第一章 绪论
第一节 高分子材料成型概述
高分子材料是人类现代生活中应用极为广泛且不可缺少的材料，它是以高分子化合物为基础，添加不同助剂或添加剂形成的材料，主要包括橡胶、塑料、纤维、涂料和胶黏剂五大类。高分子材料具有独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，广泛用于科学研究、国防建设和国民经济等各个领域，成为现代社会生活中衣食住行各个方面不可或缺的材料。很多天然材料是高分子材料，如天然橡胶、棉花等。生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、塑料、橡胶、纤维等，其中塑料产量昀大，主要用于制作包装材料、结构材料、建筑材料、交通运输材料、电子材料、智能材料等；橡胶主要用于制造轮胎；纤维主要用于服装领域。本书重点讨论塑料及其制品的成型工艺，以及橡胶制品的成型工艺。
2018年，全球塑料制品总产量达到4.2亿吨。近年来，我国塑料制品行业保持快速发展的态势，产销量都位居全球*位，其中塑料制品产量占世界总产量的20%以上。根据国家统计局公布的数据，至2018年，合成树脂产量上升至8558万吨，年复合增长率达6.31%。根据中国海关总署的数据，中国塑料制品行业出口数量从2013年的851万吨，上升至2019年的1401万吨，其年复合增长率超过8%，高于同期我国的外贸出口增长水平，也高于同期国内经济增长速度。在众多塑料品种中，昀主要的几种塑料——聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二酯（PET）占全球消费量的70%以上。2019年，我国合成橡胶产量达到733.8万吨，累计增长11.0%。同年，我国天然橡胶和合成橡胶共计消费量为1668万吨，同比上升8.5%，总量在全球占比超过50%。
一、高分子材料成型加工技术
高分子材料成型是将各种形态（粉料、粒料、溶液和分散体）的材料通过一定的方法制成所需形状的制品或坯件的过程。
高分子制品的成型过程是非常复杂的过程，成型的目的是根据材料的特有性能，利用不同的方法使其成为具有一定形状和使用价值的制件。成型过程涉及的影响因素主要包括成型选用的物料、成型设备和成型工艺，三者之间相辅相成、相互影响。好的成型过程需要从材料优选、设备选型和工艺优化三方面协调考虑，才能得到性价比高、具备市场竞争力的高分子材料制品。
高分子材料成型加工技术属于高分子材料加工工程学，是以高分子材料、高分子物理、高分子助剂等知识为基础，研究将高分子材料转变为高分子制品的方法与技术，涉及传质传热、固体力学、高分子材料熔体流变学等基本工程原理。
高分子材料成型加工是整个高分子工业中的一个重要环节，与树脂合成工业、高分子材料改性工业、模具及塑料机械工业密不可分。树脂合成工业提供各种合成树脂原料；高分子材料改性工业提供塑料用各种添加剂及改性塑料；模具及塑料机械工业提供各种成型模具和成型设备；高分子材料成型加工则进行各种塑料制品的制造。四大行业相互依存、相互发展，缺一不可。高分子材料成型加工技术的发展与塑料机械工业的进步息息相关，同时也与树脂和改性材料的升级换代一脉相连。
所有的高分子材料，无论是高端的柔性屏，还是日常生活中用到的塑料瓶，它们的价值都是以制品为载体实现的，因此高分子材料成型加工是体现和提升高分子材料价值的重要途径，也是高分子工业昀重要的一环。
二、高分子材料成型加工技术分类
高分子材料应用领域广泛，成型方法也很多，按成型类别可分为一次成型技术、二次成型技术和二次加工技术。
一次成型技术是指将高分子材料加热到黏流温度或熔融温度以上借助熔体的黏流态实现造型。一次成型能将塑料原材料转变成具有一定形状和尺寸要求的制品或半成品，目前生产上广泛采用的挤出、注射、压延、压制、浇铸、涂覆等均为一次成型。一次成型所用原料称为成型物料，通常为粉料、粒料、纤维增强粒料、片料、糊料、碎屑料等。
