高分子材料成型加工技術(shù)的哲學(xué)思考

高分子材料成型加工技術(shù)的哲學(xué)思考

辯證論義認(rèn)為，整個(gè)世界是由物質(zhì)統(tǒng)一的。所有事物和現(xiàn)象都是相互聯(lián)系、相互依賴(lài)、相互制約的，在一定條件下，它們會(huì)相互交織。人類(lèi)對(duì)自然界的研究愈深入,就愈認(rèn)識(shí)到各種事物之間相互聯(lián)系、相互影響的密切性,在現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中,雖然各學(xué)科有其相對(duì)獨(dú)立的內(nèi)容,但同時(shí)也應(yīng)看到各學(xué)科之間的相互交叉、滲透的關(guān)系。華南理工大學(xué)聚合物電磁動(dòng)態(tài)成型新技術(shù),就是學(xué)科交叉、滲透的成功范例。從哲學(xué)的意義上來(lái)講,聚合物成型加工技術(shù)的研究和發(fā)展過(guò)程是唯物辯證法的思維方法在實(shí)際工作中的運(yùn)用。一、聚合物成型加工技術(shù)的發(fā)展前景現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展,要求各學(xué)科相互交叉、滲透。在這種情況下,人們必然會(huì)沖破各種學(xué)科之間傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)壁壘,在相鄰甚至相距甚遠(yuǎn)的學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)探索、發(fā)掘,使現(xiàn)代科學(xué)走上日益整體化的道路?？茖W(xué)知識(shí)的整體化既表現(xiàn)為各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)部成分之間的綜合、聯(lián)系及相互作用的加強(qiáng)(學(xué)科內(nèi)部的綜合);又表現(xiàn)為不同科學(xué)知識(shí)領(lǐng)域之間,不同學(xué)科之間的綜合、聯(lián)系及相互作用的加強(qiáng),認(rèn)識(shí)方法的相互滲透和相互補(bǔ)充(學(xué)科之間的綜合)。這種整體化趨勢(shì),改造了原有學(xué)科,發(fā)展了新學(xué)科,從而深化了人類(lèi)對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)。聚合物成型加工是一門(mén)交叉性學(xué)科。我們已充分認(rèn)識(shí)到:對(duì)聚合物成型加工技術(shù)的研究,只有在與工程數(shù)學(xué)、力學(xué)、自動(dòng)控制工程、電子學(xué)、電磁學(xué)、高分子材料學(xué)、化工原理、計(jì)算技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用緊密聯(lián)系起來(lái)的基礎(chǔ)上,才能具有寬廣的發(fā)展前景。例如,由本人發(fā)明的世界領(lǐng)先的塑料電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出設(shè)備,僅擠出機(jī)主機(jī)部分的設(shè)計(jì)就涉及到機(jī)械學(xué)、電機(jī)學(xué)、數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、化工原理、自動(dòng)控制工程、電子學(xué)、電磁學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、高分子材料學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)和儀表測(cè)量等學(xué)科,需要運(yùn)用強(qiáng)度理論、傳質(zhì)傳熱理論、電磁場(chǎng)理論、自動(dòng)控制理論、聚合物流變學(xué)理論等等。它是一項(xiàng)成功的高科技產(chǎn)品,是學(xué)科交叉滲透及其綜合的結(jié)果。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特點(diǎn)之一是任何學(xué)科都在吸收和運(yùn)用其它學(xué)科的成果、原理、技術(shù)、方法來(lái)充實(shí)與發(fā)展本學(xué)科。這實(shí)質(zhì)上也是在進(jìn)行某種程度的綜合。我們可以看到,在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的當(dāng)今世界,已為技術(shù)的綜合創(chuàng)造了物質(zhì)條件。任何一個(gè)國(guó)家,為了提高其在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力,都必須使本國(guó)高技術(shù)化。