１试验部分
１．１主要原料及仪器设备
针状硅灰石粉，ＢＡ１２５０，ＢＡ２０００，ＢＡ２５００，粉体白度为９０．３％，长径比为５∶１～１０∶１，江西华杰泰矿纤科技有限公司；ＰＰ，ＥＰＣ３０Ｒ／Ｈ，中国石油化工股份有限公司茂名分公司；硬脂酸，ＳＡ－１８０１，工业级，印尼；硅烷类偶联剂，工业级，张家港国泰华荣化工新材料有限公司；铝酸酯偶联剂，重庆嘉世泰化工有限公司；铝钛复合偶联剂，自制。小型高速混合机，ＧＨ－１０，北京英特塑料机械总厂；同向双螺杆挤出机，南京广达化工设备有限公司；热变形温度测定仪，ＸＷＷ－２０万能试验机，简支梁冲击试验机，悬臂梁冲击试验机，均为承德金建检测仪器有限公司；注塑机，ＷＫ－１００，山西汾西机电有限公司。
１．２粉体改性
改性剂以硬脂酸、硅烷类、铝酸酯类和铝钛复合类为主。将试验所需的硅灰石粉体加入高速混合机并启动电加热升温、搅拌，待温度达到改性试验温度时，将一定计量的改性剂加入混合机，反应一段时间后，即可得到改性的针状硅灰石。改性效果好坏可以通过测定改性后的粉体沉降体积、吸油值以及活化度等指标来评判。沉降体积是在１００ｍＬ的量筒中加入１０ｇ改性粉体，再加水至１００ｍＬ刻度处，上下振荡３～５ｍｉｎ，静置观察沉降情况，沉降越少，粉体亲有机改性效果越好。吸油值测定是称取一定量的样品放置在干净玻璃片上，用装有ＤＢＰ（邻苯二甲酸二丁酯）的酸式滴定管向样品缓慢滴加油，并不断搅拌直到样品与油能粘成一团，且没有游离干燥样时读数，可通过滴加油的多少，计算样品的吸油值［３］。
１．３样条制备
按照试验要求将改性处理的硅灰石矿物纤维与ＰＰ树脂进行预混，然后利用同向双螺杆挤出机进行造粒，最后用注塑设备注塑出标准测试样条。１．４性能测试拉伸性能按ＧＢ／Ｔ１０４０．２—２００６测试，并采用１Ａ型试样，拉伸速率为５ｍｍ／ｍｉｎ；弯曲性能按ＧＢ／Ｔ９３４１—２０００测试，弯曲速率为２ｍｍ／ｍｉｎ；简支梁冲击强度按ＧＢ／Ｔ１０４３．１—２００８测试，悬臂梁冲击强度按ＧＢ／Ｔ１８４３—２００８测试；热变形温度按ＧＢ／Ｔ１６３４—２００４测试。
２结果与讨论
２．１不同种类的改性剂对复合材料性能影响硬脂酸、硅烷偶联剂、铝酸酯和铝钛复合类偶联剂对同一粒径规格的硅灰石进行改性，并用质量分数２０％的改性硅灰石与ＰＰ树脂混合造粒，制备复合材料，注塑标准样条待测。硬脂酸改性剂对复合材料冲击性能贡献比较大，对复合材料韧性影响较小；硅烷类改性剂弹性模量和弯曲模量提高比较多，所以对增强增刚效果比较好，缺点是冲击性能下降较多；而铝酸酯和铝钛复合类偶联剂性能介于二者之间。综合考虑，铝钛复合类偶联剂在增强材料的同时，又能兼顾材料韧性不会下降太多。
２．２硅灰石添加量对复合材料力学性能的影响将经过改性处理的硅灰石按照一定比例添加到ＰＰ树脂中，并按试验要求检测。图１是硅灰石对复合材料拉伸强度和弯曲强度的影响，图２是硅灰石对复合材料弹性模量和弯曲模量的影响。随着硅灰石矿物纤维在复合材料中添加量的不断增加，材料的的强度和模量也随之增加。但当硅灰石质量分数超过３０％后，随着硅灰石用量增加，材料的性能出现下降趋势。
２．３硅灰石长径比对复合材料性能影响主要选用ＢＡ１２５０，ＢＡ２０００和ＢＡ２５００３种规格的硅灰石，按照质量分数２０％制备复合材料，并进行对比试验。硅灰石粒径较大时，复合材料拉伸性能和弯曲性能比较突出，冲击性能比较低；硅灰石粒径越小，复合材料的冲击性能就越好。但是，根据制品综合性能考虑，长径比过大时，粉体在复合材料中分散困难，形成缺陷，同时粒径过大还会对设备产生磨损；硅灰石粒径越小，粉体越容易团聚，影响在树脂中的分散效果，同样会形成制品缺陷，而且越细的纤维状硅灰石加工成本越高，因此在用硅灰石制备复合材料时，应根据实际需要选择合适的长径比和粒径。
２．４硅灰石表面活性对复合材料性能影响图３是未经表面改性的硅灰石填充复合材料的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）照片，图４是硬脂酸改性的硅灰石填充复合材料的ＳＥＭ照片。从图３和图４的硅灰石填充ＰＰ复合材料ＳＥＭ照片可以看出：没有经过表面改性的硅灰石矿物纤维，在填充时与基体树脂结合比较疏松，受力后硅灰石不能很好地消弱外力造成的破坏；硬脂酸改性的硅灰石填充时与基体树脂结合紧密，断面缝隙细小，更易消除外力破坏，空洞较少。所以经过表面改性，可以增加硅灰石与基体树脂的分子间作用力。
３结论
ａ）硅灰石矿物纤维在填充改性时，对提高ＰＰ复合材料的力学性能具有明显的改善效果。ｂ）硅灰石表面处理效果好坏，会对ＰＰ复合材料性能产生直接作用，应根据树脂类型以及产品对材料性能要求选择适宜改性方式。ｃ）不同粒径的硅灰石对ＰＰ复合材料性能影响有一定差别：粒径较大时，对材料强度和刚性帮助较大；粒径较小时，对材料的冲击韧性较好。ｄ）硅灰石填充ＰＰ树脂时可以改善材料的力学性能，同时可以减少树脂的用量，降低成本。
作者：杨树竹 单位：山西省化工研究所
