聚丙烯(PP)具有优良的加工性能、较好的绝缘性、较高的热变形温度等[1-2]，但是存在韧性差、尺寸稳定性差等缺点[3-6]。再生PP具有耐热性好、密度小等优点，并且相对其他材料成型加工难度较低、价格低廉，但再生PP存在抗张强度及冲击强度低的缺点[7-8]，限制其应用范围，因此需要对其改性。目前对于再生PP的改性，通常采用增强材料与再生PP共混制成复合材料。在复合材料的研究中重要的增强组元是晶须。晶须具有强度高、阻燃性能较好、绝缘性能优良等特征[9-11]。晶须的存在可以使复合材料基体发生定向的结构变化，但又不会产生各向异性，应力在传递的过程中不会发生较大变化，减少应力集中效应和材料缺陷[12-13]。硫酸钙晶须(CSW)具有模量高、刚性好、电阻率大、拉伸性能好、热稳定性好、耐磨耗能力强、强的耐腐蚀力、易于表面处理、与聚合物混合容易等优点[14]。CSW能够提高再生PP的韧性，降低成型收缩率，提高热稳定性[15]。乙烯-辛烯共聚物(POE)是分子量分布窄、支链短、结构可控的聚合物，具有较好的抗热氧老化、防紫外线性能、较高的拉伸强度和断裂伸长率和较好的加工性能。POE在低温下仍具有良好的韧性和塑性，对剪切应力敏感，有利于快速成型，具有较长的使用寿命。POE可提高添加剂的分散性，在再生PP中形成海-岛结构。由于POE和再生PP黏度相近，POE能够在再生PP中较好地分散，使材料发生脆韧转变，通过引发大量银纹，可以有效提高再生PP的冲击强度。由于高聚物复合材料在高温熔融时黏度较大，在螺杆、套筒加工设备通道中，高聚物内部、高聚物与螺杆、套筒表面产生大量的摩擦，这不仅会降低聚合物的流动性，还使共混物表面变粗糙。为了解决这一问题，需要向高聚物材料中加入润滑剂。PE蜡与PP树脂具有好的相容性，可以改善再生PP在加工中的流动性，减少材料对螺杆、套筒表面的黏附。高分子材料长期暴露于外部环境，容易氧化分解，各项性能逐渐降低[16]。选择适宜的抗氧剂是保证复合材料具备优异抗氧化性的关键。抗氧剂1010具有化学稳定性强、持续有效时间长，对再生PP复合材料具有优异的抗老化能力。本实验以再生PP为基材，加入CSW、增韧剂POE、抗氧剂1010、润滑剂PE蜡，制备再生PP/CSW复合材料，研究其力学性能、流动性能和热学性能。1实验部分1.1主要原料再生聚丙烯（再生PP），HY-07，徐州市汉勇新材料有限公司；硫酸钙晶须(CSW)，BKL-B60556-CL1，郑州博凯利有限公司；乙烯-辛烯共聚物(POE)，8150，美国DOW公司；抗氧剂，1010，德国巴斯夫公司；聚乙烯蜡（PE蜡），300，成都盛腾科技有限公司。表1为再生PP性能指标。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.T001表1再生PP性能Tab.1Properties of recycled PP性能数值冲击强度/（kJ·m-2）15MFR/［g·（10min）-1］4.53体积电阻率/（Ω·m）5.79×1014拉伸强度/MPa25断裂伸长率/%581.2仪器与设备双螺杆造粒机组，KS-20，南京诚盟挤出装备有限公司；平板硫化机，XLB-UU 350Χ350，青岛亚华机械有限公司；数字高阻计，PC-68，上海第六电表厂有限公司；熔体流动速率测定仪(MFR)，XRZ-4，广东宏拓仪器科技设备有限公司；简支梁冲击试验机，JH-628A，山东万晨试验机有限公司；拉力试验机，CNT4204，济南中特试验仪器公司；差示扫描量热仪(DSC)，DSC822e，瑞士Mettler公司；综合热分析仪(TG)，STA409PC，德国Netzsch公司；X射线衍射仪(XRD)，Ultima Ⅳ，日本理学株式会社。1.3样品制备表2为再生PP/CSW复合材料配方。将再生PP、CSW、POE、抗氧剂1010、PE蜡在170~200 ℃双螺杆机组塑化造粒，得到再生PP/CSW颗粒，将颗粒在195 ℃的硫化机上塑化15 min。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.T002表2再生PP/CSW复合材料配方Tab.2Formula of recycled PP/CSW composites样品再生PPCSWPOE抗氧剂1010PE蜡1#100.003.00.22.02#100.05.03.00.22.03#100.010.03.00.22.04#100.015.03.00.22.05#100.020.03.00.22.0份phr1.4性能测试与表征拉伸性能：按GB/T 1040.2—2006进行测试，拉伸速率10 mm/min，宽度6.5 mm，厚度1±0.2 mm。抗冲击性能：按GB/T 1843—2008进行测试，试样长度(80±1) mm，宽度(10±0.2) mm，厚度(3.5±0.2) mm。MFR测试：按GB/T 3682.1—2018进行测试。XRD测试：测试范围10°~80°。TG分析：N2气氛，温度范围为30~600 ℃，升温速率为10 ℃/min。DSC分析：N2气氛，升温速率为10 ℃/min。2结果与讨论2.1再生PP/CSW复合材料力学性能分析表3为再生PP和再生PP/CSW复合材料的力学性能。从表3可以看出，当CSW为5份，再生PP/CSW复合材料的冲击强度最高。继续增加CSW用量，再生PP/CSW的冲击强度逐渐降低。这是因为加入CSW使再生PP发生脆韧转变。当复合材料受到外界应力作用，CSW在再生PP/CSW复合材料中充当桥骨架，抑制裂纹进一步扩展，增强PP材料的柔韧性[15]。另外，由于应力的传递，CSW承受一部分应力，使再生PP材料吸收大量能量。