他們常常通過(guò)兩種以上不同領(lǐng)域的技術(shù),創(chuàng)造出全新的技術(shù)領(lǐng)域。已經(jīng)研究成功的塑料電磁態(tài)塑化擠出設(shè)備,正在開(kāi)發(fā)的塑料電磁動(dòng)態(tài)注塑機(jī)和塑料電磁動(dòng)態(tài)混煉機(jī)等,就是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上交叉滲透,創(chuàng)造性地重新優(yōu)化組合而取得技術(shù)突破的一個(gè)范例。聚合物電磁動(dòng)態(tài)塑化成型新技術(shù)適應(yīng)了多學(xué)科交叉綜合這一現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基本趨勢(shì),吸收和運(yùn)用了各交叉學(xué)科的成果,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的更高層次上的綜合與創(chuàng)造。當(dāng)然,我們還應(yīng)看到,聚合物成型加工學(xué)科內(nèi)部的聯(lián)系與綜合作用,也促進(jìn)和推動(dòng)了本學(xué)科的發(fā)展。人類(lèi)對(duì)聚合物成型加工具備的知識(shí)從點(diǎn)滴的感性認(rèn)識(shí)到分門(mén)別類(lèi)、自成體系的學(xué)說(shuō)的建立,經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。認(rèn)識(shí)和研究的不斷深入,又促進(jìn)了現(xiàn)代聚合物加工的各種新學(xué)說(shuō)的形成,并推動(dòng)了聚合物電磁動(dòng)態(tài)塑化成型新技術(shù)的創(chuàng)立和逐步完善。二、高材料固產(chǎn)加工技術(shù)的辯證思維(一)結(jié)構(gòu)與性能的相互轉(zhuǎn)化在高分子材料成型加工技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中,一個(gè)極其重要的問(wèn)題就是要正確處理加工條件、材料結(jié)構(gòu)和制品性能三者之間辯證關(guān)系。我們知道,材料只有通過(guò)加工才能成為制品,加工處在中間位置,我們不僅要考慮加工條件與兩者之間的關(guān)系,還要考慮材料與性能兩者之間的關(guān)系。首先,結(jié)構(gòu)與性能是高分子材料存在的兩種基本屬性,是材料內(nèi)部微觀分子運(yùn)動(dòng)方式和外部宏觀性能表現(xiàn)的充分反映。在自然界中,材料的結(jié)構(gòu)與性能總是不可分割的,它們之間的聯(lián)系是復(fù)雜的和多樣性的,同時(shí)又是相互制約的。一方面,結(jié)構(gòu)決定性能,有什么樣的物質(zhì)結(jié)構(gòu)就有什么樣的與之相聯(lián)系的特定性能。聚合物材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化、錯(cuò)綜復(fù)雜的,在聚合物結(jié)構(gòu)中,首先接觸到的是它的宏觀結(jié)構(gòu),即聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。在聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中又有晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)不同,性能也不同,如晶態(tài)結(jié)構(gòu)的彈性、拉力、韌性就不如非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。在聚合物的微觀結(jié)構(gòu)中,最基本的就是分子鏈的結(jié)構(gòu),在分子鏈結(jié)構(gòu)中又有遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)和近程結(jié)構(gòu)之分。在近程結(jié)構(gòu)中,包括結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、鍵合方式與順序、立體構(gòu)型與空間排列、支化與交聯(lián)等。在遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)中,不同大小與形態(tài)的分子也形成一定的關(guān)系。高分子材料的近程結(jié)構(gòu)與遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)性能差異很大,近程結(jié)構(gòu)比遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)要牢固、有序,并能較好地進(jìn)行定量研究,遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)則相對(duì)松散無(wú)序,難于進(jìn)行定量考察。