中國(guó)粉體網(wǎng)訊 聚乙烯（PE）是工業(yè)生產(chǎn)中受關(guān)注度最高的塑料之一，具有耐低溫優(yōu)良、耐大多數(shù)酸堿侵蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好、成型快和可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于包裝、建材、汽車(chē)、生物等領(lǐng)域。但因其存在耐熱性差、力學(xué)性能相對(duì)較低等缺陷，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。
山東康特聚乙烯板
超細(xì)碳酸鈣（CaCO3）粒徑小、分散性好，具有減少塑料中的氣孔和空隙及使塑料的收縮更均勻的優(yōu)點(diǎn)，將其填充在聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等塑料中，可提高塑料制品的硬度、尺寸穩(wěn)定性和剛性。
但大量研究已經(jīng)表明，只采用碳酸鈣或其他一種填料填充改性聚合物或改性其他材料，往往達(dá)不到最理想的效果，性能提升比較單一。多種非金屬礦物粉體復(fù)配改性，效果往往更好，可以提升材料綜合性能，現(xiàn)在研究應(yīng)用也越來(lái)越多。楊長(zhǎng)友等研究表明，納米CaCO3可提高聚乙烯復(fù)合材料的相容性和熱穩(wěn)定性，甘蔗渣纖維（BF）可提高復(fù)合材料的結(jié)晶度和韌性，二者能有效提高復(fù)合材料的機(jī)械性能和力學(xué)性能。
1聚乙烯的分類(lèi)
PE按其化學(xué)結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子量以及聚合方法的不同來(lái)劃分，主要可分為低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和線(xiàn)性低密度聚乙烯（LLDPE）三大類(lèi)。
低密度聚乙烯簡(jiǎn)稱(chēng)（LDPE），相對(duì)分子量分布較寬，結(jié)晶度較低，剪切變稀行為敏感，在成型加工過(guò)程中可產(chǎn)生應(yīng)變硬化現(xiàn)象，所以L(fǎng)DPE具有較好的光學(xué)性能和加工性。因?yàn)榫^(qū)的楊氏模量較非晶區(qū)高很多，所以L(fǎng)DPE的剛性及拉伸強(qiáng)度較低，但韌性及斷裂伸長(zhǎng)率較高。LDPE主要用在塑料包裝袋、農(nóng)用薄膜、注塑制品等方面。
高密度聚乙烯（HDPE），韌性、剛性、以及力學(xué)性能都較高，但容易老化變形，表面硬度較低。HDPE可用于管材、注塑、吹塑、漁網(wǎng)、繩子、包裝薄膜等制品，且HDPE的絕緣性較好，可用作電線(xiàn)電纜的包裹材料，還有一些家電外殼。
線(xiàn)性低密度聚乙烯（LLDPE）是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)并得到迅速發(fā)展的一種新類(lèi)型聚乙烯，它是乙烯和一烯烴的共聚物。線(xiàn)性低密度聚乙烯與低密度聚乙烯相比，外觀相似，表面光澤性好，耐低溫性更好，但是透明性較差。目前LLDPE幾乎滲透到所有的傳統(tǒng)聚乙烯市場(chǎng)，包括薄膜、模塑、管材和電線(xiàn)電纜。
2聚乙烯改性
單一聚乙烯有耐熱老化性能不足，低溫環(huán)境下易脆，硬度低、耐沖擊力差等力學(xué)性能缺陷，因此改性處理必須有針對(duì)性。目前，PE的改性主要包括化學(xué)改性和物理改性?xún)煞N改性方法。物理改性中填充增強(qiáng)改性是向聚乙烯中加入改性劑，經(jīng)過(guò)混煉制備的共混物或者復(fù)合材料，以此提高聚乙烯某些性能或者賦予聚乙烯新的性能。
目前常用的無(wú)機(jī)填料主要有碳酸鈣、石英粉、木粉纖維、稻草/甘蔗纖維、二氧化硅、晶須、玻璃纖維、高嶺土、玻璃微珠、滑石粉、石墨、碳納米管等。通過(guò)向聚乙烯中添加這類(lèi)增強(qiáng)填料，既可以降低成本，又可以提高制品的剛性、強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、磁性、導(dǎo)電性等性能。
探其原理，無(wú)機(jī)粒子本身耐熱性和強(qiáng)度就很高，而且無(wú)機(jī)粒子對(duì)聚乙烯的結(jié)晶過(guò)程有很大影響，它們作為無(wú)機(jī)成核劑可以直接影響聚乙烯樹(shù)脂的強(qiáng)度、剛度以及耐熱性能等關(guān)鍵指標(biāo)。
3碳酸鈣改性
碳酸鈣作為一種多功能性的無(wú)機(jī)填料，與高分子材料配合使用時(shí)存在兩個(gè)缺點(diǎn)：一方面是表面親水疏油，極性強(qiáng)，與有機(jī)主體的疏水親油的低極性的特性相反，難以與高分子基體進(jìn)行結(jié)合；另一方面是碳酸鈣與聚合物結(jié)合力差，只能起到增溶作用，而且過(guò)量的碳酸鈣會(huì)導(dǎo)致聚合物材料性能產(chǎn)生明顯的下降，從而使產(chǎn)品在制造加工過(guò)程中難以進(jìn)行。
