| 聚丙烯由于其模量小，缺口敏感性強，沖擊強度低，特別是低溫和高應(yīng)變速率下的沖擊強度低，作為工程塑料的應(yīng)用受到限制。通常增加PP的韌性是通過加入彈性體，但彈性體的加入往往使PP韌性增加的同時其他一些性能降低，如剛度、硬度等，因而人們嘗試用無機填料來增加PP的力學性能。加入無機填料能提高材料的多項力學性能和熱力學性能，包括剛度、抗蠕變性、熱變形溫度、收縮率等，但另一方面，無機填料的存在往往使材料的拉伸強度和韌性降低。
無機填料對材料力學性能的影響主要依賴于無機剛性粒子的形狀、粒徑大小、粒子團聚體大小、粒子表面特征和聚合物基體的性能。下面小編將介紹常用的無機填料在增強增韌聚合物中應(yīng)用。
碳酸鈣在增強增韌聚丙烯中的應(yīng)用
重質(zhì)碳酸鈣簡稱重鈣，英文簡稱為GCC，是用機械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白至、貝殼等制得。由于重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積比輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積小，所以稱之為重質(zhì)碳酸鈣。目前工業(yè)生產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣主要有二種工藝，一種是干法，一種是濕法。干法工藝與濕法相比可生產(chǎn)出成本較低，用途廣泛的產(chǎn)品。
輕質(zhì)碳酸鈣簡稱輕鈣，又稱沉淀碳酸鈣，英文簡稱為PCC，是將石灰石等原料鍛燒生成石灰主要成分為氧化鈣和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳主要成分為氫氧化鈣，然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀，最后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸鈉和氯化鈣進行復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，然后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。
碳酸鈣是最早被應(yīng)用于填充增強增韌PP的無機填料之一，且一直以來，微米級碳酸鈣的應(yīng)用都處于主導(dǎo)地位。研究表明，碳酸鈣的加入能使PP的沖擊強度升高，但拉伸強度降低，輕質(zhì)碳酸鈣的加入能同時提高的沖擊強度和屈服強度，并且用硬脂酸處理過的PCC效果更好，用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理過的碳酸鈣能顯著提高PP的沖擊強度。
隨著納米級碳酸鈣的出現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)，用納米碳酸鈣能同時增強增韌，且增韌效果比微米級碳酸鈣更好。研究表明，納米碳酸鈣的形態(tài)不同，復(fù)合材料的力學性能也大不一樣。立方形納米碳酸鈣有利于改善復(fù)合材料的沖擊性能，而纖維狀納米碳酸鈣則能明顯改善材料的拉伸性能，納米碳酸鈣能使PP球晶明顯的細化，并能促進β晶型的生成。
玻璃微珠在增強增韌聚丙烯中的應(yīng)用
玻璃微珠是一種新型的硅酸鹽材料，包括實心和空心兩種。通常將粒徑為0.5-5mm的玻璃珠稱為細珠，粒徑在0.4mm以下的稱為微珠;微珠根據(jù)不同的來源有多種，粉煤灰玻璃微珠是粉煤灰中提取出的一種輕質(zhì)微型球狀物質(zhì)，它的主要成分是二氧化硅，還含有多種金屬氧化物，粉煤灰玻璃微珠有耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)小等優(yōu)點，用于填充塑料不僅可增加材料的耐磨、抗壓、阻燃等性能，而且，它特殊的球形表面還可提高材料的加工流動性，另外，它表面光澤度好，可增加制品的表面光澤，減少表面的污垢吸附。
