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(lái)，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(shù)脂為基體，添加一定比例的有機(jī)或無(wú)機(jī)的填料，并輔以助劑，經(jīng)過(guò)混煉、擠出和造粒制得改性PP粒子的過(guò)程。其中無(wú)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(wú)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(shù)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(shù)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(wú)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(shù)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(wèn)題的辦法，就是通過(guò)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(shù)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(shù)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(lái)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(lái)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(guò)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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