碳酸鈣是最常用的無機填料,具有來源豐富、價格低廉、易于使用、表面易于處理、顏色易調(diào)、對設(shè)備磨損小等優(yōu)點,在PP中應(yīng)用廣泛。
根據(jù)制備方法及表面處理情況,碳酸鈣可分為重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、膠質(zhì)碳酸鈣以及活性碳酸鈣等?;钚蕴妓徕}是在制備碳酸鈣的同時,將脂肪酸及其鹽類包覆在碳酸鈣粒子表面而制備的。也有將碳酸鈣用偶聯(lián)劑等進行表面處理,制成活性碳酸鈣。
活性碳酸鈣與聚合物有較好的界面結(jié)合,有助于改善填充體系的力學(xué)性能,同時填充PP的流變性能也得到有效改善。在制備無機礦物質(zhì)填充增強PP時, 加入一定量的極性單體接枝聚丙烯PP,有利于改善無機礦物質(zhì)填料與PP間的相互作用,可以顯著改善填充材料的力學(xué)性能。目前常用的接枝單體有丙烯酸、馬來酸及馬來酸酐、丙烯酸環(huán)氧酯、順丁烯二酸酑等,采用的接枝方法主要有溶液法、熔融法、固相接枝技術(shù)、原位反應(yīng)接枝技術(shù)和力化學(xué)反應(yīng)熔融接枝技術(shù)。在與PP復(fù)合時,可以直接使用,不用再進一步對碳酸鈣進行活化處理。
近年來,超細碳酸鈣也相繼研制出來,超細碳酸鈣表面積大,增加了和聚丙烯間的接觸面和作用力,因此有利于填充量的提高和性能的改進。
將不同粒徑的填料進行級配,然后再填充到PP中,可收到顯著的改性效果。如將粒徑分別為325目和1500目的CaCO3粒子按照不同比例進行級配混合,并以30%的比例填充到PP中,可以有效地降低填充體系的黏度,提高填料的最大堆積密度,減小填料顆粒間相互碰撞,可使材料的拉伸和沖擊性能得到提高。合理的粒徑級配填充可有效地促進PP的β晶的生成和結(jié)晶重排的發(fā)生,從而改善力學(xué)性能。級配填充后PP的β晶含量要高于未級配填充的β晶含量。另外,級配填充使PP結(jié)晶峰變寬,這是由于在結(jié)晶過程中同時發(fā)生了結(jié)晶體的重排所致。
在異相成核的過程中,由于結(jié)晶速率過快,往往容易造成較多的晶體缺陷, 而結(jié)晶體的重排則可以使由于異相成核引起的結(jié)晶速率過快所造成的晶體缺陷得以修復(fù),并使得結(jié)晶體的排列更為緊密有序。因此,經(jīng)過一定的粒徑級配填充后,PP在結(jié)晶過程中, 發(fā)生結(jié)晶重排,有利于PP晶格缺陷的減少和晶體排列有序度的提高,有利于力學(xué)性能的提高。同時,如果考慮到當小粒徑填料比例較多時,由于總的填充量不變,必將使受力點增加,形成應(yīng)力的相對分散,在一定程度上降低了單個應(yīng)力點所受的應(yīng)力,也有利于材料力學(xué)性能的提高。
滑石粉是一種廉價的填料。研究滑石粉填充改性PP發(fā)現(xiàn),在滑石粉適宜的含量范圍內(nèi),可提高其彈性模量和抗沖擊性,減少收縮性。滑石粉對PP具有成核劑的作用,改善PP的結(jié)晶完善性,從而提高力學(xué)性能。用滑石粉填充PP,除了斷裂伸長率稍有下降外,彎曲強度和缺口沖擊強度大大提高,降低成型收縮率。
滑石粉對PP的剛性和耐熱性提高作用較大,因此需要高剛性、高耐熱的PP時經(jīng)常采用滑石粉填充?;厶畛?/span>PP的尺寸穩(wěn)定性好于碳酸鈣填充PP,因此用途更為廣泛,在汽車、家電等領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。
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