滑石粉對微發泡聚丙烯（PP）復合材料的影響

滑石是一種常見的硅酸鹽礦物，滑石的片狀結構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定性，耐熱性等。在滑石填充PP汽車材料應用中，其片狀結構有利于協調剛性和沖擊韌性的最佳平衡。

聚丙烯（PP）/滑石粉以其價廉、力學性能優異等優點在車用塑料中廣泛應用。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。微發泡PP/滑石粉材料不但具有復合材料的優異性能，而且密度下降，質量減輕。

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：螺桿轉速140r/min，喂料速率1.2-1.5r/min，擠出加熱區溫度160-188℃。
（2）微發泡PP/滑石粉復合材料
PP/滑石粉母粒、發泡劑母粒在注塑機中二次開模成型，制備符合測試標準的啞鈴型樣條。注射溫度175℃，注射速率95%，注射壓力500kPa。

2、滑石粉對微發泡復合材料力學性能的影響

 
比強度是衡量材料輕質、高強的重要指標。由圖2可知：相比于純PP材料，滑石粉的質量分數為5%的未發泡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；隨著滑石粉的質量分數進一步增加，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，滑石粉的質量分數為5%的PP材料發泡以后，比拉伸強度和比彎曲強度增加，比沖擊強度略有降低；繼續增加滑石粉的質量分數，發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，發泡后材料的比強度均低于未發泡材料的。
通過上述材料比強度的分析，材料發泡后，滑石粉的質量分數為5%的PP材料的比強度最高，繼續增加滑石粉的質量分數，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材料發泡后的力學性能。

3、滑石粉對微發泡復合材料泡孔結構的影響

相比于純PP材料，滑石粉的質量分數為5%的PP復合材料發泡后泡孔形狀規則，均勻致密，無泡孔合并和塌陷等現象。質量分數為5%的滑石粉加入到PP基體中，起到熱點成核作用。隨著滑石粉的質量分數進一步增大，滑石粉之間發生團聚，異相成核作用減小，后者對發泡體系的影響比前者的大，因而泡孔塌陷現象嚴重，泡孔稀疏。這主要是因為滑石粉的成核作用明顯，泡孔數量增加，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、滑石粉對微發泡PP復合材料泡孔平均直徑和泡孔數量的影響

由圖4可見：滑石粉的質量分數為5%的PP材料的泡孔平均直徑最小，為73μm，同時泡孔數量最多，達132個。相比于純PP發泡材料，加入質量分數為5%的滑石粉后，泡孔平均直徑減小2700，泡孔數量增加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，泡孔數量增加，泡孔直徑減小。
隨著滑石粉的質量分數進一步增大至10%，滑石粉之間發生團聚，成核點減少，異相成核作用減小，后者對發泡體系的影響比前者的大，因而泡孔的平均直徑反而增大，泡孔數量降低；繼續增加滑石粉的質量分數至20%時，泡孔直徑有所降低，泡孔數量增加。雖然高達20%的滑石粉的質量分數會發生團聚，但是此時成核點數量也會增加，異相成核對該發泡體系的影響比較大，此時泡孔直徑降低，泡孔數量增加。

5、小結
（1）滑石粉對PP材料的發泡具有異相成核作用，當滑石粉的質量分數為5%時，獲得泡孔細小、均勻且致密的微發泡材料。隨著滑石粉的質量分數增加，由于滑石粉在基體中的分散性較差，產生團聚，從而泡孔直徑增大、數量降低。
（2）PP材料發泡后各項力學性能均降低，但滑石粉的質量分數為5%時，PP材料微發泡后力學性能下降最低，其中比彎曲強度基本接近未發泡材料的。