玻璃微珠(GB)被廣泛用于PP的增強增韌。研究表明，隨著GB用量的增加，單、雙螺桿擠出PP/GB復(fù)合材料的拉伸模量、彎曲強度和模量均呈線性增長的趨勢，而屈服強度則有小幅下降;斷裂應(yīng)變在低含量時有所提高，然后迅速下降，單、雙螺桿擠出材料的沖擊強度均有所提高，并在一定范圍內(nèi)隨GB用量的增加而增大，且單螺桿擠出材料的沖擊強度略高于雙螺桿擠出材料，GB粒徑對PP/GB復(fù)合材料的韌性有較大影響。
硅酸鹽礦物在增強增韌聚丙烯中的應(yīng)用
目前，應(yīng)用和研究最為廣泛的硅酸鹽礦物有滑石粉、蒙脫土、硅灰石等，其中凹凸棒石、沸石也受到較多關(guān)注。
滑石粉和蒙脫土(MMT)均為層狀硅酸鹽礦物。滑石粉為片狀結(jié)構(gòu)的硅酸鎂鹽類礦物，通常其粒度越細分散效果越好，可提高材料的熱變形溫度及表面光潔度;MMT層間距較大，常采用插層法制備PP復(fù)合材料，MMT在PP基體內(nèi)可形成良好的插層結(jié)構(gòu)，從而提高PP的抗沖擊及尺寸穩(wěn)定性。
凹凸棒石(ATP)是鏈層狀硅酸鹽。ATP是一種天然一維納米材料硅酸鹽礦物，其基本結(jié)構(gòu)單元為針狀或短纖維狀單晶體，ATP可以在微米填充和納米增強兩個水平上與聚丙烯進行復(fù)合，提高材料的力學性能。這種新型的粘土短纖維克服了一般玻璃纖維增強樹脂的流動性差、外觀粗糙、對加工設(shè)備磨損嚴重等缺點，因而擁有較高開發(fā)價值。
硅灰石是單鏈硅酸鹽礦物，通常呈片狀、放射狀或纖維狀集合體。研究表明，硅灰石填充塑料不但可以提高其力學性能，而且可以代替玻璃纖維使用，減少成本，但隨著填充量的增加，復(fù)合材料的硬度變大，對加工設(shè)備的磨損較嚴重。
沸石為架狀硅酸鹽礦物。它擁有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，能夠通過吸附或負載功能粒子，制備功能性較強的聚丙烯復(fù)合材料，提高產(chǎn)品的附加值。因此開發(fā)PP/沸石功能性復(fù)合材料極具潛力，成為目前研究和關(guān)注的熱點。
鈦白粉在增強增韌聚丙烯中的應(yīng)用
鈦白粉的化學成分為二氧化鈦，有金紅石型和銳鈦礦型，金紅石型是最穩(wěn)定的結(jié)晶形態(tài)，結(jié)構(gòu)致密，硬度、耐候性和抗粉化性等優(yōu)于銳鈦型，對大氣中的各種化學物質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水，耐熱性好。鈦白粉加入以后不僅可提高產(chǎn)品白度，還可減少紫外線的破壞作用，可提高聚丙烯的光老化性能，還可提高制品的剛性、硬度和耐磨性，但其和PP相容性較差，對其進行增容改性十分必要。
總結(jié)
近年來，聚丙烯/無機剛性粒子復(fù)合材料越來越被青睞，為其綜合性能的進一步提高和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大開辟了新的途徑。目前，如何有效促進無機剛性粒子在復(fù)合體系中的分散及無機剛性粒子與基體的結(jié)合，仍然是改性的重點，而建立聚丙烯無機剛性粒子復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)模型，對復(fù)合體系進行界面分子設(shè)計，通過無機剛性粒子與聚合物的表面物理化學改性，界面相容劑的合成，確定適宜的加工工藝，實現(xiàn)所設(shè)計的界面分子結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)材料性能的有效調(diào)節(jié)則是可以進行的方向。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，聚丙烯無機剛性粒子復(fù)合材料的制備方法必將得到進一步的完善，性能亦得到提高，高剛性、高韌性的聚丙烯無機剛性粒子復(fù)合材料的工業(yè)化應(yīng)用，將為我國通用塑料的工程化做出重要貢獻。 |
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