无机粒子增韧聚丙烯的研究进展

无机粒子增韧聚丙烯的研究进展

摘要：阐述了几种不同的无机纳米粒子对聚丙烯的增韧介绍，简单叙述了无机纳米粒

子的物理化学作用增韧机理和微裂纹化增韧机理，并对无机粒子增韧聚丙烯的发展前景进

行展望。

关键词：无机粒子聚丙烯增韧机理

pp是五大通用塑料之一，具有相对密度低、来源丰富、价格低廉、性能优良、用途广泛等优点,被广泛应用于汽车、电器、化工、建筑、包装等行业。由于pp存在低温脆性大、刚性低、成型收缩率大等缺点,限制了pp的进一步应用。纳米无机粒子的填充改性可较大

幅度地提高聚合物材料的综合性能,达到同时增强、增韧、功能化的目的。目前常用的无

机刚性粒子主要有滑石粉、高岭土、caco3、硫酸钡、蒙脱土、碳纳米管、二氧化硅等。

本文综述了近年来国内外微一纳米无机刚性粒子对pp材料改性的最新研究进展以及对增

韧机理的简单介绍。

1.聚丙烯/微米无机颗粒复合材料

1.1pp/caco3复合材料

Chan等人将纳米CaCO 3与聚丙烯熔融混合。当填充量小于9.2%时，纳米caco3在聚

丙烯中均匀分散，复合材料的拉伸强度提高约85%；扫描电镜（SEM）显示，聚丙烯中存在球形孔洞，这是由于纳米碳酸钙在聚丙烯基体中的应力集中所致。这些孔洞会引起聚丙烯

的塑性变形，提高聚丙烯的力学性能。

guo等先在纳米caco3粒子表面包裹上可溶性的斓系化合物,再与pp进行熔融共混制

得pp/纳米caco3一la复合材料。

Ma等人在光照下用硅烷偶联剂γ预处理纳米CaCO 3颗粒，将聚丙烯酸丁娘（PBA）

接枝到大米颗粒表面，形成纳米复合材料（接枝聚合物PBA、均聚物和分离的纳米颗粒），最后与聚丙烯熔融共混。研究发现，纳米颗粒与PBA具有明显的协同效应。

1.1.1碳酸钙用量对断裂伸长率的影响

随着碳酸钙用量的增加，无机颗粒间的团聚增加了分子链之间的摩擦，阻碍了分子链

的滑移，在PP中形成了多相体系。碳酸钙和PP的润滑性和相容性变差，界面附着力变弱，并以固体颗粒的粘性流动状态流动，使整个系统破裂

伸长率降低，如图1所示。

1.1.2碳酸钙用量对抗拉强度和硬度的影响

如图2所示，随着碳酸钙用量的增加，拉伸强度先提高然后呈递减趋势；而硬度开始

则快速上升然后趋于缓慢提高。碳酸钙含量较少时，碳酸钙与pp分子通过偶联剂的作用

结合良好，拉伸强度有所提高。随着碳酸钙用量的增加，碳酸钙粒子制约了pp高分子链

的运动和基材变形，碳酸钙含量高时不容易分散，聚集在一起形成较大的缺陷，导致裂纹

从该处引发断裂，从而使拉伸强度呈下降趋势。从图2可以看出，当碳酸钙的质量分数达20％时，拉伸强度达到最大值28.5mpa。

1.1.3碳酸钙用量对弯曲模量和弯曲强度的影响

如图3所示，随着碳酸钙用量的增加，弯曲模量和弯曲强度均逐渐增加，

呈上升趋势。这是因为碳酸钙刚性填料颗粒起到了增强剂的作用，提高了PP的刚性

和抗蠕变性能；此外，细小的碳酸钙颗粒可以作为晶核细化PP球晶，提高PP的结晶度，

增强PP的弯曲性能。

1.2pp/黏土复合材料

粘土具有良好的物理性能和耐化学腐蚀性。它是聚合物材料的常用填料。典型的粘土

填料包括滑石粉、蒙脱土（MMT）等。

片状结构的滑石粉可以提高塑料的刚性和高温下的抗蠕变性,可用作增强性填料。在

汽车用pp材料中,滑石粉的片状结构有利于协调刚性和冲击韧性的最佳平衡。premalal等发现滑石粉填充可提高pp材料的弯曲模量、弹性模量和冲击强度,增加刚性、减少收缩性。田春香用滑石粉填充pp复合材料的热变形温度由127℃升高到142℃,热失重率降低了

41.2.%。改性填料填充pp的力学性能比未改性填料填充pp的力学性能有所提高,简支梁、悬臂梁缺口冲击强度分别由25.2kj/o、50.69kj/o提高到28.18kj/o、52.56kj/o,拉伸强

度由3.93mpa提高到36.43mpa。在滑石粉填充量小于20%时,pp/滑石粉复合材料的熔体流

动速率有所提高,流动加工性变好。这归因偶联剂的增塑、润滑作用。樊泽东等研究了超

微细滑石粉的表面改性对pp性能的影响,在基体材料具有一定韧性的条件下,经钛酸醋偶

联剂ndz一311表面改性滑石粉填充的pp材料明显优于未改性滑石粉填充的pp材料(表2)。这是因为ndz一311在改性滑石粉过程中,两者除发生物理吸附作用外,还发生了化学

作用,在滑石粉表面形成了牢固的包覆层,改变了无机粒子的表面性能,从而大大提高了复

合材料的性能。王东庆等研究了mmt改

研究发现，PP/MMT复合材料的粘度对剪切速率敏感。在低剪切速率下，PP/MMT复合

材料的粘度高于PP；在高剪切速率下，PP/MMT复合材料的粘度低于PP。杨春荣研究了机

械力改性硅灰石（10），当硅灰石含量为30%时，复合体系的拉伸强度、弯曲强度、缺口

冲击强度和断裂伸长率分别为8.1%、3.6%和3.6%，分别比纯PP高86.4%和13.1%。

1.3pp/sio2复合材料材料

测试流程如图1所示：

然后按照由以上所示流程图所制的pp/sio2复合材料做冲击性能试验和拉伸性能试验

得出结果。

1.3.1不同纳米粒子含量对PP韧性的影响

不同sio2纳米粒子含量(w)试样的冲击强度(a)测试结果如表1所示,变化曲线如图2所示

从图2可以看出，纳米颗粒的含量对性能有非常显著的影响。当样品中的纳米颗粒含量较小时，样品的冲击强度没有显著变化。随着纳米颗粒含量的增加，它迅速增加，当纳米颗粒含量约为4%时达到最大值，冲击强度约为纯PP的8倍，增韧效果相当显著，但当纳米颗粒含量再次增加时，样品的冲击强度开始缓慢下降。

1.3.2不同改性方法对结果的影响

为了比较，进行了纳米sio2聚合改性PP的实验。结果如表2所示，变化曲线如图2的曲线B所示。

由图2中曲线b可见,在相似的工艺条件下,共混法较聚合法的增韧效果更为