滑石粉、碳酸鈣、硅灰石、云母粉、硫酸鋇等是聚丙烯（PP）填充改性常用的無機(jī)填料，其形狀主要有顆粒狀、纖維狀、片層狀等，非金屬礦物含量、粒徑、類型等對填充PP復(fù)合材料熔接痕強(qiáng)度具有重要影響。
1、礦物填充PP復(fù)合材料試驗(yàn)
（1）原料
滑石粉：粒徑800目、1250目、3000目、5000目、8000目，編號分別為TALC-1、TALC-2、TALC-3、TALC-4、TALC-5；
碳酸鈣：粒徑1250目、3000目、5000目，編號分別為CC-1、CC-2、CC-3；
硅灰石：粒徑400目、1250目，編號分別為WS-1和WS-2；
云母粉：粒徑325目、800目，編號分別為MICA-1和MICA-2；
硫酸鋇：粒徑1250目、3000目，編號分別為BAS-1和BAS-2；
玻璃纖維：單絲直徑13μm、直徑10μm，編號分別為GF-1和GF-2。
（2）試驗(yàn)方法
將各種原材料混合均勻后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出造粒的加工條件為：各區(qū)加工溫度180-210℃之間，主機(jī)轉(zhuǎn)速650r/min，真空度為-0.08-0.04MPa?？紤]到實(shí)際應(yīng)用情況，硅灰石和玻璃纖維加料從擠出機(jī)的側(cè)喂料口加入。
將上述擠出粒料在注塑機(jī)上注塑成符合ISO 527-1/2 Type 1A標(biāo)準(zhǔn)的普通啞鈴型拉伸和帶熔接痕的啞鈴型拉伸試樣，并測試普通拉伸樣條性能、熔接痕強(qiáng)度性能和微外觀測試。
2、礦物種類及粒徑對PP填充材料的影響
熔接痕的強(qiáng)度取決于界面處高分子鏈?zhǔn)欠裼凶銐虻臅r間和能量來進(jìn)行擴(kuò)散，以形成分子鏈的纏繞。
表1 礦物種類及粒徑對PP復(fù)合材料熔接痕強(qiáng)度的影響
表2 礦物種類及粒徑對PP復(fù)合材料熔接痕強(qiáng)度的影響
由表1和表2可知：
?。?）球型礦物對熔接痕的影響小于片層礦物，針狀礦物介于兩者之間，但添加玻璃纖維的熔接痕強(qiáng)度保持率是最小的。
主要原因是兩股料流對沖時球型結(jié)構(gòu)礦物對兩股料流前端的分子鏈相互纏繞影響小，而片層結(jié)構(gòu)礦物在兩股料流對沖時前端的片層很難相互嵌插從而導(dǎo)致分子鏈纏繞困難，針狀礦物對兩股料流前端分子鏈纏繞的影響介于球型結(jié)構(gòu)與片層結(jié)構(gòu)。
如添加球型結(jié)構(gòu)的碳酸鈣或硫酸鋇其熔接痕強(qiáng)度保持率在84%以上，而添加片層結(jié)構(gòu)的滑石粉或云母粉其熔接痕強(qiáng)度根據(jù)粒徑大小不同在72%-84%不等。
?。?）小粒徑的礦物對熔接痕的影響小于大粒徑。主要原因是粒徑越小對兩股料流前端的分子鏈相互纏繞影響越小。
如添加片層結(jié)構(gòu)的滑石粉其粒徑從800目到8000目不斷増加時，其熔接痕強(qiáng)度保持率從73.8%上升至84.6%，添加球型結(jié)構(gòu)的碳酸鈣其粒徑從1250目到5000目不斷増加時，其熔接痕強(qiáng)度保持率從84.5%上升至87.1%。
（3）在所有的礦物填充PP中玻璃纖維對熔接痕的影響最大，熔接痕強(qiáng)度保持率下降至60%以下。主要原因一方面是玻璃纖維在PP中的保留長度很大嚴(yán)重影響了兩股料流前端分子鏈的相互纏繞，另一方面玻璃纖維的加入使得整體流動性變差，這在相同的注塑工藝下兩股料流相互接觸所用時間比其他礦物要長，耗時越長最前端的熔體溫度也會越低，進(jìn)而阻礙了分子鏈的相互纏繞。
3、礦物含量對熔接痕強(qiáng)度的影響
表3-8為滑石粉、碳酸鈣、硅灰石、云母、硫酸鋇、玻璃纖維的含量對熔接痕強(qiáng)度的影響。
由表3-8可看知：不管礦物種類如何，復(fù)合材料的熔接痕強(qiáng)度都隨著礦物含量的増加不斷下降。主要原因是隨著礦物含量的増加，礦物對整個體系的粘度影響也増加。體系粘度越大在兩股料流對沖時所消耗的時間較長以及體系粘度越大影響分子鏈相互纏繞越嚴(yán)重。
4、不同種類礦物在PP體系中的分散性表征
由圖1-A和圖1-D所示，滑石粉和云母的片層結(jié)構(gòu)明顯，此類結(jié)構(gòu)在兩股料流對沖時嵌入滑石粉片層的高分子鏈纏繞困難，從而熔接痕強(qiáng)度偏低。
圖1-B和圖1-E分別為碳酸鈣和硫酸鋇，都為球狀結(jié)構(gòu)，兩者的熔接痕保持率也比較接近且比片層結(jié)構(gòu)填充體系高。
圖1-C和圖1-F分別為針狀結(jié)構(gòu)的硅灰石和玻璃纖維，玻璃纖維尺寸較大，但因?yàn)樾螤钕嗨?，熔接痕保持率也較接近。
比三種結(jié)構(gòu)的微觀形貌和檢測結(jié)果可以看出，礦物的微觀形態(tài)對熔接痕強(qiáng)度有重要的影響。
5、結(jié)論
?。?）填充聚丙烯復(fù)合材料的熔接痕強(qiáng)度與填充的礦物種類、粒徑以及含量有著密切的關(guān)系。
（2）球型結(jié)構(gòu)礦物填充PP的熔接痕強(qiáng)度保持率比片層礦物填充PP的熔接痕強(qiáng)度保持率高。
（3）相同礦物種類，不同的粒徑對PP復(fù)合材料的熔接痕強(qiáng)度保持率影響不同，礦物粒徑越小熔接痕強(qiáng)度保持率越高。
?。?）相同礦物種類、相同的粒徑，不同的礦物含量對PP復(fù)合材料的熔接痕強(qiáng)度保持率影響不同，礦物含量越高熔接痕強(qiáng)度保持率越低。
資料來源：礦物填料對改性聚丙烯熔接痕強(qiáng)度的影響，作者：陳業(yè)中，錢志軍，俞飛等；
編輯整理：中國粉體技術(shù)網(wǎng)
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