中國粉體網訊 聚乙烯（PE）是工業(yè)生產中受關注度最高的塑料之一，具有耐低溫優(yōu)良、耐大多數酸堿侵蝕、化學穩(wěn)定性好、成型快和可操作性強等優(yōu)點，廣泛應用于包裝、建材、汽車、生物等領域。但因其存在耐熱性差、力學性能相對較低等缺陷，限制了其進一步應用。
山東康特聚乙烯板
超細碳酸鈣（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，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配改性，效果往往更好，可以提升材料綜合性能，現在研究應用也越來越多。楊長友等研究表明，納米CaCO3可提高聚乙烯復合材料的相容性和熱穩(wěn)定性，甘蔗渣纖維（BF）可提高復合材料的結晶度和韌性，二者能有效提高復合材料的機械性能和力學性能。
1聚乙烯的分類
PE按其化學結構、相對分子量以及聚合方法的不同來劃分，主要可分為低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）三大類。
低密度聚乙烯簡稱（LDPE），相對分子量分布較寬，結晶度較低，剪切變稀行為敏感，在成型加工過程中可產生應變硬化現象，所以LDPE具有較好的光學性能和加工性。因為晶區(qū)的楊氏模量較非晶區(qū)高很多，所以LDPE的剛性及拉伸強度較低，但韌性及斷裂伸長率較高。LDPE主要用在塑料包裝袋、農用薄膜、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、繩子、包裝薄膜等制品，且HDPE的絕緣性較好，可用作電線電纜的包裹材料，還有一些家電外殼。
線性低密度聚乙烯（LLDPE）是近年來新開發(fā)并得到迅速發(fā)展的一種新類型聚乙烯，它是乙烯和一烯烴的共聚物。線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，包括薄膜、模塑、管材和電線電纜。
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、耐沖擊力差等力學性能缺陷，因此改性處理必須有針對性。目前，PE的改性主要包括化學改性和物理改性兩種改性方法。物理改性中填充增強改性是向聚乙烯中加入改性劑，經過混煉制備的共混物或者復合材料，以此提高聚乙烯某些性能或者賦予聚乙烯新的性能。
目前常用的無機填料主要有碳酸鈣、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。通過向聚乙烯中添加這類增強填料，既可以降低成本，又可以提高制品的剛性、強度、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、磁性、導電性等性能。
探其原理，無機粒子本身耐熱性和強度就很高，而且無機粒子對聚乙烯的結晶過程有很大影響，它們作為無機成核劑可以直接影響聚乙烯樹脂的強度、剛度以及耐熱性能等關鍵指標。
3碳酸鈣改性
碳酸鈣作為一種多功能性的無機填料，與高分子材料配合使用時存在兩個缺點：一方面是表面親水疏油，極性強，與有機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行結合；另一方面是碳酸鈣與聚合物結合力差，只能起到增溶作用，而且過量的碳酸鈣會導致聚合物材料性能產生明顯的下降，從而使產品在制造加工過程中難以進行。
實際應用中碳酸鈣與聚乙烯之間要有良好的界面結合，且碳酸鈣的粒徑要小，分散性要好。因此，碳酸鈣必須進行改性處理。用鈦酸酯偶聯劑改性碳酸鈣，偶聯劑中存在的烷基部分在改性過程中易于水解與碳酸鈣表面的-OH結合，能使碳酸鈣表面性質變?yōu)槭杷�；另一端的三個結構可以與聚合物發(fā)生纏繞或者化學結合，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，進而提高了復合材料的機械性能和力學性能。
酞酸酯偶聯劑改性原理
4無機粉體填充改性聚乙烯
左銀澤等分別利用鈦酸酯偶聯劑（KH101）和硅烷偶聯劑（KH570）改性CaCO3和SiO2作填充物，并以HDPE作基體制得二元、三元PE復合材料。研究表明：改性納米微粒在基體中的分散提升，團聚現象降低，二元復合材料拉伸強度和沖擊強度隨CaCO3和SiO2含量的增加而先升后降。當SiO2的摻雜量為7wt%時，PE/SiO2復合材料的綜合性能最優(yōu)；當CaCO3摻雜量為15wt%時，PE/CaCO3復合材料的綜合性能最好。在PE/CaCO3/SiO2復合材料中，當碳酸鈣和SiO2的摻雜量為25wt%和7wt%時，拉伸強度和缺口沖擊強度分別提升17.6%和34.5%，保證協同效應，達到較好的綜合性能。
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度、拉伸強度、斷裂伸長率隨著納米碳酸鈣質量分數變化都呈現開口向下的拋物線形變化。由于共混物沖擊性能、拉伸強度、斷裂伸長率基本呈同步變化，可以得出納米碳酸鈣能夠對共混物起到既增韌又增強的作用。在納米碳酸鈣質量分數達到共混物總質量的15%時共混物的綜合性能最優(yōu)。
張筱茜等將不同比例的CaCO3晶須與木粉、HDPE進行復合制得CaCO3/HDPE/木粉復合材料，其研究表明：當CaCO3的摻雜量為7%時，拉伸強度為峰值28.3MPa，較HDPE/木粉復合材料（19.7MPa）提升43.7%，同時彎曲和沖擊強度提升19.2%和20.1%。
結語
利用無機納米粒子對聚乙烯填充改性，提升復合材料的力學性能、熱穩(wěn)定性、抗氧化性、抗腐蝕性等已成為常見的方式。而從現階段的文獻報道來看無機納米粒子在改性上已相對成熟了，但仍存在局限性、單一性，即在提升一種性能的同時會以犧牲另一特性，無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)展與應用，而這一方面將是國內外研究的持續(xù)關注。
參考來源：
于瑤瑤，等：聚乙烯塑料的改性及應用拼究，山東理工大學
賈海濤，納米級無機粒子對聚乙烯的增強與增韌，中國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用研究，湖南大學
周麟，納米碳酸鈣共混SBS/HDPE研制高性能復合材料，徐州工程學院
陸剛，等：聚乙烯塑料性能特點及其注塑工藝詳解，廣東江門新粵化工材料開發(fā)公司
楊長友，等：納米CaCO3/BF對PE復合材料性能影響，廣西科技師范學院
粉體網
（中國粉體網編輯整理/昧光）
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