聚丙烯增强改性的研究概况

王 丹，李丽华, 张金生, 梁 路

（辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部， 辽宁 抚顺 113001）

聚丙烯增强改性的研究概况

王 丹，李丽华, 张金生, 梁 路

（辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部， 辽宁 抚顺 113001）

聚丙烯（PP）增强改性的增强剂主要是纤维（玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、芳纶纤维等）和无机填料（滑石粉、碳酸钙等）。对聚丙烯（PP）增强改性的机理，优缺点及应用进行了研究和探讨，并对其发展趋势进行了阐述。

增强；复合材料；聚丙烯

聚丙烯（Polypropylene，缩写：PP）化学性能强、绝缘性好、良好的力学性能、耐热性强等优点。此外，PP的原材料来源丰富，价格适中，且随着科学技术的发展，高效催化剂不断涌现，生产化工工艺不断更新，日趋简单化。被广泛应用于家用电器、高透材料、建筑、化工等行业。

但是，PP的耐寒性差，易老化、易燃、韧性差、表面活性低[1]、模塑收缩率大、缺口冲击强度小，脆性大等缺点，对 PP的推广和应用产生了极大地阻碍作用。从上世纪70年代中期，国内外就对PP改性进行了大量的研究，特别是在提高PP的缺口冲击强度和低温韧性方面，目前已成为国内外研究的重点和热点。为此，对 PP进行改性已成为发展趋势，PP改性主要包括化学改性和物理改性，本文主要介绍了增强改性，其增强剂主要包括纤维和无机填料。

1 纤维增强剂

纤维增强PP能够在保留原有特性的基础上，通过添加纤维获得PP本不具备的性能，同时，纤维增强PP操作简便、价格低廉等优点，已成为一种优质的增强剂[2]。纤维增强剂主要包括玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、天然纤维等。不同纤维对增强聚丙烯的工艺和性能影响均不同。

1.1 玻璃纤维

玻璃纤维增强聚丙烯（GFRPP）提高了原有PP的机械性能、热变形温度、收缩率小、硬度等[3]，使应用范围得到了扩大。玻璃纤维增强 PP主要包括化学方法和物理方法，物理方法是 PP与玻璃纤维通过机械粘合力最终达到补强效果，化学方法主要是 PP与玻璃纤维通过机械和化学结合形成稳定的复合材料[4]，效果明显。在玻璃纤维中增加二氧化硅、氧化钙等可提高其耐碱性，加入三氧化二铝、氧化锑等可提高其耐水[5]。郭范波等[6]探索出C-glass、AR-glass等能有效改善玻璃纤维性能，包括耐酸碱性等。崔风波等[7]对GFRPP进行了研究，表明玻璃纤维含量相同时，长玻璃纤维增强 PP比短玻璃纤维更有利于 PP弯曲强度和热变形温度的提高。

1.2 碳纤维

碳纤维是含碳量在95%以上，且具有高强度和高模量的纤维，是玻璃纤维杨氏模量的3倍。炭纤维增强聚丙烯（CFRPP）能够有效地提高 PP的导电性、机械性能、耐沸水性等。倪燕等[8]对短碳纤维增强PP进项了研究，表明经表面处理的CFRPP其拉伸强度、缺口冲击强度、负荷热变形温度有所提高[9]。

1.3 天然纤维

常见的天然纤维包括植物纤维（棉、麻）、动物纤维（毛、丝）和矿物纤维（石棉等）。天然纤维具有可降解、价格低廉、加工设备简单等优点，从而在增强聚丙烯材料中得到应用[9]。由于天然纤维增强聚丙烯的力学性能偏低，不能承受较大载荷的结构体，特别是在汽车工业中天然增强 PP复合材料主要制作一些承受载荷小、人体经常接触的构件[10]。

天然纤维增强 PP复合材料的性能主要取决于天然纤维、PP和界面性能。天然纤维增强PP方法主要包括化学方法和物理方法。化学方法是指改变纤维的结构和表面性能，同时纤维的化学组成也发生变化。物理方法是指改变纤维的结构和表面性能，但是纤维的化学组成不变。韩海山等[11]制备了剑麻纤维增强 PP复合材料，结果表明，复合材料的孔隙率会随着纤维含量的增加先增大后减小，空隙率最大时纤维质量分数为30%，添加MPP（马来酸酐接枝聚丙烯乳液）增溶剂时，复合材料中的纤维含量越大，力学性能就越大。刘晚烨等[12]对黄麻纤维毡增强 PP复合材料的理学性能进行了研究，结果表明，复合材料表面涂油MPP乳液后，力学性能得到更大的改善。

1.4 芳纶纤维

芳纶纤维具有抗冲击性能好、耐高温、模量性能较高等优点，成为复合材料研究领域的热点话题[13]。用于增强聚丙烯的芳纶纤维包括短纤维和浆粕。由于芳纶纤维表面光滑，活性基团少，与基体的界面黏结性不好，所以对芳纶纤维表面惊醒改性是有必要的。表面改性芳纶纤维的方法很多，不同方法均可以改善复合材料的性能。陈小随等[14]研究表明，磷酸酯偶联剂改性的芳纶纤维表面与 PP的黏结性有明显提高，当偶联剂含量达到20%时复合材料的力学性能有明显提高，主要表现在芳纶增强 PP复合材料的冲击强度最大值为37.6 kJ/m2，拉伸强度最大为67.8 MPa。唐欣磊等[15]对长芳纶纤维增强抗冲共聚聚丙烯进行的研究，研究结果表明复合材料的储能模量、抗性变能力都有所增强。

