塑料，在螺桿中對聚合物改性，采用在螺桿中聚合、擠出方法制備高分子量聚苯乙烯（平均分子量>40萬）產(chǎn)品，以及淀粉等含H鍵聚合物的熔融加工研究等。例如：中科院長春應化所的稀土催化劑在螺桿中催化改性聚烯烴的技術，華東理工大學的螺桿中本體聚合、擠出制備高分子量苯乙烯產(chǎn)品的技術，華南理工大學、武漢華麗環(huán)保科技公司等單位的全淀粉塑料加工技術等。
5.加工過程流變學研究。從理論和實驗兩個方面研究聚合物加工過程中外場的變化、聚合物性質(zhì)的變化、設備結(jié)構(gòu)的變化等因素對聚合物復雜流體流變性能、結(jié)構(gòu)、形態(tài)變化的影響及演變規(guī)律。代表性的工作如：復旦大學的“低頻振動剪切對聚合物共混體系結(jié)構(gòu)和形態(tài)影響”的研究工作，上海交通大學對加工過程聚合物復雜流體流變理論的研究等工作。
三、塑料加工領域?qū)W術研究存在的問題
塑料加工研究既有學術性基礎研究的內(nèi)容，也有企業(yè)生產(chǎn)性制品開發(fā)研究的內(nèi)容，因人而異，不同人的工作可以側(cè)重不同的工作方面，但塑料加工領域的整體工作而言，“學術”，“加工”兩個方面的工作是統(tǒng)一的，不能偏廢任何一方面，相反，“學術”－“加工”應相輔相成。我們提倡在塑料制品加工的實踐中注意 發(fā)現(xiàn)－總結(jié)－升華 學術問題，這是高分子科學發(fā)展的源泉，也是塑料加工新技術的來源；同時提倡用高分子化學、高分子物理的學術知識對塑料加工予以理論指導，而高分子化學，高分子物理的學術研究也應當聯(lián)系塑料加工實踐中的實際學術問題，以便從中獲取豐富的學術思路。目前的狀況是，從事高分子化學，高分子物理研究的學者不了解塑料加工，不注意從塑料加工過程中選取研究課題，而塑料加工領域的學術界人員也不注意從加工研究中發(fā)現(xiàn)學術問題，而專注于從事本應屬于企業(yè)研發(fā)人員工作內(nèi)容的產(chǎn)品制作研究。
四、塑料加工領域潛在的重要基礎研究課題
根據(jù)目前塑料加工領域?qū)W術性基礎研究的現(xiàn)狀及國民經(jīng)濟對塑料制品的需求，對今后塑料加工領域應研究的基礎性課題歸納如下：
1. 塑料加工過程中對聚合物流體及其產(chǎn)物凝聚態(tài)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)控制的理論研究、新技術研究，這是研究充分發(fā)揮聚合物性能潛力獲得更好制品的途徑。
2. 多氫鍵聚合物（如PVA、纖維素等）的熔融加工，超高分子量聚合物的熔融加工，茂聚烯烴的熔融加工。多氫鍵聚合物涉及眾多天然高分子，解決它的熔融加工問題，可以開辟更多的高分子材料資源；超高分子量聚乙烯目前采用溶液法加工，由于溶液濃度低，影響了超高分子量聚乙烯纖維及后續(xù)復合材料產(chǎn)品的力學性能，如能熔融加工顯然有利于超高分子量聚乙烯產(chǎn)品性能的提高；茂聚烯烴分子量高，分子鏈規(guī)整度高，潛在著重要的力學性能，然而目前是采取加入分子量相對低一些的非茂聚烯烴進行共混的方式來對其進行加工的，這實際是降低了茂聚烯烴產(chǎn)品的潛在性能，如能直接對茂聚烯烴熔融加工，顯然將開發(fā)出性能更優(yōu)異的聚烯烴新產(chǎn)品。
3. 振動－剪切雙重力的作用方式對聚合物流變性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)的影響規(guī)律研究。這是一個新的加工原理，目前絕大多數(shù)塑料加工僅是靠剪切力作用來加工的，剪切力上疊加振動力后對聚合物流體的影響情況，我們還基本沒有認識，僅就目前發(fā)現(xiàn)的一些好苗頭而言，我們也應把其原理搞清搞透。
4. 塑料加工過程流變學研究。這是一個學術未知數(shù)十分豐富的研究領域 ，又是對工業(yè)生產(chǎn)十分有用的領域，希望今后在這個領域的基礎研究（理論研究或?qū)嶒炑芯浚┠芙o出描述聚合物加工過程中，流變、取向、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等性質(zhì)變化的方法及有關判據(jù)，從而最終打開塑料加工過程中的“黑箱子”操作。