宋 波，彭鶴松，吳維冰，鄧克文

(江西廣源化工有限責(zé)任公司，江西 吉安 331500)

聚丙烯作為一種通用塑料，具有許多優(yōu)良的性能，但是因機(jī)械強(qiáng)度低、耐熱性差、收縮形變大、抗蠕變性差等缺陷，在應(yīng)用上，特別是作為結(jié)構(gòu)材料，受到很大限制，不能作為高性能的工程塑料。因此，對(duì)聚丙烯進(jìn)行改性，使之工程化就成為一個(gè)重要的研究課題[1]。采用滑石粉填充改性PP，耐熱性好，收縮率低，尺寸穩(wěn)定性好，硬度高?；厶畛銹P復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)部件及日常用品的生產(chǎn)，其產(chǎn)品與未填充滑石粉的PP相比具有良好地表觀質(zhì)量、低的收縮率和較高的熱變形溫度[2]。胡圣飛等采用采用納米CaCO3填充聚丙烯，研究表明納米CaCO3填充PP在大幅提高PP沖擊強(qiáng)度的同時(shí)能改善其耐熱性與尺寸穩(wěn)定性，并可保證拉伸強(qiáng)度不變[3]。孟麗萍等采用硫酸鋇填充聚丙烯，研究結(jié)果表明，硫酸鋇填充聚丙烯材料是一類(lèi)高填充兼有高剛度、高韌性、高伸長(zhǎng)率的新型復(fù)合材料[4]。

國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)機(jī)填料填充改性聚丙烯研究較多，尤其是表面改性填料填充聚丙烯的研究，在聚丙烯的改性上，以往的研究多側(cè)重其性能的研究，往往采用的是純度很高的滑石粉或者是沉淀法生產(chǎn)的碳酸鈣或硫酸鋇。但隨著優(yōu)質(zhì)滑石資源的逐漸萎縮，如何在保證滑石粉填充改

性聚丙烯的性能不變的前提下降低生產(chǎn)成本；筆者采用了三種原料豐富硅含量適中的不同粒徑的滑石粉填充改性聚丙烯，研究了三種滑石改性聚丙烯的效果，為超細(xì)滑石粉的選型提供了技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

滑石粉，海城市新廣源粉體材料有限公司，HS-338，HS-638，HS-738，PE蠟：青島邦尼化工有限公司，BN-200；復(fù)合穩(wěn)定劑，市售，自配；聚丙烯：遼寧華錦通達(dá)化工股份有限公司，牌號(hào)T30S；復(fù)配型抗氧劑，市售產(chǎn)品，自配。

1.2 主要儀器及設(shè)備

馬爾文激光粒度儀：3000E，英國(guó)馬爾文儀器有限公司；雙螺桿擠出機(jī)組：SHJ-36型，L/D=50，D=35.5mm，南京杰恩特機(jī)電有限公司；注塑機(jī)：ZX-80型，震雄集團(tuán)公司；萬(wàn)能力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)機(jī)：CMT6104型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司；沖擊試驗(yàn)機(jī)：ZBC1400-B型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司；熔體流動(dòng)速率儀：ZRZ1452型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司；光電霧度計(jì)：WGW，上海珊科儀器廠；電子比重計(jì)：DH-300，北京伊若特電子儀器公司。

1.3 材料的制備

首先，將PP加入到高速混合機(jī)中，同時(shí)加入PE蠟，攪拌5min，然后再加入其他助劑和填料，混合10min后，冷卻出料；再將混合好的原料加入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，加工溫度為：160-180℃；注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。另將母粒在壓片機(jī)上制成薄膜進(jìn)行透光率的測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試

拉伸性能測(cè)試：按GB/T1040.1-2018測(cè)試；

彎曲性能測(cè)試：按GB/T9341-2008測(cè)試；

簡(jiǎn)支梁缺口沖擊性能測(cè)試：按GB/T1043.1-2008測(cè)試，采用2J的沖錘，跨度 40mm；

懸臂梁缺口沖擊性能測(cè)試：按GB/T1843-2008測(cè)試，采用2.75J的沖錘，跨度 40mm；

熔體流動(dòng)速率測(cè)試：按GB/T3682-2000測(cè)試，溫度為230℃，壓力為3.8 kg；

比重測(cè)試：按GB/T1033.1-2008測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種滑石的基本性能

從表1可以看出，所采用的三種滑石粉其二氧化硅含量在45%左右，這種二氧化硅含量的原礦儲(chǔ)量豐富，價(jià)格適中，適用于工業(yè)領(lǐng)域，是一種性價(jià)比較高的產(chǎn)品。從細(xì)度和吸油量這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)綜合考察，可知HS-738的產(chǎn)品是最細(xì)的，由于無(wú)機(jī)填料粒子的增強(qiáng)增韌作用，細(xì)度越細(xì)，其比表面積越大，填料與PP基材接觸的點(diǎn)就越多，在受外力的情況下，其所產(chǎn)生的裂紋和受力點(diǎn)會(huì)越多，推測(cè)其力學(xué)性能會(huì)更好。

表1 三種滑石的主要物理指標(biāo)

