【技术】滑石粉对微发泡聚丙烯（PP）复合材料的影响

图1 汽车塑料部件

滑石是一种常见的硅酸盐矿物，滑石的片状结构对塑料材料的刚性和高温下的抗蠕变性带来正面影响，使其可以作为增强性填料。滑石粉对聚丙烯材料有很好的增强作用，同时能提高聚丙烯的尺寸稳定性，耐热性等。在滑石填充PP汽车材料应用中，其片状结构有利于协调刚性和冲击韧性的最佳平衡。

聚丙烯(PP)/滑石粉以其价廉、力学性能优异等优点在车用塑料中广泛应用。但该材料还存在一些不足之处，如密度大，这不利于汽车轻量化。微发泡PP/滑石粉材料不但具有复合材料的优异性能，而且密度下降，质量减轻。

1、样品制备

(1)PP/滑石粉母粒

采用同向双螺杆挤出机挤出造粒，工艺参数：螺杆转速140r/min，喂料速率1.2-1.5r/min，挤出加热区温度160-188℃。

(2)微发泡PP/滑石粉复合材料

PP/滑石粉母粒、发泡剂母粒在注塑机中二次开模成型，制备符合测试标准的哑铃型样条。注射温度175℃，注射速率95%，注射压力500kPa。

2、微发泡复合材料的力学性能

图2 滑石粉的质量分数对微发泡材料比强度的影响

比强度是衡量材料轻质、高强的重要指标。由图2可知：相比于纯PP材料，滑石粉的质量分数为5%的未发泡PP材料的比拉伸强度降低，比弯曲强度增加，比冲击强度基本不变;随着滑石粉的质量分数进一步增加，材料的比拉伸强度、比弯曲强度和比冲击强度均降低。

相比于纯PP材料，滑石粉的质量分数为5%的PP材料发泡以后，比拉伸强度和比弯曲强度增加，比冲击强度略有降低;继续增加滑石粉的质量分数，发泡材料的比拉伸强度、比弯曲强度和比冲击强度均降低。对同一材料而言，发泡后材料的比强度均低于未发泡材料的。

通过上述材料比强度的分析，材料发泡后，滑石粉的质量分数为5%的PP材料的比强度最高，继续增加滑石粉的质量分数，反而降低材料的比强度。因此，少量的滑石粉填充有利于提高PP材料发泡后的力学性能。

3、微发泡复合材料的泡孔结构

图3 微发泡滑石粉填充PP复合材料的光学显微镜照片

相比于纯PP材料，滑石粉的质量分数为5%的PP复合材料发泡后泡孔形状规则，均匀致密，无泡孔合并和塌陷等现象。质量分数为5%的滑石粉加入到PP基体中，起到热点成核作用。随着滑石粉的质量分数进一步增大，滑石粉之间发生团聚，异相成核作用减小，后者对发泡体系的影响比前者的大，因而泡孔塌陷现象严重，泡孔稀疏。这主要是因为滑石粉的成核作用明显，泡孔数量增加，若相邻泡孔尺寸相近，在界面张力的作用下趋于合并;若尺寸相差较大，由于泡孔内气体压力的不同，泡孔间的熔体薄膜破裂，泡孔合并。

4、微发泡复合材料的泡孔直径和数量

图4 滑石粉对发泡材料的泡孔直径和泡孔数量的影响

由图4可见：滑石粉的质量分数为5%的PP材料的泡孔平均直径最小，为73μm，同时泡孔数量最多，达132个。相比于纯PP发泡材料，加入质量分数为5%的滑石粉后，泡孔平均直径减小2700，泡孔数量增加7800。这是因为在PP基体中加入滑石粉后，滑石粉粒子起到了热点成核作用，泡孔数量增加，泡孔直径减小。

随着滑石粉的质量分数进一步增大至10%，滑石粉之间发生团聚，成核点减少，异相成核作用减小，后者对发泡体系的影响比前者的大，因而泡孔的平均直径反而增大，泡孔数量降低;继续增加滑石粉的质量分数至20%时，泡孔直径有所降低，泡孔数量增加。虽然高达20%的滑石粉的质量分数会发生团聚，但是此时成核点数量也会增加，异相成核对该发泡体系的影响比较大，此时泡孔直径降低，泡孔数量增加。

5、小结

(1)滑石粉对PP材料的发泡具有异相成核作用，当滑石粉的质量分数为5%时，获得泡孔细小、均匀且致密的微发泡材料。随着滑石粉的质量分数增加，由于滑石粉在基体中的分散性较差，产生团聚，从而泡孔直径增大、数量降低。

(2)PP材料发泡后各项力学性能均降低，但滑石粉的质量分数为5%时，PP材料微发泡后力学性能下降最低，其中比弯曲强度基本接近未发泡材料的。

(摘自：聚丙烯/滑石粉微发泡材料力学性能及发泡行为的研究，作者：赵丽萍)