另一方面,性能又具有相對(duì)獨(dú)立性,性能反映結(jié)構(gòu),又可反作用于結(jié)構(gòu)。性能的反作用說(shuō)明性能與結(jié)構(gòu)之間是既相適應(yīng)、又相矛盾的統(tǒng)一體。相對(duì)保守的結(jié)構(gòu)要支配控制性能的大小、范圍和水平,而相對(duì)活躍的性能在環(huán)境影響下的變異,又反過(guò)來(lái)影響結(jié)構(gòu),引起結(jié)構(gòu)變化,突破原有結(jié)構(gòu)束縛。兩者的對(duì)立與統(tǒng)一,是材料逐步失效的原因之所在,同時(shí)也是我們不斷優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)與性能的依據(jù)。然而,在一定的條件下,結(jié)構(gòu)與性能的相互轉(zhuǎn)化可通過(guò)使用各種聚合物成型加工裝備,改變成型加工條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在聚合物的成型加工中,高分子本身要經(jīng)受熱、機(jī)械剪切甚至機(jī)械振動(dòng)場(chǎng)的作用,通過(guò)一定形狀的模具,被制成固定形狀的制品。在此過(guò)程中,高分子本身微觀結(jié)構(gòu)要發(fā)生一系列的變化,即分子鏈聚集態(tài)的變化,流動(dòng)的變化,結(jié)晶或取向的變化等。聚合物聚集態(tài)的變化是由聚合物的分子結(jié)構(gòu)和成型條件決定的。這就是說(shuō),聚合物的分子結(jié)構(gòu)決定了材料的基本性質(zhì),成型加工條件是影響聚合物聚集態(tài)的重要因素。為了獲得某種特定的性能,需要改變?cè)摲N材料的形態(tài)結(jié)構(gòu),如通過(guò)粒子填充、共混改性等,從這種意義上來(lái)說(shuō),結(jié)構(gòu)與性能之間可發(fā)生因果關(guān)系的轉(zhuǎn)化。合理正確地選擇成型加工裝備及加工條件,是材料成為制品前必不可少的中間環(huán)節(jié),它直接影響到制品的亞微形態(tài),因而最終決定了制品的力學(xué)性能和材料的應(yīng)用范圍。因此加工條件、材料結(jié)構(gòu)與制品性能三者之間的關(guān)系在聚合物材料成型加工技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域里是相輔相成、缺一不可的。正確認(rèn)識(shí)和理解加工條件、材料結(jié)構(gòu)與制品性能三者之間的辯證關(guān)系,對(duì)合理設(shè)計(jì)和選用成型加工裝備以及合理選擇和使用材料是至關(guān)重要的。目前,聚合物成型加工技術(shù)的研究已成為溝通聚合物生成、改性、加工和應(yīng)用的橋梁。結(jié)構(gòu)方法對(duì)我們認(rèn)識(shí)和研究聚合物材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是一種重要的、行之有效的普遍方法。它可以幫助我們了解聚合物的微觀和亞微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀物理性能之間的關(guān)系,指導(dǎo)我們正確地選擇和使用聚合物材料,更好地掌握聚合物的成型加工工藝條件;同時(shí),通過(guò)不同的成型加工裝備,利用不同的機(jī)械方法和途徑改變聚合物的相應(yīng)形態(tài)結(jié)構(gòu),又可以有效地改進(jìn)其性能,設(shè)計(jì)并合成具有指定性能的聚合物材料。從結(jié)構(gòu)決定性能、性能反映結(jié)構(gòu)并且反作用于結(jié)構(gòu)的基本原則出發(fā),既可以根據(jù)已知對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu),來(lái)推測(cè)預(yù)見(jiàn)對(duì)象的性能,也可以根據(jù)已知對(duì)象的性能,來(lái)推測(cè)預(yù)見(jiàn)對(duì)象的結(jié)構(gòu),從而結(jié)合人們的需要,或改變結(jié)構(gòu)、或改變性能,實(shí)現(xiàn)人們充分利用和改造自然的目的。例如,我們?cè)谘芯克芰想姶艅?dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)施加機(jī)械振動(dòng)以后,吹塑成型的薄膜由于改變了塑料的分子排列,得到了雙向近乎同性的薄膜,其縱橫向拉伸強(qiáng)度不僅各自有較大的提高,而且縱橫向的強(qiáng)度也比較接近,從而改變了傳統(tǒng)擠出機(jī)吹塑的薄膜橫向強(qiáng)度弱(由于各向異性引起)的缺點(diǎn),這樣就大大改善了塑料管膜的性能,擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。