2.2 三種滑石的粒徑分布和表面形貌

由于滑石呈典型的片狀或者層狀結(jié)構(gòu)，單純的用激光粒度儀不能完整的對(duì)其進(jìn)行性能分析，還應(yīng)綜合考慮其粒徑分布的寬窄和表面形貌的影響。圖1為三種滑石的粒徑分布，從圖1可知HS-738的粒度分布也是最窄的，大部分顆粒集中分布在2-10μm之間，粒徑分布越窄，更有利于提高其分散性和加工性能。

(a)HS-338 (b)HS-638 (c)HS-738

圖2為三種滑石粉的SEM掃面電鏡的照片，放大倍數(shù)為5000倍。從圖2可以看出三種滑石粉都呈典型的片狀結(jié)構(gòu)，其中HS-738還具有部分層狀的結(jié)構(gòu)。

(a)HS-338

2.3 滑石粉填充對(duì)聚丙烯改性效果的影響

2.3.1 實(shí)驗(yàn)配方

表2 滑石粉/PP復(fù)合材料配方

2.3.2 滑石粉/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能

表3為滑石粉/PP復(fù)合材料力學(xué)性能和熔融指數(shù)數(shù)據(jù)。從表3可以看出，添加200份滑石粉的時(shí)候，與純PP相比，采用HS-738所制備的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和熔融指數(shù)都得到了提高，說(shuō)明添加200份滑石粉在復(fù)合材料中起到了增韌增強(qiáng)的效果。采用HS-338，由于其粉體顆粒較粗，拉伸強(qiáng)度會(huì)下降；采用HS-638由于其粒徑分布比HS-738的要寬，其熔體流動(dòng)性要差于HS-738，綜合考慮其力學(xué)性能和加工型，采用HS-738改性PP是各項(xiàng)力學(xué)性能和加工性能最優(yōu)的。

表3 滑石粉/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能

2.3.3 滑石粉/PP材料的比重和制備的薄膜的透光率

表4為滑石粉/PP復(fù)合材料比重和薄膜透過(guò)率數(shù)據(jù)。從表4可以看出，HS-738制備的復(fù)合材料的比重比其他兩種滑石都要低；制備的薄膜的透光率要高于HS-338，低于HS-638，這與滑石粉的二氧化硅的含量的高低是一致的。輕量化已逐漸成為塑料加工領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，就是在同樣的添加量的情況下，希望所制備的材料的比重越小越好。對(duì)于采用無(wú)機(jī)粉體添加到塑料中，越細(xì)的粉體由于其比表面積越大，制備出來(lái)的材料的比重會(huì)越小，相對(duì)應(yīng)的其制品的產(chǎn)量會(huì)得到提升，生產(chǎn)成本下降。

表4 滑石粉/PP材料的比重及透光率

2.4 超細(xì)滑石粉添加量對(duì)制備的材料的性能影響

由于HS-738單純的粉體的生產(chǎn)成本是高于HS-338和HS-638，在相同的添加量的情況下其力學(xué)性能要好，但生產(chǎn)成本會(huì)高，為了進(jìn)一步驗(yàn)證添加HS-738的效果，我們將其添加量做了增加到300份、400、500份，與HS-338和HS-368添加200份時(shí)對(duì)比其性能。

2.4.1 實(shí)驗(yàn)配方

表5 滑石粉/PP復(fù)合材料配方

2.4.2 滑石粉/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能

表6為滑石粉/PP復(fù)合材料力學(xué)性能和熔融指數(shù)數(shù)據(jù)。從表6可以看出，隨著HS-738添加量的增加，其拉伸強(qiáng)度和熔體流動(dòng)速率是逐漸下降的。與HS-338添加200份相比，由于其細(xì)度的變細(xì)，其拉伸強(qiáng)度在添加到500份時(shí)都要高于HS-338添加200份，但是其熔體流動(dòng)速率會(huì)有一定的下降，綜合考量其性能，在添加300份HS-738其性能與添加200份HS-338接近；與HS-638添加200份相比，添加HS-738滑石粉300份時(shí)其拉伸強(qiáng)度與其相近，熔體流動(dòng)速率要高，加工性能要好。

表6 滑石粉/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能

2.4.3 滑石粉/PP材料的比重和制備的薄膜的透光率

表7為滑石粉/PP復(fù)合材料比重和薄膜透過(guò)率數(shù)據(jù)。從表7可以看出，在HS-738添加量為300份時(shí)制備的復(fù)合材料的比重與HS-338添加200份時(shí)低，制備的薄膜的透光率要高。與HS-638相比，添加量增加的情況下，其比重都相應(yīng)的要增加，由于其硅含量要稍低，其透過(guò)率也要低。

表7 滑石粉/PP材料的比重及透光率

3 結(jié)論

1)HS-738的粒徑是三種滑石粉中最小，其粒徑分布也是最窄，本實(shí)驗(yàn)采用的三種滑石粉都具有較好的層狀或片狀結(jié)構(gòu)；

2)采用HS-738填充改性聚丙烯，可以提高力學(xué)性能，改善加工流動(dòng)性；

3)綜合考慮制備的復(fù)合材料力學(xué)性能和加工流動(dòng)性，，在同樣添加量的情況下，采用HS-738要優(yōu)于HS-638和HS-338，同時(shí)制備的復(fù)合材料的比重最小，有利于加工成本的降低；

4)在不同添加量的情況下，采用HS-738添加300份時(shí)的各項(xiàng)性能指標(biāo)要優(yōu)于或接近于HS-338和HS-638添加200份時(shí)的性能指標(biāo)。