1．碳酸鈣晶須在聚丙烯（PP）改性中的應(yīng)用
聚丙烯具有相對(duì)密度低、強(qiáng)度高、絕緣性能優(yōu)良等良好的綜合性能，然而在應(yīng)用中有韌性差、成型收縮率大、耐寒性差等缺點(diǎn)。聚丙烯可以摻混碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、玻纖等無(wú)機(jī)填料，以此達(dá)到提高彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度以及尺寸穩(wěn)定性等改性目的，從而替代價(jià)格昂貴的工程塑料，用于汽車、化工、家電等高附加值領(lǐng)域。
2． 碳酸鈣晶須對(duì)PP加工性能的影響
圖3顯示了兩種不同晶型碳酸鈣填料對(duì)PP加工性能的影響。從圖中可觀察到：用晶須填充PP時(shí)的扭矩值普遍低于填充輕質(zhì)碳酸鈣的試樣。因此，用碳酸鈣晶須填充的聚丙烯熔體容易流動(dòng)，因此可以在加工溫度、擠出速率上有更大的選擇余地，實(shí)現(xiàn)更加高效的生產(chǎn)。
3． 碳酸鈣晶須對(duì)PP力學(xué)性能的影響
由于晶須的尺寸極小，又是高純材料，故沒(méi)有（或很少）內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，因而強(qiáng)度遠(yuǎn)高于一般尺寸的同種材料。事實(shí)上新制備的晶須，由于沒(méi)有表面蝕坑或裂紋，其強(qiáng)度接近晶體的理論強(qiáng)度。因此將它摻到塑料中時(shí)，具有優(yōu)良的增強(qiáng)效果，彎曲彈性模量、彎曲強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性等大大提高。表3為在PP中加入20份不同填料的增強(qiáng)聚丙烯的物性值[7]。數(shù)據(jù)表明：滑石粉雖然價(jià)格低廉，但由于是直徑為1μm~5μm的片狀結(jié)構(gòu)，因此增強(qiáng)效果不如碳酸鈣晶須和玻纖好；碳酸鈣晶須增強(qiáng)PP材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度比玻纖增強(qiáng)稍差，但沖擊強(qiáng)度要好于玻纖增強(qiáng)。此外，晶須增強(qiáng)PP材料的表面比玻纖要光滑得多。
表3 增強(qiáng)聚丙烯的性能比較
材 料 拉伸彈性模量/MPa 彎曲彈性模量/MPa Izod沖擊強(qiáng)度/Nm.m-1
聚丙烯 321 1420 35.1
碳酸鈣晶須增強(qiáng)聚丙烯 582 3900 68.5
玻纖增強(qiáng)聚丙烯 610 4070 58.9
滑石粉增強(qiáng)聚丙烯 431 2670 47.7
圖4是填充不同填料對(duì)PP拉伸強(qiáng)度的影響�？梢园l(fā)現(xiàn)：無(wú)論選擇何種填料以及是否通過(guò)偶聯(lián)劑處理，無(wú)機(jī)填料的引入均會(huì)使體系的拉伸強(qiáng)度下降，但是碳酸鈣晶須對(duì)力學(xué)性能的影響優(yōu)于普通輕質(zhì)碳酸鈣，經(jīng)偶聯(lián)劑處理后還可進(jìn)一步改善性能。
4． 碳酸鈣晶須對(duì)PP沖擊性能的影響
圖5為選用不同碳酸鈣填料時(shí)PP的沖擊強(qiáng)度隨填充量的變化[8]。從中得知：未經(jīng)偶聯(lián)劑處理時(shí)，無(wú)論填充填料，都使沖擊性能有劣化的趨勢(shì)，但填充晶須時(shí)，沖擊強(qiáng)度高于填充輕質(zhì)碳酸鈣的試樣，說(shuō)明晶須與輕質(zhì)碳酸鈣相比有一定的增韌作用。究其原因，Becher P．F．認(rèn)為：當(dāng)試樣內(nèi)部宏觀裂紋前端或微裂紋發(fā)展到含有晶須的微區(qū)時(shí)，必須將其拔出或折斷才能繼續(xù)擴(kuò)展，所以基體內(nèi)的晶須有阻止裂紋擴(kuò)展，加速能量逸散的作用，并因此達(dá)到增韌的目的。而輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒為紡錘體或四方體，不能在裂紋發(fā)展過(guò)程中形成類似的結(jié)構(gòu)，所以增韌效果較差。
將晶須用偶聯(lián)劑處理后，沖擊性能明顯提高，說(shuō)明偶聯(lián)劑可以有效的改善填料與基體之間的界面狀況，增強(qiáng)了界面粘接強(qiáng)度，達(dá)到更好的增韌效果。
圖6為碳酸鈣晶須與鈦酸鉀晶須填充PP性能的比較，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣晶須填充試樣的沖擊強(qiáng)度略高于鈦酸鉀晶須填充試樣，原因是碳酸鈣晶須的均勻性較好造成的。可見(jiàn)低成本的碳酸鈣晶須在工業(yè)中的應(yīng)用前景非常廣泛。