實(shí)際應(yīng)用中碳酸鈣與聚乙烯之間要有良好的界面結(jié)合，且碳酸鈣的粒徑要小，分散性要好。因此，碳酸鈣必須進(jìn)行改性處理。用鈦酸酯偶聯(lián)劑改性碳酸鈣，偶聯(lián)劑中存在的烷基部分在改性過(guò)程中易于水解與碳酸鈣表面的-OH結(jié)合，能使碳酸鈣表面性質(zhì)變?yōu)槭杷涣硪欢说娜齻�(gè)結(jié)構(gòu)可以與聚合物發(fā)生纏繞或者化學(xué)結(jié)合，從而改善碳酸鈣與高聚物的界面相容性及碳酸鈣在該體系中的流變性和分散穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了復(fù)合材料的機(jī)械性能和力學(xué)性能。
酞酸酯偶聯(lián)劑改性原理
4無(wú)機(jī)粉體填充改性聚乙烯
左銀澤等分別利用鈦酸酯偶聯(lián)劑（KH101）和硅烷偶聯(lián)劑（KH570）改性CaCO3和SiO2作填充物，并以HDPE作基體制得二元、三元PE復(fù)合材料。研究表明：改性納米微粒在基體中的分散提升，團(tuán)聚現(xiàn)象降低，二元復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度隨CaCO3和SiO2含量的增加而先升后降。當(dāng)SiO2的摻雜量為7wt%時(shí)，PE/SiO2復(fù)合材料的綜合性能最優(yōu)；當(dāng)CaCO3摻雜量為15wt%時(shí)，PE/CaCO3復(fù)合材料的綜合性能最好。在PE/CaCO3/SiO2復(fù)合材料中，當(dāng)碳酸鈣和SiO2的摻雜量為25wt%和7wt%時(shí)，拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度分別提升17.6%和34.5%，保證協(xié)同效應(yīng)，達(dá)到較好的綜合性能。
周麟等以納米碳酸鈣共混SBS/HDPE研制高性能復(fù)合材料，研究表明：納米碳酸鈣和SBS/高密度聚乙烯共混物沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率隨著納米碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化都呈現(xiàn)開(kāi)口向下的拋物線(xiàn)形變化。由于共混物沖擊性能、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率基本呈同步變化，可以得出納米碳酸鈣能夠?qū)不煳锲鸬郊仍鲰g又增強(qiáng)的作用。在納米碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到共混物總質(zhì)量的15%時(shí)共混物的綜合性能最優(yōu)。
張?bào)丬绲葘⒉煌壤腃aCO3晶須與木粉、HDPE進(jìn)行復(fù)合制得CaCO3/HDPE/木粉復(fù)合材料，其研究表明：當(dāng)CaCO3的摻雜量為7%時(shí)，拉伸強(qiáng)度為峰值28.3MPa，較HDPE/木粉復(fù)合材料（19.7MPa）提升43.7%，同時(shí)彎曲和沖擊強(qiáng)度提升19.2%和20.1%。
結(jié)語(yǔ)
利用無(wú)機(jī)納米粒子對(duì)聚乙烯填充改性，提升復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、抗氧化性、抗腐蝕性等已成為常見(jiàn)的方式。而從現(xiàn)階段的文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看無(wú)機(jī)納米粒子在改性上已相對(duì)成熟了，但仍存在局限性、單一性，即在提升一種性能的同時(shí)會(huì)以犧牲另一特性，無(wú)法真正性的全面提升，這在一定程度上限制了聚乙烯衍生物的發(fā)展與應(yīng)用，而這一方面將是國(guó)內(nèi)外研究的持續(xù)關(guān)注。
參考來(lái)源：
于瑤瑤，等：聚乙烯塑料的改性及應(yīng)用拼究，山東理工大學(xué)
賈海濤，納米級(jí)無(wú)機(jī)粒子對(duì)聚乙烯的增強(qiáng)與增韌，中國(guó)石油廣東石化化工二部
楊萍，等：納米碳酸鈣的改性及其在聚乙烯膜中的應(yīng)用研究，湖南大學(xué)
周麟，納米碳酸鈣共混SBS/HDPE研制高性能復(fù)合材料，徐州工程學(xué)院
陸剛，等：聚乙烯塑料性能特點(diǎn)及其注塑工藝詳解，廣東江門(mén)新粵化工材料開(kāi)發(fā)公司
楊長(zhǎng)友，等：納米CaCO3/BF對(duì)PE復(fù)合材料性能影響，廣西科技師范學(xué)院
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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）
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