二次成型技术是指将一次成型半成品作为原料，借助高分子材料的高弹态实现塑料制品的再次成型或变形的技术。二次成型既能改变一次成型所得塑料半成品（如型材和坯件等）的形状和尺寸，又不会使其整体性能受到破坏。目前，生产上采用的双轴拉伸成型、中空吹塑成型和热成型等均为二次成型技术。
二次加工技术是在保持一次成型或二次成型产物固态不变的条件下，为改变其形状、尺寸和表观性质所进行的各种工艺操作，也称为“后加工技术”。二次加工技术大致可分为机械加工、连接加工和修饰加工三类方法。
第二节 我国塑料工业和橡胶工业的发展
自1872年酚醛树脂（PF）问世以来，高分子工业经历了起步和快速发展阶段。在人类使用的四大主要材料（木材、水泥、金属材料和高分子材料）中，高分子材料的发展速度昀快，在20世纪90年代高分子材料的用量就已超过金属材料，且目前依然处于快速发展中。
高分子材料经历了通用塑料、工程塑料和特种工程塑料的发展阶段，目前已发展出了导电高分子材料和生物医用高分子材料，不断满足人们对便捷生活的新需求，为人类文明的进步不断添砖加瓦。
一、我国塑料工业的发展
随着经济增长及工业技术的快速发展，我国塑料工业取得了巨大的进展与成就。新中国成立前，我国合成树脂总产量不足300t，只有赛璐珞和酚醛树脂两个品种，塑料制品也仅有千吨左右。新中国成立70多年间，我国合成树脂总产量增长迅速，2019年1～5月合成树脂产量达3785.7万吨，塑料制品总产量达2886.5万吨。根据新中国成立70多年来塑料的发展变化，结合社会及经济发展，可将我国塑料工业的发展分为五个阶段：诞生阶段（1949～1957年）、发展阶段（1959～1978年）、高速发展阶段（1979～2000年）、跨越式发展阶段（2001～2010年）、战略发展阶段（2011年至今），具体介绍如下。
诞生阶段（1949～1957年）。20世纪初，我国上海已开始生产塑料制品，但由于当时国内社会环境动荡，塑料工业并未得到充分发展，因此将国内塑料工业的诞生阶段从新中国成立之日算起。新中国成立初期，百废待兴，塑料产量非常少。1949年，我国合成树脂产量不足300t，塑料制品仅有千吨，且合成树脂的原料也比较单一，主要是乙醇和煤焦油，树脂品种主要是热固性酚醛树脂，还有一些氨基树脂、有机硅、赛璐珞、醋酸纤维素、硝酸纤维素、有机玻璃和酪素树脂等，塑料加工制品也只是一些电器开关、文教用品和塑料玩具等，工厂多集中在上海、天津、广州等地，规模都很小，基本无塑料助剂生产，但开始有工厂生产塑料机械和一些简单的模具。截至1957年，国内合成树脂产量为1.3万吨，塑料制品产量为1.4万吨。
发展阶段（1958～1978年）。1958年，PVC树脂在锦西投产，标志着我国塑料工业进入新的阶段。继PVC树脂投产后，低密度聚乙烯（LDPE）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、PS等热塑性树脂相继投产，并且国内也开始研究和试生产部分热塑性工程塑料，如聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）等，树脂品种也逐步由热固性树脂向热塑性树脂转变，生产的原料虽然仍是乙醇和煤焦油居多，但已经开始向石油转变。生产基地新增了北京、上海、辽宁三大石化基地，塑料的产量也有了显著的增长，截至1978年，我国合成树脂年产量达67.85万吨，塑料制品产量达92.26万吨，实现了跨越式增长。与此同时，塑料制品的品种也得以丰富，如板、管、丝、膜等大宗塑料制品均得到生产应用，并且可以生产一些通用的塑料助剂，如增塑剂邻苯二甲酸酯、稳定剂三盐基硫酸铅、发泡剂偶氮二甲酰胺，国内也有专业的生产塑料模具的工厂，这个阶段初步奠定了我国塑料工业的基础。
