全 文 ：收稿日期：80 2014-03-17
滑石粉对聚丙烯/滑石粉复合材料收缩率的影响
Effects of Talc on the Shrinkage of Polypropylene/Talc Composites
基金项目：2013年度广西自然科学基金(2013GXNSFBA019245)
作者简介：刘朝福，男，硕士学位，高级工程师，副教授，主要研究方向：塑料成型与模具技术。E-mail：690529692@QQ.com
2014年8月 第42卷 第8期（总第268期）
Vol.42 No.8 (Sum.268)
August 2014
刘朝福，李 静 Liu Chaofu, Li Jing
- 桂林电子科技大学信息科技学院，广西 桂林 541004
- Institute of Information Technology, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
摘　要 : 将不同用量、不同粒度的滑石粉(Talc)添加到共聚聚丙烯树脂(PP)中，对制备的PP/Talc复合材料的收缩率进
行测试和分析，研究收缩率的变化原因及规律。结果表明：随着Talc用量的增加，材料的收缩率逐渐降低；相
同条件下，Talc的粒度越小，材料的收缩率越低；同时加入粒度不同的两种Talc时，在总用量一定的条件下，当
两者的质量比为1:2时，材料的收缩率最低。
Abstract : Adding the Talc with different contents and diameter to polypropylene, the shrinkage of prepared
PP/Talc composites was tested and analyzed, and the change reasons and rules of shrinkage
were researched. The results show that the shrinkage of composites reduces gradually with
the increase of talc contents; under the same conditions, the smaller the diameter of Talc is,
the smaller shrinkage is. In the conditions of a certain mass, when two kinds of Talc of different
diameter are added to polypropylene, the shrinkage of composites is the smallest with the mass
ratio of T-1:T-2=1:2.
关键词 : 聚丙烯；滑石粉；收缩率；粒度；复合材料
Key words : PP ; Talc; Shrinkage; Granularity; Composites
文章编号：1005-3360（2014）08-0080-03
共聚聚丙烯树脂(PP)因其密度低、韧性好、耐
化学性能优良、易于回收利用，特别是改性后的PP，
由于具有耐低温冲击性、耐老化、价格相对较低等
优点，因而被广泛用于汽车的内外装饰材料[1]。但
是，由于PP属于高结晶性聚合物树脂[2]，在产品的
注塑、储存和使用过程中会出现几何尺寸的收缩行
为，从而容易导致制品产生翘曲、变形、内应力、尺
寸超差等缺陷。因此，对PP的收缩率进行控制是保
证其制品尺寸稳定的关键因素之一。研究表明，用
滑石粉(Talc)作为填料可以提高PP的热变形温度，
降低其成型收缩率[3]，从而提高制品的尺寸稳定性。
因此，工业上常用的工艺手段是在PP中添加一定量
的Talc，从而得到收缩率相对较低的PP/Talc复合材
料[4]。
1 实验部分
1.1 原料
共聚聚丙烯树脂(PP)，注塑级，熔体流动速率
(MFR)20 g/10min，茂名石化东成化工有限公司；
高密度聚乙烯树脂(HDPE)，注塑级，MFR为23
g/10min，广州金发科技有限公司；
三元乙丙橡胶(EPDM)，YD520，茂名市东晟材
料有限公司；
滑石粉(Talc)，塑料用微细级，1 250目，中位径
D50=9.0 μm(记为T-1)，广西龙广滑石开发股份有限
公司；
滑石粉(Talc)，塑料用微细级，3 000目，D50=5.5
μm(记为T-2)，广西龙广滑石开发股份有限公司。
1.2 仪器与设备
无重力粒子混合机，WZ-0.1，上海震春粉体设