正確對(duì)待上述三者之間的辯證關(guān)系,是我們進(jìn)行聚合物成型加工技術(shù)研究的根本出發(fā)點(diǎn)。為了更好地利用成型加工條件來(lái)為材料結(jié)構(gòu)與性能的研究提供積極的指導(dǎo)作用,必須采用最佳的成型加工條件和合理的形狀設(shè)計(jì),從而有利于研究材料在熱和機(jī)械力的作用后所形成的與原材料結(jié)構(gòu)可能會(huì)有很大差別的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài),有利于開(kāi)發(fā)新的聚合物材料和充分挖掘聚合物材料潛能。同時(shí),也必須對(duì)聚合物鏈的構(gòu)象用統(tǒng)計(jì)方法處理,使材料的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)和宏觀力學(xué)量加以關(guān)聯(lián),并引進(jìn)溫度、時(shí)間和拉伸速率等外界因素。只有這樣建立起來(lái)的理論模型,才能真正反映事物之間的內(nèi)在本質(zhì),才能解決實(shí)際問(wèn)題,才能有發(fā)展的潛力。由此建立起來(lái)的模型使我們能在聚合物成型加工領(lǐng)域里描述許許多多的內(nèi)在物理規(guī)律。目前正在發(fā)展中的聚合物反應(yīng)成型新技術(shù),它從聚合物材料的配方、反應(yīng)、合成、加工、成型定型直至制品等全過(guò)程,絕大部分工作是在聚合物的反應(yīng)成型加工裝備中完成,因而在研究聚合物反應(yīng)成型裝備中,更是集中地體現(xiàn)了材料的結(jié)構(gòu)、制品性能和成型加工條件三者之間的辯證關(guān)系。(二)混合過(guò)程的實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)是根據(jù)其所要求達(dá)到的功能來(lái)設(shè)計(jì)的,功能的實(shí)現(xiàn)要依賴(lài)加工裝備的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)與功能兩者是相互作用、相互聯(lián)系和相互依存的。結(jié)構(gòu)和功能是研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域最重要的一對(duì)矛盾范疇,深入理解這對(duì)矛盾,對(duì)聚合物成型裝備的研究和設(shè)計(jì)工作具有特別重要的意義。唯物辯證法認(rèn)為,結(jié)構(gòu)是物質(zhì)形態(tài)的普遍屬性,是事物的各種要素內(nèi)在聯(lián)系與組織方式;功能則是指特定結(jié)構(gòu)的事物在內(nèi)部與外部的聯(lián)系與關(guān)系中,表現(xiàn)出來(lái)的特定能力。我們要研究的機(jī)械結(jié)構(gòu)是處于宏觀層次上的人工結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)是以一定的基本加工功能為目的的機(jī)械有機(jī)組合。例如,聚合物加工機(jī)械中擠出機(jī)的基本功能,是將熱塑性聚合物進(jìn)行塑化、熔融等,再通過(guò)金屬口模連續(xù)擠出,得到所希望的截面形狀不變的制品,注塑機(jī)的基本功能是將熱塑性聚合物材料加熱熔融成流動(dòng)態(tài)(塑化態(tài)),施以高壓注射進(jìn)模具,經(jīng)過(guò)保壓,依靠冷卻或加熱而固化,然后從模具中得到所要求的各種制品;壓延機(jī)的基本功能是把聚合物在兩個(gè)或多個(gè)輥筒間隙處進(jìn)行混煉并輾壓熔體聚合物使之成為薄膜及片型。這些聚合物加工設(shè)備都具有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及零部件形狀,而這些結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)其功能所必需的。所以,任何一部機(jī)械設(shè)備的任何一個(gè)結(jié)構(gòu)都必須以實(shí)現(xiàn)功能為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ),功能是結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。結(jié)構(gòu)合理,其功能才可能正常發(fā)揮,結(jié)構(gòu)優(yōu)化,才會(huì)有優(yōu)化的功能。功能不是消極的,它對(duì)結(jié)構(gòu)又有反作用,并影響結(jié)構(gòu)的組成與變化。掌握結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,就可以通過(guò)功能來(lái)設(shè)計(jì)或推測(cè)其結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)是功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),但一種功能可以有多種結(jié)構(gòu)與之相對(duì)應(yīng)。