滑石粉對微發(fā)泡聚丙烯（PP）復(fù)合材料的影響

滑石是一種常見的硅酸鹽礦物，滑石的片狀結(jié)構(gòu)對塑料材料的剛性和高溫下的抗蠕變性帶來正面影響，使其可以作為增強性填料。滑石粉對聚丙烯材料有很好的增強作用，同時能提高聚丙烯的尺寸穩(wěn)定性，耐熱性等。在滑石填充PP汽車材料應(yīng)用中，其片狀結(jié)構(gòu)有利于協(xié)調(diào)剛性和沖擊韌性的最佳平衡。

聚丙烯（PP）/滑石粉以其價廉、力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點在車用塑料中廣泛應(yīng)用。但該材料還存在一些不足之處，如密度大，這不利于汽車輕量化。微發(fā)泡PP/滑石粉材料不但具有復(fù)合材料的優(yōu)異性能，而且密度下降，質(zhì)量減輕。

1、樣品制備
（1）PP/滑石粉母粒
采用同向雙螺桿擠出機擠出造粒，工藝參數(shù)：螺桿轉(zhuǎn)速140r/min，喂料速率1.2-1.5r/min，擠出加熱區(qū)溫度160-188℃。
（2）微發(fā)泡PP/滑石粉復(fù)合材料
PP/滑石粉母粒、發(fā)泡劑母粒在注塑機中二次開模成型，制備符合測試標(biāo)準(zhǔn)的啞鈴型樣條。注射溫度175℃，注射速率95%，注射壓力500kPa。

2、滑石粉對微發(fā)泡復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

 
比強度是衡量材料輕質(zhì)、高強的重要指標(biāo)。由圖2可知：相比于純PP材料，滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的未發(fā)泡PP材料的比拉伸強度降低，比彎曲強度增加，比沖擊強度基本不變；隨著滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加，材料的比拉伸強度、比彎曲強度和比沖擊強度均降低。
相比于純PP材料，滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PP材料發(fā)泡以后，比拉伸強度和比彎曲強度增加，比沖擊強度略有降低；繼續(xù)增加滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，發(fā)泡材料的比拉伸強度、比彎曲強度和比沖擊強度均降低。對同一材料而言，發(fā)泡后材料的比強度均低于未發(fā)泡材料的。
通過上述材料比強度的分析，材料發(fā)泡后，滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PP材料的比強度最高，繼續(xù)增加滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，反而降低材料的比強度。因此，少量的滑石粉填充有利于提高PP材料發(fā)泡后的力學(xué)性能。

3、滑石粉對微發(fā)泡復(fù)合材料泡孔結(jié)構(gòu)的影響

相比于純PP材料，滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PP復(fù)合材料發(fā)泡后泡孔形狀規(guī)則，均勻致密，無泡孔合并和塌陷等現(xiàn)象。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的滑石粉加入到PP基體中，起到熱點成核作用。隨著滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增大，滑石粉之間發(fā)生團(tuán)聚，異相成核作用減小，后者對發(fā)泡體系的影響比前者的大，因而泡孔塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重，泡孔稀疏。這主要是因為滑石粉的成核作用明顯，泡孔數(shù)量增加，若相鄰泡孔尺寸相近，在界面張力的作用下趨于合并；若尺寸相差較大，由于泡孔內(nèi)氣體壓力的不同，泡孔間的熔體薄膜破裂，泡孔合并。

4、滑石粉對微發(fā)泡PP復(fù)合材料泡孔平均直徑和泡孔數(shù)量的影響

由圖4可見：滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PP材料的泡孔平均直徑最小，為73μm，同時泡孔數(shù)量最多，達(dá)132個。相比于純PP發(fā)泡材料，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的滑石粉后，泡孔平均直徑減小2700，泡孔數(shù)量增加7800。這是因為在PP基體中加入滑石粉后，滑石粉粒子起到了熱點成核作用，泡孔數(shù)量增加，泡孔直徑減小。
隨著滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增大至10%，滑石粉之間發(fā)生團(tuán)聚，成核點減少，異相成核作用減小，后者對發(fā)泡體系的影響比前者的大，因而泡孔的平均直徑反而增大，泡孔數(shù)量降低；繼續(xù)增加滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至20%時，泡孔直徑有所降低，泡孔數(shù)量增加。雖然高達(dá)20%的滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會發(fā)生團(tuán)聚，但是此時成核點數(shù)量也會增加，異相成核對該發(fā)泡體系的影響比較大，此時泡孔直徑降低，泡孔數(shù)量增加。

5、小結(jié)
（1）滑石粉對PP材料的發(fā)泡具有異相成核作用，當(dāng)滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時，獲得泡孔細(xì)小、均勻且致密的微發(fā)泡材料。隨著滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，由于滑石粉在基體中的分散性較差，產(chǎn)生團(tuán)聚，從而泡孔直徑增大、數(shù)量降低。
（2）PP材料發(fā)泡后各項力學(xué)性能均降低，但滑石粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時，PP材料微發(fā)泡后力學(xué)性能下降最低，其中比彎曲強度基本接近未發(fā)泡材料的。