1、2007 . 1 2聚丙烯（ PP ）是由丙烯聚合而得到的高分子化合物。由于其原料丰富，合成工艺比较简单，与其他通用热塑性塑料相比， PP 具有相对密度小、价格低、加工性好以及综合性能较好等特点，其屈服强度、拉伸强度、表面硬度及弹性模量均较优异，并有突出的耐应力开裂性和耐磨性，因而在汽车工业、家用电器、建筑行业等多方面得到广泛的应用。但 PP 也存在低温脆性、韧性差以及机械性能较低、成型收缩率大等缺点，因此在应用上作为结构材料使用时受到了很大限制。为了扩大 PP 的应用范围并降低成本，必须对 PP 进行一定的改性1, 2。由于物理填充改性的工艺简单、原材料成本较低，特别是随着纳米技术的发展，将
2、纳米无机刚性粒子填充到聚合物中进行改性，开发出高性能的新型复合材料，已成为了近年来材料领域研究的一个热点3,4。本文主要研究了微米级和纳米级 CaCO3对 PP 的填充改性，讨论了 CaCO3的表面处理、含量对复合材料力学性能的影响规律，为 CaCO3填充 PP 复合材料的加工和应用提供了一些理论基础。1 实验部分1.1 实验原料PP ： T30S ，中国石化武汉凤凰股份有限公司，在标准测试条件下熔融指数为 3.2g 10min ；微米级 CaCO3： BT- 3 ，广东恩平燕华化工实业有限公司，平均粒径为 1.5 m ；纳米级 CaCO3： CCR ，广东恩平燕华化工实业有限公司，平均粒径为
3、 80nm ；钛酸酯偶联剂：工业级，市售。1.2 试样制备（ 1 ）将微米 CaCO3和纳米 CaCO3分别放入干燥箱中烘干。（ 2 ）使用适量的钛酸酯偶联剂对 CaCO3进行表面处理，并分别将表面处理前和表面处理后的 CaCO3与 PP按照一定的质量配比在高速混合机中混合，得到CaCO3与 PP 的初步混合物。（ 3 ）将 CaCO3与 PP 的初步混合物，放在双螺杆挤出机上塑化挤出，挤出物经过水槽冷却后，再经过风干装置初步吹干，最后通过切粒机切断造粒。（ 4 ）将制得的 PP 复合材料粒料烘干后，用注塑机注射出标准拉伸和冲击试样。1.3 性能测试拉伸试验在美国 Instron 公司的 55
4、66 型台式电子万能材料试验机上进行，测试标准为 GB T1040-1992 ；冲击试验在美国 Instron 公司的 POE2000 型摆锤冲击试验机上进行，测试标准为 GB T1843-1996 。PP/CaCO3复合材料的力学性能研究张志洪广州本田汽车有限公司研发中心 广东 广州 510700摘 要：通过采用熔融共混的方法制备了 PP CaCO3复合材料，然后对复合材料的力学性能进行分析，研究了微米级和纳米级 CaCO3的表面处理、含量对 PP CaCO3复合材料力学性能的影响规律，并对此影响规律进行合理的解释。关键词： PP CaCO3复合材料 力学性能 微米 CaCO3纳米 CaCO
5、3 作者简介：张志洪，男， 1979 年出生，硕士，长期从事聚合物成型加工、聚合物性能测试等领域的研究工作。加 工 应 用JANUARY FEBRUARY462 0 0 7 . N o . 1 2 ( 总 第 1 5 0 期 )2 0 0 7 . 1 22 结 果 与 讨 论2 . 1 偶 联 剂 最 佳 用 量 的 确 定对 C a C O3粒 子 进 行 表 面 改 性 时 ， 钛 酸 酯 偶 联 剂 用量 过 少 ， 不 足 以 完 全 覆 盖 C a C O3表 面 ， 不 能 最 大 限 度的 提 高 C a C O3在 P P 中 分 散 性 及 界 面 结 合 ； 用 量 过 多
6、 ，则 会 导 致 C a C O3易 于 粘 附 成 团 ， 在 基 体 中 分 散 不 均 ，从 而 使 复 合 材 料 的 力 学 性 能 下 降 。 因 此 ， 钛 酸 酯 偶 联 剂应 有 一 个 最 佳 的 用 量 。为 了 确 定 最 佳 的 偶 联 剂 用 量 ， 本 人 作 了 如 下 实 验 ：纳 米 C a C O3粒 子 的 填 充 量 为 P P 的 2 % ， 在 纳 米 C a C O3组 分 含 量 不 变 的 情 况 下 ， 改 变 钛 酸 酯 偶 联 剂 的 用 量 ， 分析 P P C a C O3复 合 材 料 的 力 学 性 能 与 钛 酸 酯 偶 联
7、 剂 用 量的 关 系 ， 如 图 1 和 图 2 所 示 ， 得 出 偶 联 剂 的 最 佳 用 量 。从 图 1 和 图 2 中 ， 可 以 看 出 在 纳 米 C a C O3粒 子 质量 百 分 含 量 固 定 不 变 的 情 况 下 ， 采 用 钛 酸 酯 偶 联 剂 对C a C O3进 行 表 面 处 理 后 再 填 充 P P 的 复 合 材 料 的 拉 伸强 度 和 冲 击 强 度 比 未 经 表 面 处 理 即 填 充 的 拉 伸 强 度 和冲 击 强 度 均 有 所 提 高 。 当 钛 酸 酯 偶 联 剂 的 用 量 为 纳 米C a C O3含 量 的 2 % 时 ，