結(jié)構(gòu)的多樣化為功能的實(shí)現(xiàn)展開(kāi)了更廣闊的途徑?；旌鲜蔷酆衔锛庸ぶ懈黝?lèi)機(jī)械設(shè)備都應(yīng)具有的一種功能,因?yàn)橹破返臋C(jī)械、物理、化學(xué)性能及其外觀強(qiáng)烈地依賴(lài)于組成成分的均勻性。這種基本操作在現(xiàn)代聚合物成型裝備的設(shè)計(jì)方法中可以被抽象為“結(jié)合”與“擴(kuò)散”操作的實(shí)現(xiàn)。這不只局限于某種結(jié)構(gòu),而是把具有這種功能的各種機(jī)械都列入可考慮結(jié)構(gòu)的范圍之內(nèi)。如,機(jī)械方法有拉、壓、拖曳、剪切、彎曲、振動(dòng),物理方法有分子擴(kuò)散、振動(dòng)擴(kuò)散和整體擴(kuò)散等等。在了解了這些機(jī)理后,我們又可通過(guò)加工對(duì)象即聚合物的特性去考慮其可能的結(jié)構(gòu)。如對(duì)粒狀固體進(jìn)行混合時(shí),其結(jié)構(gòu)可考慮為轉(zhuǎn)筒型的、攪動(dòng)螺帶型的及流態(tài)化床型的。當(dāng)考慮低粘度聚合物進(jìn)行混合時(shí),可有葉輪型結(jié)構(gòu),葉輪形狀又可以是各種形式的。葉輪還可以有各種排布,當(dāng)要求連續(xù)混合時(shí),以單、雙螺桿為基礎(chǔ),其結(jié)構(gòu)也是多樣的,有主、副螺紋螺桿,高速混煉型螺桿,高剪切擋板型螺桿,螺桿銷(xiāo)釘型及機(jī)筒銷(xiāo)釘型螺桿等等。由此可見(jiàn),可以在多變的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)相同的功能。同一結(jié)構(gòu)部件在不同的技術(shù)系統(tǒng)中起的作用可以不同,即同一結(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)合下,可以表現(xiàn)出不相同的功能。例如,同樣是螺桿,加工塑料的擠出機(jī)螺桿的功能就不同于加工橡膠的擠出機(jī)螺桿的功能。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)加工塑料和橡膠的螺桿時(shí),根據(jù)塑料和橡膠的具體加工特性來(lái)分別設(shè)計(jì)螺桿,以利于聚合物的粘度降低,使能耗降低。一個(gè)功能可以通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),反之,一個(gè)結(jié)構(gòu)也能達(dá)到幾個(gè)目的,即一機(jī)多功能也是現(xiàn)代聚合物加工裝備所追求的。例如,橡膠熱喂料擠出機(jī)的功能只是塑化成型物料,當(dāng)希望機(jī)械占地面積小、效率高時(shí),就可以通過(guò)改進(jìn)螺桿的結(jié)構(gòu),使冷喂料橡膠擠出機(jī)同時(shí)具有固體輸送、塑化、增壓、泵送、混合擠出成型及排氣等功能,從面提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量。結(jié)構(gòu)是否合理又都體現(xiàn)在所實(shí)現(xiàn)的功能上,同時(shí)功能可以反作用于結(jié)構(gòu)。達(dá)不到功能的結(jié)構(gòu),就需要改進(jìn),促使我們重新考慮結(jié)構(gòu)方案,以實(shí)現(xiàn)所要求的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)功能是因,結(jié)構(gòu)是果;成型加工時(shí),結(jié)構(gòu)是因,功能是果,這是一組辯證關(guān)系。根據(jù)確定的功能選擇結(jié)構(gòu)時(shí),要考慮協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)成。改變結(jié)構(gòu)聯(lián)系形態(tài)和環(huán)節(jié)是現(xiàn)代聚合物成型加工裝備設(shè)計(jì)與研究中所要達(dá)到的另一途徑。在確定目的的功能之后,找出主要功能的基本原理,對(duì)整體系統(tǒng)因果關(guān)系進(jìn)行設(shè)想,并通過(guò)規(guī)定的基本功能和分功能連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一部機(jī)械設(shè)備,重要部件性能的優(yōu)劣將影響著功能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)劣,這體現(xiàn)在功能實(shí)現(xiàn)的協(xié)調(diào)上,例如在擠出機(jī)中,若螺桿設(shè)計(jì)不合理,或與機(jī)筒間隙配合不合理,都可導(dǎo)致產(chǎn)量的波動(dòng)、質(zhì)量的下降以及功耗的增加。