塑料加工领域基础研究现状和潜在研究课题
胡汉杰
原国家基金委化学部高分子学科主任， 中国聚合网 总顾问，
一、塑料加工和基础研究
高分子科学的形成，是人类几千年（尤其是近百年）探索、使用高分子材料经验的结晶，是人类对高分子材料认识的升华。塑料加工直接从事着将各种高分子聚合物制备成各种高分子材料及其产品的工作（即：“聚合物成型”研究），在这种工作过程中，既涉及到要了解被加工高分子化合物的各种性质（分子量、分子间作用力、不同高分子的化学反应性质），又要了解被加工后形成材料和产品的高分子聚合物凝聚态的结构特点（结晶情况、取向情况、内部形态），更要了解在加工过程中施加的外力及加工条件对不同聚合物分子运动产生的影响（流变情况、复杂流体相结构及形态的演变情况），只有这样，才能更好地掌握聚合物成型技术，用适当设备制备出充分体现高分子聚合物潜在性能的材料和产品。因此可以说在塑料加工过程中，存在着丰富的关于高分子的基础性理论问题及实践问题。用现有的人们已认识的各种高分子理论认识（高分子化学、高分子物理、聚合物成型等）来指导塑料加工过程，可以使我们制备出高质量的材料和产品，而探究，升华在塑料加工过程中遇到的各种实践问题，则是创新、丰富高分子各种理论知识的不竭源泉。
二、塑料加工领域中的基础研究
根据现在看到的工作，塑料加工领域主要有以下5个方面的研究内容，即：加工工艺研究，加工方法研究，设备及模具研究，流变学研究及新产品制备研究等。在这5个方面的研究工作中，都在不同程度上，既存在着基础性研究课题，也存在着纯应用目的的开发性研究工作，仅是不同工作者的侧重点不同。在这5个方面工作中的基础性研究内容可以简要归纳如下：
1、加工工艺研究。研究加工工艺中控制聚合物形态及结构的原理及技术。代表性的工作，如：四川大学的“微晶自增强技术”研究，中科院广州化学所的“晶须共混复合”技术研究等。
2、加工方法研究。研究不同外力、外场对大分子运动及聚合物结构形成的影响，从而研发聚合物成型新原理、新技术。例如，华南理工大学开展的振动－剪切力成型技术（电磁动态成型原理及设备研究）；四川大学进行的微波场共混增容技术，力化学研究；固相加工技术及原理；工业中使用的流延膜的双向拉伸技术等。
3.设备及模具研究。研究聚合物成型过程中不同外力的施加方式，有效控制聚合物流体在模具中流动情况的设备和模具。例如：华南理工大学研发的施加振动力叠加剪切力方式的新型电磁动态聚合物成型设备；四川大学研究的可对注塑成型施加垂直于注射流动方向的附加径向注射的特殊模具研究；工业上使用的吹塑成型、吸塑成型等设备等。
4.新产品制备。研究新的反应加工技术，利用反应加工技术加工高熔点工程塑料，在螺杆中对聚合物改性，采用在螺杆中聚合、挤出方法制备高分子量聚苯乙烯（平均分子量>40万）产品，以及淀粉等含H键聚合物的熔融加工研究等。例如：中科院长春应化所的稀土催化剂在螺杆中催化改性聚烯烃的技术，华东理工大学的螺杆中本体聚合、挤出制备高分子量苯乙烯产品的技术，华南理工大学、武汉华丽环保科技公司等单位的全淀粉塑料加工技术等。
5.加工过程流变学研究。从理论和实验两个方面研究聚合物加工过程中外场的变化、聚合物性质的变化、设备结构的变化等因素对聚合物复杂流体流变性能、结构、形态变化的影响及演变规律。代表性的工作如：复旦大学的“低频振动剪切对聚合物共混体系结构和形态影响”的研究工作，上海交通大学对加工过程聚合物复杂流体流变理论的研究等工作。
三、塑料加工领域学术研究存在的问题
塑料加工研究既有学术性基础研究的内容，也有企业生产性制品开发研究的内容，因人而异，不同人的工作可以侧重不同的工作方面，但塑料加工领域的整体工作而言，“学术”，“加工”两个方面的工作是统一的，不能偏废任何一方面，相反，“学术”－“加工”应相辅相成。我们提倡在塑料制品加工的实践中注意 发现－总结－升华 学术问题，这是高分子科学发展的源泉，也是塑料加工新技术的来源；同时提倡用高分子化学、高分子物理的学术知识对塑料加工予以理论指导，而高分子化学，高分子物理的学术研究也应当联系塑料加工实践中的实际学术问题，以便从中获取丰富的学术思路。目前的状况是，从事高分子化学，高分子物理研究的学者不了解塑料加工，不注意从塑料加工过程中选取研究课题，而塑料加工领域的学术界人员也不注意从加工研究中发现学术问题，而专注于从事本应属于企业研发人员工作内容的产品制作研究。
四、塑料加工领域潜在的重要基础研究课题
根据目前塑料加工领域学术性基础研究的现状及国民经济对塑料制品的需求，对今后塑料加工领域应研究的基础性课题归纳如下：
1. 塑料加工过程中对聚合物流体及其产物凝聚态的形态、结构控制的理论研究、新技术研究，这是研究充分发挥聚合物性能潜力获得更好制品的途径。
2. 多氢键聚合物（如PVA、纤维素等）的熔融加工，超高分子量聚合物的熔融加工，茂聚烯烃的熔融加工。多氢键聚合物涉及众多天然高分子，解决它的熔融加工问题，可以开辟更多的高分子材料资源；超高分子量聚乙烯目前采用溶液法加工，由于溶液浓度低，影响了超高分子量聚乙烯纤维及后续复合材料产品的力学性能，如能熔融加工显然有利于超高分子量聚乙烯产品性能的提高；茂聚烯烃分子量高，分子链规整度高，潜在着重要的力学性能，然而目前是采取加入分子量相对低一些的非茂聚烯烃进行共混的方式来对其进行加工的，这实际是降低了茂聚烯烃产品的潜在性能，如能直接对茂聚烯烃熔融加工，显然将开发出性能更优异的聚烯烃新产品。
3. 振动－剪切双重力的作用方式对聚合物流变性质、结构、形态的影响规律研究。这是一个新的加工原理，目前绝大多数塑料加工仅是靠剪切力作用来加工的，剪切力上叠加振动力后对聚合物流体的影响情况，我们还基本没有认识，仅就目前发现的一些好苗头而言，我们也应把其原理搞清搞透。
4. 塑料加工过程流变学研究。这是一个学术未知数十分丰富的研究领域 ，又是对工业生产十分有用的领域，希望今后在这个领域的基础研究（理论研究或实验研究）能给出描述聚合物加工过程中，流变、取向、结构、形态等性质变化的方法及有关判据，从而最终打开塑料加工过程中的“黑箱子”操作。