8、复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 和 冲 击 强 度都 出 现 最 大 值 。 因 此 ， 本 人 选 定 钛 酸 酯 偶 联 剂 用 量 为2 % 时 为 C a C O3粒 子 表 面 改 性 的 最 佳 用 量 。 （ 下 文 中 所说 的 经 表 面 处 理 的 微 米 级 和 纳 米 级 C a C O3均 以 2 % 的钛 酸 酯 偶 联 剂 处 理 过 。 ）2 . 2 C a C O3含 量 对 P P / C a C O3复 合 材 料 力 学 性 能 的影 响从 图 3 和 图 4 中 微 米 和 纳 米 C a C O3粒 子 填 充 P P复 合 材 料 的 力 学
9、性 能 可 以 看 出 ， 经 表 面 处 理 的 纳 米C a C O3与 微 米 C a C O3填 充 P P 后 ， 复 合 材 料 的 力 学 性 能趋 势 基 本 相 同 。 复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 和 冲 击 强 度 随 着填 充 粒 子 含 量 的 增 加 ， 先 增 大 后 减 小 。 当 用 纳 米 C a C O3图 1 复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 与 钛 酸 酯 含 量 的 关 系图 2 复 合 材 料 的 冲 击 强 度 与 钛 酸 酯 含 量 的 关 系 图 4 P P / C a C O3复 合 材 料 的 冲 击 强 度 与 C a C O3
10、含 量 的 关 系图 3 P P / C a C O3复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 与 C a C O3含 量 的 关 系4 72 0 0 7 . 1 2S t u d y o n t h e M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f P P / C a C O3C o m p o s i t eZ h a n g Z h i - h o n gR e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t C e n t e r o f G u a n g z h o u H o n d a A u t o m o
11、b i l e L i m i t e d C o m p a n y , G u a n g z h o u 5 1 0 7 0 0A b s t r a c t : P P / C a C O3c o m p o s i t e w a s p r e p a r e d b y m i x e d m e l t , a n d t h e n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e w a s a n a l y z e d . T h e e f f e c t r u l e
12、 sa b o u t t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f P P / C a C O3C o m p o s i t e a f f e c t e d b y t h e s u r f a c e t r e a t m e n t a n d t h e c o n t e n t o f m i c r o n a n d n a n o C a C O3w a ss t u d i e d , a n d t h e e f f e c t r u l e s w a s e x p l a i n e d r e a
13、 s o n a b l y .K e y w o r d s : P P / C a C O3C o m p o s i t e ; m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ; m i c r o n C a C O3; n a n o C a C O3填 充 时 ， 最 大 值 出 现 在 C a C O3含 量 为 6 % 处 ， 拉 伸 强 度比 P P 基 体 提 高 2 2 % ， 冲 击 强 度 比 P P 基 体 提 高 9 0 % ；而 用 微 米 C a C O3填 充 时 ， 最 大 值 出 现 在 C a C O3含 量 为4 %