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行考察,若機(jī)械系統(tǒng)的配置不合理,同樣會(huì)造成整條生產(chǎn)線的功能達(dá)不到最佳效益。忽視結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào),盲目引進(jìn)技術(shù)設(shè)備,最終達(dá)不到應(yīng)有的生產(chǎn)效益,其原因也許正是某些企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系認(rèn)識(shí)不足。其實(shí),有時(shí)不需要耗費(fèi)更多的資金,只需要在結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)上進(jìn)行調(diào)整就可能實(shí)現(xiàn)更理想的功能。研究結(jié)構(gòu)與功能的目的,在于正確認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)和功能之間的辯證關(guān)系,從而推動(dòng)生產(chǎn)的發(fā)展,促進(jìn)科學(xué)的進(jìn)步。在探索結(jié)構(gòu)與功能的過(guò)程中,應(yīng)將理論思維與形象思維結(jié)合起來(lái),在把握結(jié)構(gòu)與功能多重屬性的基礎(chǔ)上,發(fā)揮科學(xué)想象力與創(chuàng)造力。(三)擠出加工系統(tǒng)的加工過(guò)程設(shè)計(jì)整體是指構(gòu)成事物的諸要素和關(guān)系的全部總和,是事物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能及其多樣性的聯(lián)系與相互作用的辯證統(tǒng)一。局部是整體的各種要素和各種關(guān)系,可以是某一要素,也可以是某些要素的組合。局部是構(gòu)成整體的基礎(chǔ),同時(shí)又受到整體的制約,以整體為歸宿。整體是各個(gè)局部的綜合,是多種關(guān)系的統(tǒng)一與協(xié)調(diào),而不是各局部的機(jī)械式線性組合。整體與局部不是絕對(duì)的,而是相對(duì)的,同時(shí)也是不斷地變化和發(fā)展的。整體與局部之間的辯證關(guān)系,在聚合物成型加工技術(shù)的研究和加工裝備設(shè)計(jì)領(lǐng)域里,主要表現(xiàn)在主要零部件與次要零部件之間的辯證關(guān)系。系統(tǒng)的主要特征是其整體性,即以要素為基礎(chǔ)的綜合性整體。在復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中,要素之間的關(guān)系必須明確。例如,擠出機(jī)生產(chǎn)線可作為一個(gè)完整的系統(tǒng)來(lái)研制,它具有明確的輸入(驅(qū)動(dòng)功、喂入的物料、物料的狀態(tài))與輸出(輸出功、擠出的成型產(chǎn)品及其產(chǎn)量與質(zhì)量的表征)以及一些互相依存的環(huán)節(jié)(各種速度、壓力與溫度的控制等)。描述要研制的技術(shù)系統(tǒng)的目的功能,在于認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)任務(wù)的核心,將中心要素從非中心要素中突出出來(lái)。設(shè)計(jì)從主要部件開(kāi)始,圍繞著它,研制其他必需的次要部件。擠出機(jī)中螺桿的設(shè)計(jì)最能說(shuō)明這一問(wèn)題。在擠出過(guò)程中,螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)擠出加工系統(tǒng)起著極為重要的作用,極大地影響著產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。各種新擠出設(shè)備的研制,重點(diǎn)就是圍繞著螺桿構(gòu)型展開(kāi)的。當(dāng)然,也不能把中心要素與非中心要素絕對(duì)化,它們是相互制約的,在一定的條件下會(huì)相互轉(zhuǎn)化。螺桿與機(jī)筒是相互配合的一對(duì)零部件,在進(jìn)行螺桿設(shè)計(jì)時(shí),也不可忽視機(jī)筒的作用。例如機(jī)筒的表面質(zhì)量、機(jī)筒與螺桿之間的間隙等,都會(huì)影響到螺桿在擠出加工過(guò)程中的輸送、熔融、塑化、計(jì)量等效果。主機(jī)是擠出機(jī)中的主要部件,但是在設(shè)計(jì)主機(jī)的同時(shí),還需要考慮各個(gè)輔助設(shè)備的作用。否則,輔助設(shè)備設(shè)計(jì)不當(dāng),也可能轉(zhuǎn)化為主要矛盾,導(dǎo)致系統(tǒng)功能的降低。