金戈淺談汽車用高性能PP填充復(fù)合材料界面優(yōu)化技術(shù)

　　PP作為五大通用塑料之一，由于其具有超高的“性價(jià)比”，被廣泛的應(yīng)用于家電、汽車、包裝領(lǐng)域。其間，在汽車領(lǐng)域更有代替ABS等其他工程塑料的趨勢(shì)，如轎車保險(xiǎn)杠、表面臺(tái)、車門內(nèi)護(hù)板等。并且，隨著新能源汽車的發(fā)展，汽車輕量化、“以塑代鋼”的發(fā)展趨勢(shì)已成為必定。這對(duì)高性能的PP填充復(fù)合材料要求更高。

　　怎樣獲得高性能PP填充復(fù)合材料，界面優(yōu)化才是重點(diǎn)！那么，接下來，金戈就給讀者談?wù)勗赑P填充改性的時(shí)分，復(fù)合材料的界面怎樣優(yōu)化？填料的表面處理劑怎樣挑選？

　　一、PP填充改性

　　PP填充改性：是指以PP樹脂為基體，添加一定比例的有機(jī)或無機(jī)的填料，并輔以助劑，經(jīng)過混煉、擠出和造粒制得改性PP粒子的過程。其中無機(jī)填料有CaCO3、滑石粉、BaSO4等，有機(jī)填料有木粉、竹粉、秸稈等。

　　無機(jī)填料可改進(jìn)PP的耐熱性、剛性、表面硬度和制品的尺度穩(wěn)定性。此外，納米級(jí)填料還能夠改進(jìn)PP樹脂的低溫耐性。如滑石粉改性PP的汽車保險(xiǎn)杠，BaSO4填充改性PP的高光家電外殼等。

　　有機(jī)填料耐熱性較差，可是能夠進(jìn)步PP制品的尺度穩(wěn)定性、大幅下降制品的生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在大多是生物質(zhì)復(fù)合材料，如木塑等產(chǎn)品。

　　二、PP填充改性技能瓶頸

　　因?yàn)檫@些填料表面具有很多的極性基團(tuán)，特別是有機(jī)填料，與非極性PP基體相容性較差。雖然，制品的成本得以下降，可是使用性能較差。很難滿足高性能材料的要求。目前，PP填充改性的技術(shù)瓶頸有以下幾點(diǎn)：

　　1、填料和基體樹脂的極性相差較大，復(fù)合體系中兩相的相容性較差，“界面厚度”不夠，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能降低，特別是拉伸性能。

　　2、隨著無機(jī)剛性粒子增韌PP的研究，更多納米級(jí)粒子被應(yīng)用到PP增韌改性中，如汽車用保險(xiǎn)杠（PP+EPDM+20%滑石粉）。這樣，具有高表面能的納米粒子在樹脂基體中，如果分散不好，就會(huì)團(tuán)聚，喪失納米效應(yīng)，影響復(fù)合材料的使用性能。

　　目前，解決上述問題的辦法，就是通過對(duì)填料進(jìn)行表面處理，改善粒子的表面極性，制得具有“核-殼結(jié)構(gòu)”的功能性填料。

　　一方面可改善填料與樹脂之間的相容性，增大復(fù)合體系中兩相的“界面厚度”。另一方面，減弱粒子之間的作用，防止團(tuán)聚，使得填料可以均勻的分散在樹脂集體中，形成“海-島”結(jié)構(gòu)。

　　目前，常用的表面處理劑有三類：表面改性劑、偶聯(lián)劑和相容劑。所以，要想制得高性能的PP填充復(fù)合材料，聚合物—填料之間的界面狀態(tài)較為關(guān)鍵。

　　三、高性能PP填充復(fù)合材料的界面優(yōu)化

　　分別以硬脂酸、氨基硅烷偶聯(lián)劑和PP-g-MAH（PP接枝馬來酸酐）為例，分析這三種表面處理劑對(duì)滑石粉填充改性PP復(fù)合體系性能的影響。

　　體系的流變性分析復(fù)合材料中兩相間的界面狀態(tài)

　　界面改性對(duì)于填充聚合物復(fù)合體系流變行為的影響常常是雙重的。填料的表面處理能夠減少顆粒與顆料間的相互作用，因而填料粒子在基體中的分散能夠得到改善并引起復(fù)合體系熔體粘度的下降。然而，當(dāng)表面處理能夠增強(qiáng)聚合物填料之間的相互作用時(shí)，又會(huì)促進(jìn)熔體粘度的提高。

　?。?）硬脂酸一類的表面改性劑包覆時(shí)，表面活性劑的極性基團(tuán)被吸附在填料表面上，同時(shí)其脂肪鏈一端向外，沿著垂直于填料顆粒表面的方向排列，形成一個(gè)薄的包覆層。這種包覆層可以調(diào)整填料表面的物理化學(xué)環(huán)境，減少填料粒子的聚集，促進(jìn)其分散。然而，由于這類表面活性劑的脂肪鏈不能與基體反應(yīng)，其長(zhǎng)度也不足以與PP分子產(chǎn)生有效的纏結(jié)，因此這樣的包覆層通常導(dǎo)致較弱的基體—填料粒子界面粘結(jié)。在剪切流動(dòng)條件下，這種包覆層具有潤(rùn)滑效果，使聚合物分子鏈的滑動(dòng)阻力小于填料粒子未經(jīng)處理的情況。因此，具有最低的熔體粘度是硬脂酸包覆層的存在所帶來的粒子間相互作用減弱和基體與粒子間潤(rùn)滑效應(yīng)的結(jié)果。

　?。?）PP-g-MAH它的酸酐基團(tuán)可與滑石粉表面極性基團(tuán)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，而其主鏈則可與基體大分子相互纏結(jié)。因此，填料顆粒在體系中起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用。PP大分子的運(yùn)動(dòng)受到到這些填料顆粒的阻礙，從而導(dǎo)致熔體粘度的提高。

　?。?）氨丙基三甲氧基硅烷中的硅烷基可與加工過程中PP主鏈上形成的羰基反應(yīng)，從而在基體主鏈和填料粒子之間形成化學(xué)連接。由于PP主鏈上形成的羰基不可能很多，而硅烷本身的分子鏈又很短，不能與PP大分子相互纏結(jié)。

　　所以，三者處理填料后，復(fù)合體系中的界面厚度：PP-g-MAH＞硅烷＞硬脂酸。

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