聚丙烯具有相對(duì)密度低、強(qiáng)度高、絕緣性能優(yōu)良等良好的綜合性能，然而在應(yīng)用中有韌性差、成型收縮率大、耐寒性差等缺點(diǎn)。聚丙烯可以摻混碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、玻纖等無(wú)機(jī)填料，以此達(dá)到提高彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度以及尺寸穩(wěn)定性等改性目的，從而替代價(jià)格昂貴的工程塑料，用于汽車、化工、家電等高附加值領(lǐng)域。
2． 碳酸鈣晶須對(duì)PP加工性能的影響
圖3顯示了兩種不同晶型碳酸鈣填料對(duì)PP加工性能的影響。從圖中可觀察到：用晶須填充PP時(shí)的扭矩值普遍低于填充輕質(zhì)碳酸鈣的試樣。因此，用碳酸鈣晶須填充的聚丙烯熔體容易流動(dòng)，因此可以在加工溫度、擠出速率上有更大的選擇余地，實(shí)現(xiàn)更加高效的生產(chǎn)。
3． 碳酸鈣晶須對(duì)PP力學(xué)性能的影響
由于晶須的尺寸極小，又是高純材料，故沒(méi)有（或很少）內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，因而強(qiáng)度遠(yuǎn)高于一般尺寸的同種材料。事實(shí)上新制備的晶須，由于沒(méi)有表面蝕坑或裂紋，其強(qiáng)度接近晶體的理論強(qiáng)度。因此將它摻到塑料中時(shí)，具有優(yōu)良的增強(qiáng)效果，彎曲彈性模量、彎曲強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性等大大提高。表3為在PP中加入20份不同填料的增強(qiáng)聚丙烯的物性值[7]。數(shù)據(jù)表明：滑石粉雖然價(jià)格低廉，但由于是直徑為1μm~5μm的片狀結(jié)構(gòu)，因此增強(qiáng)效果不如碳酸鈣晶須和玻纖好；碳酸鈣晶須增強(qiáng)PP材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度比玻纖增強(qiáng)稍差，但沖擊強(qiáng)度要好于玻纖增強(qiáng)。此外，晶須增強(qiáng)PP材料的表面比玻纖要光滑得多。
表3 增強(qiáng)聚丙烯的性能比較
材 料 拉伸彈性模量/MPa 彎曲彈性模量/MPa Izod沖擊強(qiáng)度/Nm.m-1
聚丙烯 321 1420 35.1
碳酸鈣晶須增強(qiáng)聚丙烯 582 3900 68.5
玻纖增強(qiáng)聚丙烯 610 4070 58.9
滑石粉增強(qiáng)聚丙烯 431 2670 47.7
圖4是填充不同填料對(duì)PP拉伸強(qiáng)度的影響�？梢园l(fā)現(xiàn)：無(wú)論選擇何種填料以及是否通過(guò)偶聯(lián)劑處理，無(wú)機(jī)填料的引入均會(huì)使體系的拉伸強(qiáng)度下降，但是碳酸鈣晶須對(duì)力學(xué)性能的影響優(yōu)于普通輕質(zhì)碳酸鈣，經(jīng)偶聯(lián)劑處理后還可進(jìn)一步改善性能。
4． 碳酸鈣晶須對(duì)PP沖擊性能的影響
圖5為選用不同碳酸鈣填料時(shí)PP的沖擊強(qiáng)度隨填充量的變化[8]。從中得知：未經(jīng)偶聯(lián)劑處理時(shí)，無(wú)論填充填料，都使沖擊性能有劣化的趨勢(shì)，但填充晶須時(shí)，沖擊強(qiáng)度高于填充輕質(zhì)碳酸鈣的試樣，說(shuō)明晶須與輕質(zhì)碳酸鈣相比有一定的增韌作用。究其原因，Becher P．F．認(rèn)為：當(dāng)試樣內(nèi)部宏觀裂紋前端或微裂紋發(fā)展到含有晶須的微區(qū)時(shí)，必須將其拔出或折斷才能繼續(xù)擴(kuò)展，所以基體內(nèi)的晶須有阻止裂紋擴(kuò)展，加速能量逸散的作用，并因此達(dá)到增韌的目的。而輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒為紡錘體或四方體，不能在裂紋發(fā)展過(guò)程中形成類似的結(jié)構(gòu)，所以增韌效果較差。
將晶須用偶聯(lián)劑處理后，沖擊性能明顯提高，說(shuō)明偶聯(lián)劑可以有效的改善填料與基體之間的界面狀況，增強(qiáng)了界面粘接強(qiáng)度，達(dá)到更好的增韌效果。
圖6為碳酸鈣晶須與鈦酸鉀晶須填充PP性能的比較，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣晶須填充試樣的沖擊強(qiáng)度略高于鈦酸鉀晶須填充試樣，原因是碳酸鈣晶須的均勻性較好造成的。可見(jiàn)低成本的碳酸鈣晶須在工業(yè)中的應(yīng)用前景非常廣泛。