备有限公司；
注射机，PL1200/370，宁波海天塑机集团无锡
天翔注塑机有限公司；
双螺杆挤出机，SHJ-36，南京恒奥机械有限公司；
烘箱，101-A，柳州电炉厂；
电热恒温干燥箱，RD101-2B，余姚市恒温箱厂；
加工与应用
文献标识码 : A中图分类号 : TQ325.14
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2014年8月 第42卷 第8期（总第268期） 滑石粉对聚丙烯/滑石粉复合材料收缩率的影响
Vol.42 No.8 (Sum.268)
August 2014
数字显示测量投影仪，JT12A-B，上海思长约光
学仪器有限公司。
1.3 试样制备和检测方法
将PP、Talc、HDPE、EPDM和助剂等按一定比
例计量后经粒子混合机共混，由双螺杆挤出机挤出
后进行切粒，烘干后再注塑成标准样条，将样条置
于烘箱中烘干2 h，取出后于23℃下恒温干燥48 h，
利用测量投影仪测量样条的长度，记为Li，模具长度
记为L0，则(L0-Li)/L0为材料的绝对收缩率。
试样的制备和检测工艺流程如图1所示。৏ᯉ ␧ਸ ᥔࠪǃ࠷㋂ ৏ᯉ✈ᒢ⌘ກ䈅ṧ✈ᒢᚂ⑙䶉㖞ᙗ㜭⍻䈅
图1 工艺流程
Fig.1 Technological process
试样制备过程中，挤出温度为(190±5)℃，切粒
平均当量直径3.6 mm；粒料经烘干后注塑成标准试
样，注塑过程采用多级注塑成型控制工艺，主要工
艺参数如表1所示。
表1 注塑工艺参数
Tab.1 Injection molding process conditions
项目 参数值 备注
塑化温度/℃ 前200，中195，后188
背压压力/% 25 注1
螺杆转速/(r·min-1) 30
注射压力/% 48 注1
注射时间/s 4.6
1~3段注射速度/% 前48，中75，后30 注1
保压压力/% 30 注1
保压时间/s 8
模具表面温度/℃ 65
冷却时间/s 9
注1：压力、速度等参数值为注射机许可最大值的百分比。
试样烘干2 h后恒温静置48 h，以确保其尺寸不
再变化；逐一检查试样，排除具有明显欠注、翘曲、
变形等外观缺陷的试样；在(23±2)℃的环境下，采
用测量投影仪对试样的长度进行测量，测量数值精
确到0.01 mm。
上述实验过程按ISO294-1—2001~ISO294-4—
2001进行。
2 结果与讨论
2.1 原料组分对复合材料收缩率的影响
PP、HDPE、EPDM等是复合材料的基体组分，
以PP为主材，HDPE和EPDM为添加剂，三者的质
量比不同，材料的收缩率也有较大差别，如表2所
示。从表2可以看出，纯PP的收缩率为1.786%；而添
加了HDPE、EPDM等材料的收缩率分别为1.968%、
2.129%，即HDPE、EPDM用量越多，材料的收缩率
越大。但是，一旦材料中加入了Talc，材料的收缩率
会大大降低，其值大致为纯PP的三分之二。因此，
HDPE和EPDM可提高材料的收缩率，其用量越大，
材料的收缩率越高；而Talc则相反，Talc能大幅降低
材料的收缩率。当然，加入Talc时，材料收缩率的大
小仍然受到HDPE和EPDM用量的影响，HDPE和
EPDM用量越大，材料的收缩率越高，但提高的趋势
变缓。
表2 HDPE、EPDM、Talc对PP收缩率的影响 %
Tab.2 Effects of HDPE, EPDM and Talc on the shrinkage of PP %
试样编号 PP用量 HDPE/EPDM用量 Talc用量 收缩率
1# 100 0 0 1.786
2# 90 10 0 1.968
3# 80 20 0 2.129
4# 70 10 20 1.159
5# 60 20 20 1.215
注：(1)HDPE与EPDM的质量比为1:1；( 2)试样所用Talc为T-1。
2.2 Talc用量对复合材料收缩率的影响
实验中发现，Talc用量不同，材料的收缩率也不
同，表3为Talc用量对材料收缩率的影响。从表3可
以看出，当HDPE、EPDM用量一定时，无论加入Talc
的粒度大小，随着Talc用量的增加，材料的收缩率均
逐渐降低。
表3 Talc用量对材料收缩率的影响 %
Tab.3 Effects of talc contents on the shrinkage of the composites %
试样编号 PP用量 HDPE/EPDM用量 T-1用量 T-2用量 收缩率
3# 80 20 0 0 2.129
4# 70 10 20 0 1.159
