聚丙烯（PP）的運用范圍十分廣泛，但由于其力學(xué)性能不夠優(yōu)異，在工程上的應用受到了一定的限制。目前，最典型的力學(xué)性能改性方法是向聚丙烯中填充無(wú)機填料，如滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、二氧化硅、碳纖維及ZnO等材料。
1、碳酸鈣增強增韌聚丙烯
碳酸鈣在聚丙烯復合材料中最大的特性是增韌效果極好，能夠極大程度地提高聚丙烯的沖擊強度。
研究表明，微米級碳酸鈣對聚丙烯沖擊強度的提升效果要遠遠優(yōu)于普通級碳酸鈣，而當使用納米級碳酸鈣時(shí)，這種特性就更加凸顯。
當納米碳酸鈣的添加量較少時(shí)，可使聚丙烯的拉伸模量提高85%，沖擊強度提高300%。當在聚丙烯中填充高組份的納米碳酸鈣時(shí)，則聚丙烯的拉伸強度有小幅度的下降，但聚丙烯的沖擊強度得到顯著(zhù)提升，并且聚丙烯的收縮率也有所降低。
此外，當PP復合材料中含有較多納米碳酸鈣時(shí)，其實(shí)際密度要低于理論密度，原因在于大量的納米碳酸鈣的加入導致粉體中的空氣同樣進(jìn)入PP基體，造成PP復合材料中存在很多納米級的空洞，這種空洞結構對材料彎曲模量的提升有益。
2、納米二氧化硅增強增韌聚丙烯
納米二氧化硅是一種性能極其優(yōu)異的無(wú)機改性填料，既能增強聚丙烯的拉伸強度，又能增強其沖擊強度。并且在其用量極少的情況下，納米二氧化硅的增強和增韌效果都要優(yōu)于滑石粉和碳酸鈣的增強增韌效果。
Y.Zhou等對比測試了滑石粉和納米二氧化硅對聚丙烯改性效果的差異。研究發(fā)現僅添加5%納米二氧化硅的聚丙烯的各項性能均要優(yōu)于添加了40%滑石粉的聚丙烯。
納米二氧化硅同時(shí)提高了聚丙烯的拉伸模量和屈服強度，提升比例分別為90%和5%。而滑石粉卻僅對屈服強度有提升效果，不能提高拉伸模量。盡管滑石粉的填充量比納米二氧化硅的高8倍，但試驗表明滑石粉的增韌效果仍舊弱于納米二氧化硅的增韌效果。
3、碳纖維填料增韌聚丙烯
上述介紹的無(wú)機填料均為粉體，但實(shí)際上，非粉末狀的無(wú)機填料在PP改性中也得到充分應用，比如碳纖維和玻璃纖維。
這類(lèi)纖維材料在單獨作為填料使用時(shí)有較大的缺陷，對復合材料的機械性能和耐熱性產(chǎn)生不利作用。因此，為了提升纖維-聚丙烯復合材料的力學(xué)性能以及耐熱性，通常另外添加納米無(wú)機顆粒來(lái)實(shí)現這種目的。
M.H.Gabr等研究了納米黏土對碳纖維-聚丙烯復合材料的影響。當納米黏土的填充量為3%時(shí)，復合材料的起裂韌度和傳播斷裂韌度能分別提升64%和67%。對斷裂樣件進(jìn)行電鏡掃描，結果顯示在聚丙烯基體中分散良好的納米黏土顆粒，能顯著(zhù)提高碳纖維與聚丙烯的界面相互作用。
在斷裂過(guò)程中，如果碳纖維被光滑地剝離出聚丙烯基體，則吸收能量較少。當添加少量納米黏土后，被剝離出的碳纖維表面還沾有部分的聚丙烯，意味著(zhù)納米黏土較好的改善了碳纖維和聚丙烯基體間的界面相互作用。
4、復合無(wú)機填料增韌聚丙烯
眾所周知，滑石粉可以實(shí)現對聚丙烯強度、剛度、尺寸穩定性和結晶度的提升，但對聚丙烯其他性能有不利影響，比如沖擊強度和可變形性。而碳酸鈣卻恰恰以拉伸強度為代價(jià)，提升聚丙烯的沖擊強度和可變形性。因此，綜合利用兩種無(wú)機填料獨特的優(yōu)勢，可達到無(wú)機填料復配共混的協(xié)同效應。
Y.W.Leong等采用滑石粉和碳酸鈣來(lái)配制復合無(wú)機填料，并研究?jì)煞N填料的配比對聚丙烯力學(xué)性能的影響。結果表明，盡管兩種填料共同作用，但各自基本功能不受干擾，即滑石粉主要決定了聚丙烯的拉伸性能和彎曲性能，而碳酸鈣主要決定了聚丙烯的沖擊性能。
因此，在粉體添加量一定時(shí)，滑石粉的含量越多，聚丙烯復合材料的拉伸強度和拉伸模量就越大，彎曲強度和彎曲模量也相應增大。而碳酸鈣的含量越多，聚丙烯復合材料的沖擊性能就越好。當滑石粉和碳酸鈣比例相同時(shí)，協(xié)同效應最為明顯，此時(shí)聚丙烯復合材料的彎曲強度和沖擊強度最大，綜合性能更優(yōu)良。
近年來(lái)，剛性無(wú)機填料突破了使用單一材料的方法，選擇混合兩種或幾種傳統剛性無(wú)機填料，實(shí)現技術(shù)上的創(chuàng )新和復合材料性能上的突破。對于無(wú)機材料的改性方式同樣不局限于一種，而是針對無(wú)機填料的特性，使用多種改性劑并采用多種改性方式，充分發(fā)揮無(wú)機填料的各項性能。
參考資料：[1].郝旭飛,魯守釗.剛性無(wú)機填料增強增韌聚丙烯（PP）研究進(jìn)展[J].汽車(chē)文摘,2019(6):22-26.
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