2 无机填料

目前，无机填料是成本最低，应用最广的 PP增强材料。同时，无机填料增强 PP也是最简单的方法。无机填料增强PP的复合材料能够有效地提高材料的刚度、硬度、热变形温度等，同时能够降低生产成本。常见的无机填料主要有滑石粉、碳酸钙、云母、纳米无机填料等。

2.1 滑石粉

滑石粉的特征主要表现在薄片构型的片状结构，滑石粉增强PP复合材料冲击强度、表面硬度、热变形温度有明显地提高，同时提高PP的结晶性、改善其透明度。滑石粉增强聚丙烯复合材料常被广泛应用于风扇罩、蓄电池防热板、流体泵件、注塑成型各种仪表壳体和电气元件等。滑石粉含有亲水性基团，而 PP为疏水性，两者相容性差，因此对滑石粉的表面进行改性是有必要的。马长宝[16]研究表明，滑石粉增强 PP复合材料中化石粉含量在30%～40%时，拉伸强度和冲击强度最大，经混合偶联剂处理后的滑石粉增强 PP复合材料的力学性能远远优于单一偶联剂的处理的复合材料。李振国[17]研究表明滑石粉的附聚作用对其增强 PP强度起到制约的作用。

2.2 碳酸钙

碳酸钙价格低廉、雾度、无刺激、易于着色、改进PP色泽及染色性、对加工机械无磨损[18]。碳酸钙增强 PP的复合材料的光亮度大幅度下降，为了避免对产品外观的影响，通常采用表面光亮剂对碳酸钙进行表面改性，可使复合材料的表面光度的到改善。张贵云等[19]研究表明当碳酸钙（1%钛酸酯偶联剂表面处理）质量分数为20%时，复合材料的拉伸、弯曲强度均得到提高，1份表面光亮剂能增加复合材料的表面光泽度。张妍然等[20]对碳酸钙晶须增强PP进行研究，结果表明，NDZ-102钛酸酯偶联剂用量为1.25%，碳酸钙晶须用量为10%时，复合材料的力学性能有明显改善，拉伸应力为 20.1 MPa，弯曲应力为37.4 MPa。

2.3 云母

云母为铝钾硅酸盐矿物，我国资源丰富，但也有人工合成。云母有优良电性能、抗震、隔音等性能。云母主要应用于电器设备。云母增强聚丙烯的物理、力学、加工流动性均较 PP有所改善。朱静安等[21]研究表明云母增强 PP复合材料的模量、硬度、熔体粘度均有所改善，但是强度略有下降，在云母质量分数为20%时综合性能良好。蔡维真等[22]研究表明，有机长链的处理剂能够降低熔体粘度，但力学性能尚未提高，添加马来酸酐接枝 PP与硅烷偶联剂配合能够提高抗张强杜和断裂伸长率。

2.4 纳米填料

纳米材料在结构、性能的特殊性，受到全国各地工程材料研究工作者青睐。用纳米粒子改性聚丙烯的方法有两种：（1）直接分散法，即直接将纳米粒子与熔融树脂共混。（2）在位填充法，即将纳米粒子溶于树脂中，形成分散胶体（稳定）后，再进行聚合。与PP相比，纳米PP复合材料的低温冲击性能、稳定性高等优点。吴建国等[23,24]研究了PP/纳米碳酸钙复合材料的力学性能，结果表明，次此复合材料具有脆-韧转变现象，且是一种强而韧的材料。

3 展 望

PP具有良好的力学、化学性能，且价格低廉、应用广泛，但是耐寒性差、低温易脆裂等缺点，限制了其发展和应用，因此必须对PP进行增强改性，才能实现通用、大众化、功能化。随着增溶剂、偶联剂、表面处理技术的不断更新发展，PP增强改性已成为发展趋势。纳米粒子能够很好地承受外应力，消耗大量的冲击能，以此达到增强增韧的效果，纳米技术已成为PP增强改性的全新途径。

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Study on Reinforcing Modification of Polypropylene

WANG Dan，LI Li-hua，ZHANG Jin-sheng，LIANG Lu
（School of Petroleum & Chemical Technology，Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

The main strengthening agents for enhancing modification of polypropylene include fiber(glass fiber, carbon fiber, natural fiber, aramid fiber and so on) and inorganic fillers(talc,calcium carbonate and so on).In this article, mechanization, merits and faults, application of enhancing modification of polypropylene were introduced and discussed, and the development trend was prospected.

Enhancing; Composite; Polyporylene

TQ 325

A

1671-0460（2014）11-2403-04

2014-4-18

王丹（1989-），女，辽宁盘锦人，2013年毕业于辽宁石油化工大学应用化学专业，研究方向：油田化学。E-mail：qqlianglu@126.com。

李丽华（1964-），女，教授，博士，主要从事微波化学及新型材料在石油化工领域中的应用研究。E-mail：llh72@163.com。