聚丙烯（PP）的運(yùn)用范圍十分廣泛，但由于其力學(xué)性能不夠優(yōu)異，在工程上的應(yīng)用受到了一定的限制。目前，最典型的力學(xué)性能改性方法是向聚丙烯中填充無機(jī)填料，如襄陽滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、二氧化硅、碳纖維及ZnO等材料。

1、碳酸鈣增強(qiáng)增韌聚丙烯

碳酸鈣在聚丙烯復(fù)合材料中更大的特性是增韌效果極好，能夠極大程度地提高聚丙烯的沖擊強(qiáng)度。

研究表明，微米級碳酸鈣對聚丙烯沖擊強(qiáng)度的提升效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通級碳酸鈣，而當(dāng)使用納米級碳酸鈣時(shí)，這種特性就更加凸顯。

當(dāng)納米碳酸鈣的添加量較少時(shí)，可使聚丙烯的拉伸模量提高85%，沖擊強(qiáng)度提高300%。當(dāng)在聚丙烯中填充高組份的納米碳酸鈣時(shí)，則聚丙烯的拉伸強(qiáng)度有小幅度的下降，但聚丙烯的沖擊強(qiáng)度得到顯著提升，并且聚丙烯的收縮率也有所降低。

此外，當(dāng)PP復(fù)合材料中含有較多納米碳酸鈣時(shí)，其實(shí)際密度要低于理論密度，原因在于大量的納米碳酸鈣的加入導(dǎo)致粉體中的空氣同樣進(jìn)入PP基體，造成PP復(fù)合材料中存在很多納米級的空洞，這種空洞結(jié)構(gòu)對材料彎曲模量的提升有益。

2、納米二氧化硅增強(qiáng)增韌聚丙烯

納米二氧化硅是一種性能極其優(yōu)異的無機(jī)改性填料，既能增強(qiáng)聚丙烯的拉伸強(qiáng)度，又能增強(qiáng)其沖擊強(qiáng)度。并且在其用量極少的情況下，納米二氧化硅的增強(qiáng)和增韌效果都要優(yōu)于襄陽滑石粉和碳酸鈣的增強(qiáng)增韌效果。

Y.Zhou等對比測試了滑石粉和納米二氧化硅對聚丙烯改性效果的差異。研究發(fā)現(xiàn)僅添加5%納米二氧化硅的聚丙烯的各項(xiàng)性能均要優(yōu)于添加了40%滑石粉的聚丙烯。

納米二氧化硅同時(shí)提高了聚丙烯的拉伸模量和屈服強(qiáng)度，提升比例分別為90%和5%。而滑石粉卻僅對屈服強(qiáng)度有提升效果，不能提高拉伸模量。盡管滑石粉的填充量比納米二氧化硅的高8倍，但試驗(yàn)表明滑石粉的增韌效果仍舊弱于納米二氧化硅的增韌效果。

3、碳纖維填料增韌聚丙烯

上述介紹的無機(jī)填料均為粉體，但實(shí)際上，非粉末狀的無機(jī)填料在PP改性中也得到充分應(yīng)用，比如碳纖維和玻璃纖維。

這類纖維材料在單獨(dú)作為填料使用時(shí)有較大的缺陷，對復(fù)合材料的機(jī)械性能和耐熱性產(chǎn)生不利作用。因此，為了提升纖維-聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能以及耐熱性，通常另外添加納米無機(jī)顆粒來實(shí)現(xiàn)這種目的。

M.H.Gabr等研究了納米黏土對碳纖維-聚丙烯復(fù)合材料的影響。當(dāng)納米黏土的填充量為3%時(shí)，復(fù)合材料的起裂韌度和傳播斷裂韌度能分別提升64%和67%。對斷裂樣件進(jìn)行電鏡掃描，結(jié)果顯示在聚丙烯基體中分散良好的納米黏土顆粒，能顯著提高碳纖維與聚丙烯的界面相互作用。

在斷裂過程中，如果碳纖維被光滑地剝離出聚丙烯基體，則吸收能量較少。當(dāng)添加少量納米黏土后，被剝離出的碳纖維表面還沾有部分的聚丙烯，意味著納米黏土較好的改善了碳纖維和聚丙烯基體間的界面相互作用。

4、復(fù)合無機(jī)填料增韌聚丙烯

眾所周知，滑石粉可以實(shí)現(xiàn)對聚丙烯強(qiáng)度、剛度、尺寸穩(wěn)定性和結(jié)晶度的提升，但對聚丙烯其他性能有不利影響，比如沖擊強(qiáng)度和可變形性。而碳酸鈣卻恰恰以拉伸強(qiáng)度為代價(jià)，提升聚丙烯的沖擊強(qiáng)度和可變形性。因此，綜合利用兩種無機(jī)填料獨(dú)特的優(yōu)勢，可達(dá)到無機(jī)填料復(fù)配共混的協(xié)同效應(yīng)。

Y.W.Leong等采用滑石粉和碳酸鈣來配制復(fù)合無機(jī)填料，并研究兩種填料的配比對聚丙烯力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，盡管兩種填料共同作用，但各自基本功能不受干擾，即滑石粉主要決定了聚丙烯的拉伸性能和彎曲性能，而碳酸鈣主要決定了聚丙烯的沖擊性能。

因此，在粉體添加量一定時(shí)，滑石粉的含量越多，聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量就越大，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量也相應(yīng)增大。而碳酸鈣的含量越多，聚丙烯復(fù)合材料的沖擊性能就越好。當(dāng)滑石粉和碳酸鈣比例相同時(shí)，協(xié)同效應(yīng)最為明顯，此時(shí)聚丙烯復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度更大，綜合性能更優(yōu)良。

近年來，剛性無機(jī)填料突破了使用單一材料的方法，選擇混合兩種或幾種傳統(tǒng)剛性無機(jī)填料，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的創(chuàng)新和復(fù)合材料性能上的突破。對于無機(jī)材料的改性方式同樣不局限于一種，而是針對無機(jī)填料的特性，使用多種改性劑并采用多種改性方式，充分發(fā)揮無機(jī)填料的各項(xiàng)性能。