聚丙烯树脂原料价格低廉，综合力学性能优异，耐温性好及对酸碱具有良好的化学稳定性，因此广泛应用于家用电器领域。但聚丙烯材料氧指数低，容易燃烧，这限制了其在电子电器产品上的应用;另外聚丙烯树脂的收缩率一般为1.5%~2.0%，收缩率较大，这对成型制品的尺寸稳定性带来一定挑战。

因此，本文针对家用电器中电源盒部件对聚丙烯复合材料的需求，采用不同填充物填充改性聚丙烯，考察不同填充物对聚丙烯复合材料力学性能、收缩率和阻燃性的影响，并对相关机理进行了分析研究。

一、不同填充物改性对复合材料力学性能影响

图1和图2为不同填充物改性对复合材料力学性能的影响情况，从图1和图2可以看出，玻璃纤维填充改性对复合材料综合力学性能提升的幅度最大，在拉伸强度、简支梁缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量上分别比PP原料提高129%、132%、166%、202%;滑石粉填充对复合材料综合力学性能提升的幅度次之，分别为6%、16%、40%、112%;碳酸钙填充改性的分别为-13%、10%、13%、33%。

原因分析：

(1)滑石粉填充到聚丙烯中，可以对聚丙烯起到异相成核的作用，促进聚丙烯的结晶及提高聚丙烯的结晶度，从而能够在一定程度上提高聚丙烯复合材料的力学性能。

(2)玻璃纤维本身强度高，可达1500~4000MPa，并且有着较大的长径比，在复合材料中起着骨架结构增强作用，可以分担材料所受的应力和载荷，因此能够大大增强复合材料的力学性能。

(3)碳酸钙填充的增强作用最小，原因在于碳酸钙为圆球形，没有长径比，也不能对聚丙烯起异相成核的作用， 只作为惰性填料添加到聚丙烯中。

二、对复合材料收缩率影响

不同填充物改性对复合材料收缩率的影响情况，由图3可以看出，玻璃纤维填充对降低复合材料的收缩率起着很大帮助， 加入20%玻璃纤维即可使复合材料的收缩率从1.66%降低至1.06%，大幅度提高复合材料的尺寸稳定性;滑石粉填充的则降低至1.29%，碳酸钙填充的降低至1.52 %。

原因分析：

(1)滑石粉填充到聚丙烯中，可以对聚丙烯起到异相成核的作用，促进形成细而小的球晶，阻止较大的球晶产生，因而可以在一定程度上降低复合材料的收缩率。

(2)玻璃纤维会在熔体中沿流动方向进行排列，使 PP 分子链沿玻璃纤维方向进行取向，较大的限制了分子链的收缩，因此可以大大降低复合材料的收缩率。

(3)碳酸钙填充对降低复合材料收缩率的帮助很小，因为圆球形的碳酸钙不能对聚丙烯起成核作用，仅作为惰性矿物填充于聚丙烯中。

三、对复合材料阻燃性能的影响

不同填充物改性对复合材料阻燃性能的影响情况，由表1可以看出，在PP+18%十溴二苯乙烷+6%三氧化二梯+20%填充物的阻燃体系中，滑石粉填充对提高复合材料阻燃性的作用最好，可以使聚丙烯复合材料达到1.6mmV0级阻燃;玻璃纤维填充的效果次之，可以使复合材料达到3.2 mmV0级阻燃;碳酸钙填充的效果最差，不能使聚丙烯复合材料达到 V0 级阻燃。

原因分析：

(1)滑石粉主要成分是滑石含水的硅酸镁，在380~500 ℃之间会失去缔合水， 800 ℃以上则失去结晶水。水分在燃烧受热后蒸发带走一部分热量， 这对抑制复合材料的燃烧起到积极作用;另外滑石粉中硅含量达到 30 %以上，硅元素与溴系阻燃剂形成溴-硅协效机理，提高阻燃效率。

(2)玻璃纤维本身不可燃、不助燃，但在阻燃剂添加比例固定的情况下，再加入一定比例的玻璃纤维，即减少了可燃组分(聚丙烯树脂)的比例，这就提高了溴锑阻燃剂对聚丙烯发挥阻燃作用的效果，最终也能达到3.2 mmV0 阻燃;

(3)溴锑阻燃剂的阻燃机理为：十溴二苯乙烷在高温下分解释放出溴化氢，溴化氢与 PP 燃烧过程中产生的自由基作用，终止自由基，即可起到阻止燃烧的目的;另外十溴二苯乙烷跟三氧化二梯反应生成溴化锑气体，溴化锑气体密度高、粘度大，包覆在复合材料表面起到隔绝氧气抑制燃烧的作用。而由于碳酸钙在 800 度以上高温时会分解为氧化钙和二氧化碳，二氧化碳气体在逸出过程中会带走部分溴化氢和溴化锑，这就降低了阻燃剂的阻燃效率， 进而不能使复合材料达到UL94 V0级阻燃。来源:塑库网