例如,吹膜的冷卻裝置如果設(shè)計(jì)不合理,可能會(huì)降低整機(jī)的擠出產(chǎn)量,增加整機(jī)的能耗以及降低擠出制品的質(zhì)量。設(shè)計(jì)還需要把握要素之間的同一性和差異性。對(duì)同一系統(tǒng),對(duì)要素作某種相同的要求。如擠出系統(tǒng)中,對(duì)螺桿和機(jī)頭口模的加工精度及質(zhì)量都要作高的要求,否則螺桿的結(jié)構(gòu)再合理、加工質(zhì)量再好,如果機(jī)頭口模的質(zhì)量不好,也不會(huì)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的聚合物制品。當(dāng)然,要素在同一性的要求下又有差異,沒(méi)有必要使所有零件都達(dá)到同一級(jí)別而導(dǎo)致成本增加。例如螺桿和機(jī)頭的口模的表面粗糙度,在各自能滿(mǎn)足工作要求的前提下可以不是同一級(jí)別,以減少加工成本。在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),將各部分分別考慮也不總意味著要素聯(lián)系的中斷。相反,正是考慮了各要素之間可能相互作用的關(guān)系,才把各個(gè)分功能實(shí)現(xiàn)后放到整體中綜合,考察要素之間的物質(zhì)、能量、信息的交換與流通作用。例如,橡膠生產(chǎn)工藝是以一系列關(guān)鍵的加工過(guò)程為基礎(chǔ)的,這些加工過(guò)程構(gòu)成了各種復(fù)雜系統(tǒng)的基本模塊,它們的有機(jī)組成就可構(gòu)成所需的制造系統(tǒng)。若把硫化橡膠制品工藝過(guò)程視為一個(gè)系統(tǒng)時(shí),可將其簡(jiǎn)化為混煉、成型、硫化三個(gè)階段,在設(shè)計(jì)這一系統(tǒng)加工過(guò)程時(shí),必須認(rèn)識(shí)到任何一個(gè)過(guò)程所實(shí)現(xiàn)的加工技術(shù),對(duì)產(chǎn)量及質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響,這種影響可以是單一因素的影響,又可能是三者之間的交叉作用結(jié)果。所以必須考慮各因素間的相互作用關(guān)系,對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)有效的組合,才能構(gòu)成一個(gè)完整合理的成型裝備或生產(chǎn)系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)是由各要素組成的綜合體,這就存在著整個(gè)系統(tǒng)與局部要素的關(guān)系,在處理好要素之間關(guān)系的同時(shí),還要處理好整個(gè)系統(tǒng)與局部要素的關(guān)系。整個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)在一定程度上由各要素性質(zhì)決定,從整體上看,它的某些性質(zhì)等于部分之和。例如,整臺(tái)成型加工裝備的重量或成本等于各個(gè)零件重量或成本之和,設(shè)計(jì)中就需要從零部件的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化考慮,以使整臺(tái)設(shè)備重量和成本降低;在擠出機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,當(dāng)單獨(dú)設(shè)計(jì)和確定零部件的參數(shù)時(shí),還要綜合考慮它們與整機(jī)性能及其主要參數(shù)的協(xié)調(diào)。比如對(duì)螺桿設(shè)計(jì)中螺桿長(zhǎng)徑比、螺旋升角、螺紋頭數(shù)、螺槽深度等參數(shù)的取值,都需要從整機(jī)性能出發(fā)在量上給予適當(dāng)?shù)目紤],因?yàn)檫@些參變量的變化,對(duì)整機(jī)擠出的產(chǎn)量及質(zhì)量都有重要影響。在聚合物加工設(shè)備中,整機(jī)主要工作變量(速度、壓力分布、溫度分布、功率消耗等)與主要零部件的設(shè)計(jì)變量(螺桿結(jié)構(gòu)參變量等)、聚合物熔體性能、物理性質(zhì)的表征量以及工藝變量(機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、機(jī)器殼體的溫度等)之間都存在著量的關(guān)系。正確處理它們之間的關(guān)系,并對(duì)這些變量之間關(guān)系的規(guī)律性加以探索,進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型,是尋求加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)改進(jìn)的重要途徑。