纳米碳酸钙在汽车塑料的作用

  纳米材料是指一维或二维尺寸小于100纳米的材料，它的粒径小，比表面积大，由于量子效应和表面效应，纳米材料的物理、化学性能、电性能较微米级的材料都有很大的差别。自1987年日本丰田材料研究中心制备了尼龙纳米复合材料以来，纳米复合材料以其的性能引起了人们的关注。目前纳米材料的种类很多，就无机填料而言，有纳米蒙脱土、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等。其中纳米碳酸钙因来源广，价格便宜，在塑料改性中应用较多。据估计，发达1999年纳米碳酸钙在塑料制品中的消耗量达到了200KT，我国的用量较少，仅为12KT。

  聚丙烯由于综合性能，获得了广泛的应用。但它的韧性不好，当把它用于汽车保险杠时，对其进行增韧改性。传统的改性方法是用弹性体增韧，这种工艺已比较成熟。它的主要缺点是加工性能差，流动性能不好，成本较高。产品强度不好，而且要用大量的外汇进口弹性体。而用刚性的纳米材料增韧聚丙烯，可在增韧的同时，提高聚丙烯的刚性和流动性，成本也不高，且不需要耗用外汇。

  刚性粒子增韧聚丙烯的机理是：由于刚性粒子的加入，使聚丙烯机体的应力集中发生了改变，将刚性粒子简化为球形，那么在拉伸应力场中，变形的初始阶段(界面脱粘前)，基体对填料的作用力在两为拉应力，在赤道上为压应力，而在赤道附近，基体也会受到填料的压力。刚性粒子的加入，使聚丙烯在受到冲击时，在刚性粒子周围产生了应力集中，易引起基体树脂产生微开裂，吸收的变形功。同时刚性粒子的存在，使基体树脂微裂纹的扩展受阻和钝化，不至于发展成破坏性的开裂。但是由于碳酸钙和聚丙烯的相容性不好，当碳酸钙的粒径较大(达到10微米以上时)时，它和聚丙烯的界面在受力时会脱粘，使微裂纹扩大为宏观的裂纹，反而降低材料的韧性。有学者提出，许多通常在熔融状态下不相容的物质组份，细活性碳酸钙在纳米尺度下具有的相容性。纳米碳酸钙由于粒径小，表面积很大，表面有未结晶的非对称原子，使纳米碳酸钙具有很高的活性，可以和聚丙烯基体形成很好的粘接界面。

  (1) 采用高速搅拌，并用钝化剂预处理，采用母粒化的方法，有利于纳米碳酸钙

  在聚丙烯中的分散。防止纳米碳酸钙的团聚。所得材料的综合性能好。

  (2) 纳米碳酸钙在聚丙烯中的佳用量是4%。当体系中含有适量的弹性体时，增加纳米粒子的用量，材料的冲击强度基本保持不变。

  (3) 在用于汽车保险杠时，基体树脂选用8303，冲击强度好，综合性能佳。

  (4) 用上述方法制得的纳米碳酸钙改性聚丙烯工程塑料，冲击强度达到58KJ/㎡， 弯曲弹性模量1007MPa，弯曲强度为26.74MPa，熔体流动速率为7g/10min，拉伸强度为23MPa，伸长率为700%。满足汽车保险杠对材料性能的要求。

  (5) 应用此方法制造汽车保险杠用材料，因没有使用价格昂贵的、需要进口的弹性体，可以大幅度的降低生产成本，节约大量的外汇。具有广阔的应用前景。预计其经济寿命可达10年以上。