14、 处 ， 但 此 时 的 拉 伸 强 度 和 冲 击 强 度 比 P P 基 体 增 加不 大 。 从 而 可 知 ， 纳 米 C a C O3的 填 充 改 性 效 果 明 显 好于 微 米 C a C O3的 填 充 改 性 效 果 ， 这 说 明 纳 米 C a C O3与P P 树 脂 具 有 一 定 程 度 的 相 容 性 ， 能 起 到 增 强 增 韧 的 效果 ， 这 一 点 与 微 米 级 的 C a C O3有 明 显 的 区 别 。从 图 3 和 图 4 中 还 可 以 看 到 ， 随 着 C a C O3含 量 的增 加 ， 复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 和 冲 击
15、 强 度 增 大 ， 在 峰 值 过后 ， 复 合 材 料 的 力 学 性 能 都 在 下 降 ， 但 添 加 纳 米 C a C O3复 合 材 料 的 下 降 幅 度 比 添 加 微 米 C a C O3的 大 得 多 。 这是 由 于 当 纳 米 C a C O3含 量 较 小 的 时 候 ， 纳 米 粒 子 在 P P中 的 分 散 效 果 比 较 好 。 此 时 ， 随 着 在 基 体 中 能 良 好 分 散开 的 C a C O3粒 子 增 加 ， 体 系 中 起 到 应 力 集 中 点 的 颗 粒增 加 。 而 且 纳 米 粒 子 的 比 表 面 积 大 ， 能 引 发 更 多
16、的 银 纹吸 收 能 量 ， 因 而 材 料 的 力 学 性 能 增 高 幅 度 大 。 但 在 纳 米C a C O3添 加 量 较 多 时 ， 由 于 高 的 表 面 能 的 作 用 ， 纳 米 粒子 难 以 在 基 体 树 脂 中 均 匀 分 散 ， 粒 子 间 也 容 易 发 生 团聚 ， 从 而 造 成 复 合 材 料 的 冲 击 强 度 和 拉 伸 强 度 下 降 快的 趋 势 。3 结 论a . 使 用 钛 酸 酯 偶 联 剂 对 C a C O3进 行 表 面 处 理 后再 填 充 P P ， 可 以 改 善 P P C a C O3复 合 材 料 的 力 学 性 能 ，当 钛
17、 酸 酯 偶 联 剂 用 量 为 C a C O3含 量 的 2 % 时 最 佳 。b . 纳 米 级 P P C a C O3复 合 材 料 的 力 学 性 能 明 显 优于 微 米 级 P P C a C O3复 合 材 料 的 力 学 性 能 。c . 纳 米 级 P P C a C O3复 合 材 料 的 力 学 性 能 ， 随 着C a C O3含 量 的 增 加 ， 均 呈 现 先 增 加 后 减 小 的 趋 势 ， 当 纳米 C a C O3含 量 为 6 % 时 ， 达 到 最 佳 值 ， 此 时 拉 伸 强 度 比P P 基 体 提 高 2 2 % ， 冲 击 强 度 比 P
18、 P 基 体 提 高 9 0 % 。参 考 文 献1 任 显 诚 , 白 兰 英 , 王 贵 恒 等 . 纳 米 级 C a C O3粒 子 增 韧 增 强 聚 丙烯 的 研 究 . 中 国 塑 料 . 2 0 0 0 , 1 4 ( 1 ) ： 2 2 - 2 62 王 旭 , 黄 锐 , 濮 阳 楠 . 聚 合 物 基 纳 米 复 合 材 料 的 研 究 进 展 . 塑 料 ,2 0 0 0 , 2 9 ( 4 ) ： 2 5 - 3 13 章 峻 , 成 江 等 . C a C O3颗 粒 级 配 填 充 对 P P 性 能 和 结 构 的 影 响 .高 分 子 材 料 科 学 与 工
19、程 . 2 0 0 3 , 6 ( 1 9 ) : 1 7 5 - 1 7 84 李 帅 , 王 佩 , 赵 玉 玲 等 . 重 钙 与 轻 钙 填 充 聚 烯 烃 性 能 的 比 较 研 究 .塑 料 . 2 0 0 2 , 3 1 ( 4 ) : 5 0 - 5 4您 对 本 文 有 任 何 观 点 或 意 见 ， 请 发 邮 件 至 本 刊 编 辑 信 箱 ： p f 1 2 5 s o h u . c o m欧 洲 塑 料 巨 头 英 国 L I N P A C 集 团 再 度 投 资 江 苏 省 常 州 市 薄 膜 生 产 ， 由 该 集 团 独 资 的 薄 膜 项 目 近 日 与
20、常州 市 政 府 正 式 签 约 。 英 国 L I N P A C 集 团 是 欧 洲 著 名 的 塑 料 包 装 生 产 企 业 ， 该 集 团 旗 下 的 威 康 特 公 司 此 前 已 在 常 州武 进 高 新 区 投 资 建 塑 料 薄 膜 厂 ， 注 册 资 本 为 1 5 0 0 万 美 元 ， 目 前 工 程 进 展 顺 利 。为 了 扩 大 薄 膜 生 产 规 模 ， L I N P A C 集 团 将 在 武 进 高 新 区 扩 大 投 资 兴 建 第 二 个 薄 膜 厂 ， 注 册 资 本 为 1 2 5 0 万 美元 ， 项 目 建 成 后 ， 武 进 高 新 区 将 成 为 L I N P A C 集 团 在 亚 洲 最 大 的 薄 膜 生 产 基 地 。 ( 郑 宁 来 )英 国 L I N P A C 集 团 在 常 州 建 亚 洲 最 大 的 薄 膜 生 产 基 地加 工 应 用J A N U A R Y F E B R U A R Y4 8
