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史上最全！常見無機填料分類和在改性PP中的應用
????????聚丙烯由于其模量小，缺口敏感性強，沖擊強度低，特別是低溫和高應變速率下的沖擊強度低，作為工程塑料的應用受到限制。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用。
????????碳酸鈣在增強增韌聚丙烯中的應用
????????碳酸鈣產(chǎn)品分為重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣。
????????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?；蛘呦扔锰妓徕c和氯化鈣進行復分解反應生成碳酸鈣沉淀，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，微米級碳酸鈣的應用都處于主導地位。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用
????????目前，應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。滑石粉為片狀結構的硅酸鎂鹽類礦物，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復合材料，MMT在PP基體內(nèi)可形成良好的插層結構，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，其基本結構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，復合材料的硬度變大，對加工設備的磨損較嚴重。
????????沸石為架狀硅酸鹽礦物。它擁有豐富的孔道結構，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合材料，提高產(chǎn)品的附加值。因此開發(fā)PP/沸石功能性復合材料極具潛力，成為目前研究和關注的熱點。
????????鈦白粉在增強增韌聚丙烯中的應用
????????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)定的結晶形態(tài)，結構致密，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
????????近年來，聚丙烯/無機剛性粒子復合材料越來越被青睞，為其綜合性能的進一步提高和應用領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合體系中的分散及無機剛性粒子與基體的結合，仍然是改性的重點，而建立聚丙烯無機剛性粒子復合材料的微觀結構模型，對復合體系進行界面分子設計，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)所設計的界面分子結構，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。隨著科學技術的發(fā)展，聚丙烯無機剛性粒子復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合材料的工業(yè)化應用，將為我國通用塑料的工程化做出重要貢獻。