高速发展阶段（1979～2000年）。自1978年实施改革开放政策以后，国内开始大规模地从国外进口乙烯制备装置，20世纪80年代，大庆、齐鲁、扬子、上海石化引进了4套30万吨的乙烯制备装置，并以此为主体形成了兰州、上海金山、上海高桥、北京燕山、辽宁辽阳、吉林、黑龙江大庆、山东齐鲁、南京扬子、广东茂名等十大石化基地；1995年，国内石化基地继续扩大，独山子、天津、广东茂名、中原等石化基地崛起，另外北京燕山、黑龙江大庆、山东齐鲁、南京扬子工程扩建，中国石化产业发展空前繁盛。随着石化产业的飞速发展，国内塑料制品产量也以每年12%的增速高速增长，截至1996年，我国塑料制品产量超过1500万吨，跃居世界第二位。1990～1999年的十年间，国内合成树脂平均增长率高达15.34%。
在这个阶段，国内塑料加工业也通过引进欧、美、日等地区和国家的先进加工设备和生产线，提高了加工能力、机械化水平及塑料制品的质量档次，提升了制品的开发能力。
跨越式发展阶段（2001～2010年）。进入21世纪，我国塑料工业规模持续扩大，2000～2005年，合成树脂年均增长11.8%，约为世界年均增长的3倍，2005年我国合成树脂产量创新高，达2142万吨，超预期完成“十五”计划。“十一五”时期（2006～2010年）是我国塑料工业史上综合实力发展较快、发展成效显著、技术进步大为提升的五年，全行业共有9.5万多家企业，塑料制品业规模以上企业工业总产值从2006年的6853.36亿元增长到2010年的1.42万亿元，年均增长20.06%；塑料制品产量从2006年的2801万吨增长到2010年的5830.38万吨，年均增长20.1%。这十年间塑料制品产量实现了翻番的增长，与此同时，塑料制品业的产业规模、主要经济指标、技术水平、从业人数均得到了长足的发展。相应地，我国塑料制品出口及塑料机械出口能力不断提升，2010年塑料制品出口量及出口额分别达到1462万吨及359亿美元。
战略发展阶段（2011年至今）。自党的十八大以来，我国塑料工业开始从量的高速增长期向质的飞跃期过渡，进入调整优化结构、转变发展方式、提升产业素质的战略性调整阶段。在“十二五”期间，我国塑料制品产销量都位居全球*位，其中塑料制品产量约占世界总产量的20%，塑料加工业规模以上企业由2011年的12963家增加到2016年的15000家，同期，规模以上企业主营业务收入从15583.74亿元增长至22855.10亿元，年复合增长率为7.96%。
然而，随着塑料行业的大发展，其污染环境的弊端逐渐显现，为了加强塑料行业的可持续发展，近几年，我国发布了多项塑料行业的法律法规，如2017年的“国门利剑2017”联合专项行动，2018年的环保税、《废塑料综合利用行业规范条件》以及2015年吉林省“禁塑令”，2019年上海强制垃圾分类正式施行与“无废城市”试点工作的开展等。从这些政策都可以看出，我国对塑料行业的监管正在逐步收紧，塑料行业生产逐步向绿色低碳化、环境友好化、规范化转变，塑料产品将向可降解、无害化转变。
随着“工业4.0”的提出，全球以高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命正式拉开，一轮产业革命的浪潮即将来袭。十九大报告中明确指出，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合，支持传统产业优化升级。目前已经有一批塑料企业先行，在人工智能、物联网、大数据等方面进行了有力的探索和实践。
通过70多年的不断努力，我国塑料工业已跻身于世界塑料强国的行列，整体优势在不断增强。新时期，塑料工业的发展将结合新技术、新产业和新业态，不断加大科研投入，加大力度开发推广可循环回收、可降解的替代品，寻求在制品、原料、助剂、塑料加工设备、塑料加工模具等领域的全新突破，注重品质、品种、品牌及精品制造，争取部分产品达到国际领先水平，部分技术达到世界领先水平，实现主要产品及配件能够满足国民经济和社会发展尤其是高端领域的需求。全力推进塑料加工业科技创新引领产业链协同高质量发展，完成产业强国的目标。
二、我国橡胶工业的发展
橡胶工业是国民经济的重要基础产业之
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