聚丙烯是合成材料还是复合材料(什么是复合材料？)

疫情让聚丙烯彻底火了一把，让“高分子”这一学科重新得到人们空前的重视。渐渐地，针对生产所冒出的问题，我们也发现自己的理论知识越来越来不够用，每天学点高分子材料的知识，早晚有一天你也会成为高分子材料领域的“行家”。今天我们来谈一谈关于聚丙烯增韧的见解。

一、为何要对聚丙烯增韧改性

聚丙烯（PP）是由丙烯单体经过聚合反应而得到的一种热塑性合成树脂，因具有优异的综合性能被广泛应用于车用、包装和日用品等领域。在我们常规的加工成型过程中所用的聚丙烯， 主要生成α晶型，如图1所示。α晶型PP 具有较高的弯曲模量和拉伸强度，但冲击强度较低。这严重制约了在某些对冲击韧性要求较高领域的进一步应用（如汽车保险杠、各种管道以及部分家电塑料外壳等），正是由于这个原因，我们需要对普通PP进行增韧改性。

图1 不同类型的α晶的偏光图像

二、聚丙烯增韧改性的方法

聚丙烯增韧改性有化学改性和物理改性两种手段，如表2-1所示。

表2-1 聚丙烯增韧改性

化学改性：化学改性基本上可以从分子链的角度对PP进行增韧改性，可以显著提高聚丙烯的韧性，提高其抗冲击强度。并且从“相似相容”的方面考虑，改性所用的原料基本也是有机物，可以改善聚合物之间的相容性，在一定程度上解决了物理改性所出现的析出问题，可以说是PP增韧改性比较理想的手段。但是从性价比方面考虑，化学增热改性对设备要求高，且工艺流程复杂，需要高素质的工作人员，投资大、PP制品生产成本偏高、生产周期长，因此进一步的发展和应用受到了限制。

物理改性：共混改性是最常见的改性方法，具有操作简单、成本低和见效快等优点；通过结晶诱导 PP生成β晶的方法也能显著提高 PP 的冲击韧性，而且在某些领域的应用中显示出巨大的发展潜力。

三、聚丙烯增韧案例分析

3.1 POE增韧改性聚丙烯／滑石粉复合材料

POE的增韧机理符合银纹-剪切带理论，当POE与PP基材混合后，由于POE是聚烯烃热塑性弹性体，它会以粒子的形式分布在PP连续相中，即 POE 呈微纤化颗粒分散相(俗称“岛”)随机分布在脆性基体连续相(俗称“海”)的球晶中或球晶之间，形成具有良好相界面作用的“海-岛”结构。当PP受到外力冲击时，POE 粒子能使外加的冲击应力在其球面上均匀分散， 减小作用在脆性基体上的应力。

图3-1 POE含量对PP复合材料力学性能的影响

袁海兵.POE增韧改性聚丙烯/滑石粉复合材料的研究[J].中国塑料,2018,32(03):33-36.

从图3-1中可以看出，随着POE含量的增加，复合材料的拉伸强度和弯曲强度均逐渐下降，弯曲模量也不断降低，缺口冲击强度不断增大。力学性能下降的主要原因就是POE是嵌段型聚合物，加入到PP基材中时，聚丙烯排列规整的分子链被破坏，导致PP的结晶度降低，POE本身的拉伸强度、撕裂强度等物理机械性能与PP相比会低很多，从而会使整体体系的强度降低。

四、结论

聚丙烯作为“五大通用塑料”之一，凭借其优势在工业、生活中得到很广泛的应用，但是我们也要直面聚丙烯材料存在的不足，本文说的韧性脆就是一个方面。因此，对PP的增韧改性是一个很重要的课题，无论是化学改性还是物理改性，简单、高效的增韧改性方法应是研究的重点方向，还需要广大科技人员不断探索。