5# 60 20 20 0 1.215
6# 67.5 10 22.5 0 0.982
8# 65 10 25 0 0.904
9# 62.5 10 27.5 0 0.811
10# 62.5 10 0 27.5 0.805
11# 60 10 0 30 0.762
12# 57.5 10 0 32.5 0.724
13# 55 10 0 35 0.685
14# 52.5 10 0 37.5 0.639
15# 50 10 0 40 0.602
注：HDPE与EPDM的质量比为1:1。
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滑石粉对聚丙烯/滑石粉复合材料收缩率的影响
Talc是一种具有薄片状结构的矿物产品[5-6]，作
为一种刚性粒子，其本身的收缩率远远低于PP。因
此，Talc的加入，对复合材料起到骨架作用，使得PP、
HDPE和EPDM等高分子链在成型过程中得到了良
好的支撑，减少了高分子链的“悬臂”和“悬空”现象，
从而能够从整体上提高复合材料的刚性，降低复合
材料的成型收缩率。Talc用量越高，高分子链得到
的支撑作用越明显，复合材料的收缩率就越低。
2.3 Talc粒度对复合材料收缩率的影响
表4为Talc粒度对复合材料收缩率的影响。从
表4可以看出，在含有Talc的4#~15#试样中，9#和10#
试样中的Talc用量相同，但粒度不同，两者的收缩率
分别是0.811%和0.805%。即Talc用量相同的情况
下，其粒度越小，材料的收缩率越低。这是因为Talc
的片状结构会直接影响复合材料的疏密程度[7-8]，
T-1的片体相对较大，填充到树脂中易出现“空穴”，
这些“空穴”会导致材料在注塑成型后产生相对较
大的收缩。
与此同时，Talc填充到树脂中会同时充当填充
剂和成核剂的角色[9-10]，填充剂可以降低材料的收
缩率；而成核剂则会阻止材料中大球晶的生成，从
而影响PP的结晶，进而降低材料的收缩率。由于
T-2(3 000目)的粒度较T-1(1 250目)的粒度小，相同
质量的粒子数量较多，可充当成核剂的粒子亦较
多，阻碍材料大球晶形成的效果相对更好，从而导
致整体材料的收缩率相对较低。
表4 Talc的粒度对材料收缩率的影响 %
Tab.4 Effects of talc diameter on the shrinkage of the composites %
试样编号 PP用量 HDPE/EPDM用量 T-1用量 T-2用量 收缩率
9# 62.5 10 27.5 0 0.811
10# 62.5 10 0 27.5 0.805
16# 62.5 10 20 7.5 0.809
17# 62.5 10 13.75 13.75 0.807
18# 62.5 10 12 15.5 0.743
19# 62.5 10 10 17.5 0.622
20# 62.5 10 9.2 18.3 0.556
21# 62.5 10 8 19.5 0.686
22# 62.5 10 5 22.5 0.775
注：HDPE与EPDM的质量比为1:1。
当向树脂中同时添加T-1和T-2(如表4中的
16#~22#试样)，结果发现，在Talc总质量一定的条件
下，随着T-1用量的降低，材料的收缩率逐步降低。
但是，当两者的质量比为1:2时(20#试样)，材料的收
缩率达到最小值0.556%。其后，随着T-2用量的增
加，材料的收缩率反而上升。这是因为粗粒子与细
粒子的主要区别之一，是两种粒子的比表面积不
同，粗粒子的比表面积小于细粒子；而材料收缩率
的大小会受到PP与Talc两者接触界面多少的影响，
PP与Talc的接触界面越大，材料的收缩率越低。
但是，添加单一粗粒子或细粒子Talc时，粒子
间均会堆积出现较大的缝隙，形成所谓的空洞效
应[7]，导致材料的密度降低，整体材料在成型时收缩
率较大；而当粗细两种粒子同时加入PP中时，粗粒
子间的缝隙由细粒子来填补，形成所谓的二次填充
效应[11-12]，结果使材料的密实度增大，整体材料的收
缩率较低。
3 结论
Talc的加入可降低PP/Talc复合材料的成型收
缩率，随着Talc用量的增加，材料的收缩率逐步减小；
Talc的粒度对材料的收缩率也有较大影响，相同条
件下，Talc越细，材料的收缩率越低；如果加入两种
粗细不同的Talc，在总质量一定的条件下，当两者的
质量比为1:2时，材料的收缩率最低。
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