辽宁鑫达滑石集团——邓祥辉
摘 要：滑石粉填充聚丙烯，经过混合、挤出造粒、注塑，制成滑石粉/聚丙烯复合材料，测试了复合材料的收缩率等，探讨了滑石粉的微观结构对于复合材料收缩率影响的机理。
关键词：粒径 片状结构 收缩率 复合材料
Abstract：Talc-filled polypropylene was processed through mixing, extrusion granulation, and injection molding to produce talc/polypropylene composites. The shrinkage rate of the composites was tested, and the mechanism by which the microstructure and processing methods of talc influence the shrinkage rate of the composites was discussed.
前言
塑料收缩率是指塑料在成型冷却后体积或尺寸减小的比例。通常用百分比（%）来表示。
无机填料在塑料改性中起到重要作用，成为不可缺少的改性助剂。薄片结构的滑石粉在塑料中是一种有效的增强增刚材料，无论常温和高温下，都可赋予塑料较高的刚性和抗蠕变性。在聚乙烯和聚丙烯塑料中加入滑石粉可有效的改善制品的弯曲模量、拉伸强度、冲击强度、热变型温度、表面硬度和收缩率，加快成型速度及提高产品尺寸稳定性等。
滑石粉是一种工业产品，为硅酸镁盐类矿物滑石族滑石，经粉碎后，用盐酸处理，水洗，干燥而成，主要成分为含水硅酸镁。常用于塑料类、纸类产品的填料，橡胶填料和橡胶制品防黏剂，高级油漆涂料等。
在PP成型过程中，将硅酸盐、碳酸钙、二氧化硅、纤维素、玻璃纤维等填料填充于聚合物中，达到PP耐热性提高、成本降低、刚性提高、成型收缩率降低等。
本文采用了不同规格的滑石粉，在相同聚丙烯树脂，相同加工工艺，做到分散均匀的条件下，制备滑石粉/聚丙烯复合材料。通过复合材料收缩率测试，研究了滑石粉微观结构对滑石粉/聚丙烯复合材料的物理性能的影响。
塑料收缩率产生的原因
1.热胀冷缩效应，塑料从高温熔融状态冷却到常温时会自然收缩，这是最主要的原因。
2.结晶性材料的结构变化某些塑料（如聚乙烯、聚丙烯）具有结晶性，在冷却过程中会发生从无定形态向晶体结构的转变，导致体积进一步缩小。
3.分子取向效应在注塑过程中，塑料熔体流动方向会导致高分子链发生定向排列，冷却时这种取，向会造成不同方向上的收缩差异（各向异性）。
4.压力释放注射时施加的高压使熔体充满模腔，当保压结束并开模时，压力消失也会引起尺寸变化。
5.添加剂的影响。添加填料（如滑石粉、玻璃纤维）会改变塑料基体的收缩行为。例如，加入刚性填料通常会降低整体收缩率。
滑石粉对聚丙烯收缩率的影响机理
1.填充效应: 滑石粉本身不发生收缩，其加入从整体比例上稀释了聚丙烯的收缩行为，从而降低了复合材料的整体收缩率。
2.结晶行为改变: 滑石粉的加入会影响聚丙烯的结晶度，减少大尺寸球晶的形成，这种结构变化进一步抑制了材料的收缩。
3.异相成核作用: 滑石粉颗粒可以作为成核剂，促进聚丙烯形成更细小且均匀的球晶结构，阻止较大球晶的生成，进而限制分子链的收缩运动。
1、实验部分
1.1 主要原料
聚丙烯（PP），K7726H，北方华锦化工有限公司；滑石粉（Talc），辽宁鑫达滑石集团；硬脂酸钙，BS3818，华明泰化工股份有限公司；铝酸酯偶联剂，JL-0025，南京金来旺塑胶技术有限公司。
1.2 主要设备
双螺杆挤出机，LNSD-51，江苏鸿云翔橡塑机械有限公司；塑料注塑成型机，SA900II/260，海天塑机集团有限公司；激光颗粒分布测量仪，GSL-101BI，辽宁仪表研究所责任有限公司；马弗炉，SX2，郑州鑫涵仪器设备有限公司。
1.3 工艺流程与测试方法
将不同规格滑石粉、聚丙烯、硬脂酸钙按20:80:1比例，用双螺杆挤出机造粒、烘干，利用注塑机和模具进行注塑成型，得到标准尺寸的试验样条。样条在恒温恒湿箱中保存24小时后进行测试。注塑过程采用多级注射成型控制工艺，主要工艺参数：塑化温度，200℃；螺杆转速，50r·min-1；注射压力，45%；注射时间，前30%，中50%，后30%；保压压力，30%；保压时间，8s；冷却时间，10s。
样条制作标准：GBT 17037.1-2019塑料 热塑性塑料材料注塑试样的制备第1部分：一般原理及多用途试样和长条形试样的制备
试验中测试标准为GB/T 17037. 4-2003热塑性塑料材料注塑试样的制备 第4部分:模塑收缩率的测定；
2、结果与讨论
2.1 滑石粉细度对于滑石粉/聚丙烯复合材料收缩率的影响
表 1 不同粒径滑石粉填充聚丙烯复合材料的收缩率
不同粒径滑石粉填充聚丙烯复合材料的各项力学性能如表1所示，可以看出，粒径越小其复合材料的收缩率越小。
2.2 滑石粉硅含量对于滑石粉/聚丙烯复合材料收缩率的影响
表 2 不同硅含量滑石粉填充聚丙烯复合材料的收缩率
从表2中可以看出，滑石粉硅含量越高，复合材料的收缩率越小。
2.3 滑石粉径厚比对于滑石粉/聚丙烯复合材料收缩率的影响
表 3 不同径厚比滑石粉填充聚丙烯复合材料的力学性能
从表3可以看出结论滑石粉的径厚比越高，收缩率越小。
3结论
（1）滑石粉粒径越小其塑料复合材料的收缩率越小。原因是粒径越小，粒径较小的滑石粉有更多的粒子，那么起到成核剂作用的粒子更多，结晶度越高，减少大尺寸球晶的形成，进一步抑制了材料的收缩。粒径较小的滑石粉比表面积更大，与树脂基体接触面积更多，这样会起到很好的支撑作用，也会比粒径较大的滑石粉更好的降低收缩率。
（2）滑石粉的径厚比越高，收缩率越小。因为滑石粉本身不具有收缩性，径厚比越高，滑石粉比表面积越大，滑石粉与树脂基体的接触面积越大，对于高分子材料的热胀冷缩的抑制会更强，同时抑制高分子材料的取向也有一定的积极作用。
（3）滑石粉硅含量越高，复合材料的收缩率越小。一般来说硅含量越高，收缩率越小只是表面现象，实质上的根本原因是，硅含量越高，粉体径厚比越高。同时纯度越高，作为成核剂的粉体数量就越多，也就是说硅含量因素应分类到微观结构原因与成核剂原因两项中。都是对减小收缩率有正向意义的。
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