(四)聚合物電磁動(dòng)態(tài)成型加工技術(shù)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)理論指導(dǎo)實(shí)踐,實(shí)踐檢驗(yàn)理論,理論與實(shí)踐的關(guān)系是馬克思主義認(rèn)識(shí)論中的一個(gè)極其重要的辯證關(guān)系。在聚合物成型加工技術(shù)的研究過(guò)程中,也體現(xiàn)了理論與實(shí)踐的辯證統(tǒng)一關(guān)系。理論分析與實(shí)驗(yàn)觀察是聚合物成型加工技術(shù)研究中的兩種重要方法,它們是相互聯(lián)系、互相促進(jìn)的,脫離或違背實(shí)驗(yàn)事實(shí)的理論是不合實(shí)際的,無(wú)法對(duì)科研和生產(chǎn)活動(dòng)起到積極的指導(dǎo)作用;而離開(kāi)理論指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)是盲目的。理論總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,實(shí)驗(yàn)鑒別理論的真?zhèn)?理論在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展,實(shí)驗(yàn)又在理論的指導(dǎo)下更新設(shè)計(jì);它們既是矛盾的、彼此起伏的,又是統(tǒng)一的、相輔相成的。這種既對(duì)立又統(tǒng)一的關(guān)系,賦予聚合物成型加工技術(shù)不斷發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。例如在塑料注塑機(jī)的模具設(shè)計(jì)和研究中,就是在一定的模具流道的理論分析基礎(chǔ)上,先設(shè)計(jì)制造出模具,然后經(jīng)過(guò)試模、調(diào)模等一系列的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論、再修正理論、再實(shí)驗(yàn)的反復(fù)過(guò)程,最終才得到合格的模具。模具CAD就是在被實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了的理論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的新技術(shù)。目前較先進(jìn)的C_MOLD等模具,CAD軟件雖然可以較好地指導(dǎo)模具的設(shè)計(jì)和制造,但是常常還是需要進(jìn)行模具的實(shí)驗(yàn)工作來(lái)進(jìn)一步完善和改進(jìn)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)從生產(chǎn)實(shí)踐中分化出來(lái)之后,特別是近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)產(chǎn)生之后,便成為自然科學(xué)的直接來(lái)源。一方面它以解決科學(xué)理論的驗(yàn)證為使命,直接為科學(xué)理論服務(wù),為理論提供材料、依據(jù)、啟示或新的問(wèn)題,從而決定理論的方向、價(jià)值與真理性,同時(shí),由于實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)新事實(shí)、新課題,因而常常開(kāi)辟出新的領(lǐng)域;另一方面,科學(xué)實(shí)驗(yàn)又是一種特殊的實(shí)踐活動(dòng)——它是為了一定的目標(biāo)而人為的設(shè)計(jì)的,是將自然界的客觀過(guò)程、客觀現(xiàn)象理想化、純粹化、模型化的一種模擬性的實(shí)踐活動(dòng),它是在理論的指導(dǎo)下,按照理論的預(yù)期目的而設(shè)置起來(lái)的。沒(méi)有理論的指導(dǎo),便無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),無(wú)法取舍各種因素,也無(wú)法分析、解釋各種結(jié)果。自從科學(xué)進(jìn)入微觀領(lǐng)域后,由于儀器的精密度并不能無(wú)限制地提高,因而不能單純依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)揭示對(duì)象。要把握自然界的本質(zhì)和規(guī)律,要揭示對(duì)象的本來(lái)面目,既需要立足于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn),又需要理論思維、進(jìn)行大膽創(chuàng)造。整個(gè)聚合物電磁動(dòng)態(tài)成型加工技術(shù)研究工作,是圍繞著理論與實(shí)踐之間的吻合性、矛盾性、差異性或不一致性展開(kāi)的。在理論形成之前,先在大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上,建立起合理可靠的物理模型;再運(yùn)用數(shù)學(xué)和概率統(tǒng)計(jì)方法將聚合物加