样品2#~样品5#比样品1#的冲击强度大，是CSW承受一定的应力，增强再生PP材料的冲击性能。样品2#~样品5#的冲击性能逐渐降低，是由于CSW的用量过高，在再生PP材料中出现团聚，导致PP的冲击性能下降[15]。随着CSW添加量的增大，复合材料的拉伸强度逐渐减小。虽然CSW的拉伸强度较再生PP高，但CSW与再生PP材料相容性差别较大，使再生PP材料出现应力集中和缺陷，再生PP材料拉伸强度显著下降。样品3#~样品5#的断裂伸长率均为5.0%，是因为再生PP对CSW的容纳能力较小，加入的CSW超过再生PP容纳能力，使再生PP材料出现明显的应力集中和缺陷问题，使再生PP材料断裂伸长率明显降低。因此，CSW添加量增大，再生PP复合材料的断裂伸长率下降[15]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.T003表3再生PP和再生PP/CSW复合材料的力学性能Tab.3The mechanical properties of recycled PP and recycled PP/CSW composites性能参数样品1#2#3#4#5#缺口冲击强度/（kJ·m-2）15.017.216.416.216.0拉伸强度/MPa24.422.321.220.119.8断裂伸长率/%57.023.05.05.05.02.2再生PP/CSW复合材料绝缘电阻率分析表4为再生PP和再生PP/CSW复合材料的绝缘性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.T004表4再生PP和再生PP/CSW复合材料的绝缘性能/Tab.4The insulation properties of recycled PP and recycled PP/CSW composites性能参数样品1#2#3#4#5#体积电阻率5.552.341.991.701.541014（Ω·m）1014（Ω·m）从表4可以看出，随着CSW加入量的增加，再生PP/CSW复合材料的电阻率逐渐降低。这是因为再生PP具有良好的绝缘性能，而CSW的加入会加快导电粒子的移动，降低复合材料的绝缘性能。CSW用量越多，再生PP复合材料的绝缘能力越小[15]。2.3再生PP/CSW复合材料MFR分析表5为再生PP和再生PP/CSW复合材料的MFR。从表5可以看出，随着CSW添加量的增加，再生PP复合材料的MFR逐渐降低。这是因为CSW黏度比再生PP的黏度大，随着CSW用量逐渐增加，再生PP/CSW复合材料的黏度逐渐增加[15]，MFR逐渐降低，复合材料的流动性能下降。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.T005表5再生PP和再生PP/CSW复合材料的MFR值/［g·（10min）-1］Tab.5The MFR of recycled PP and recycled PP/CSW composites性能参数样品1#2#3#4#5#MFR3.963.533.122.972.82［g·（10min）-1］2.4再生PP/CSW复合材料DSC分析图1为再生PP和再生PP/CSW复合材料的DSC曲线。从图1可以看出，样品3#的熔点最高，是因为添加的CSW作为成核剂使样品3#的结晶度提高。样品2#与样品1#熔点差别小，是因为样品2#中CSW的比例较小，且再生PP的热稳定性也较好，所以没有明显变化。样品4#与样品5#的熔点小于样品1#，由于CSW添加量过多会导致复合材料的结晶度降低，导致其熔点降低[15]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.F001图1再生PP和再生PP/CSW复合材料的DSC曲线Fig.1DSC curves of recycled PP and recycled PP/CSW composites2.5再生PP/CSW复合材料TG分析图2为再生PP和再生PP/CSW复合材料的TG曲线。从图2可以看出，低于430 ℃的失重过程，是复合材料中失去抗氧剂1010、PE蜡和吸附水。430~600 ℃之间失重过程，是再生PP、POE分解引起。随着CSW用量的增加，CSW在复合材料中比例越来越高，由于CSW的分解温度较高，实验时温度未达到其分解温度，所以总体失重程度降低。随着CSW添加量的增大，复合材料的TG曲线逐渐向高温区移动。当CSW的添加量为20.0份，再生PP/CSW复合材料的初始热分解温度最高。因此，加入CSW可以增强PP材料的热稳定性[15]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.F002图2再生PP和再生PP/CSW复合材料的TG曲线Fig.2TG curves of recycled PP and recycled PP/CSW composites2.6再生PP/CSW复合材料XRD分析图3为再生PP和再生PP/CSW复合材料的XRD谱图。从图3可以看出，在14.36°、17.26°、19.34°、22.06°、28.98°处的衍射峰分别对应PP的(019)、(040)、(021)、(023)、(212)晶面。2θ为26.57°、30.01°、32.34°、46.30°、54.82°、57.23°处分别对应CSW的(109)、(111)、(102)、(301)、(113)、(220)晶面。随着CSW添加量的增加，复合材料的衍射峰强度和宽度与未添加CSW相比，均略有降低，表明CSW的添加会阻碍PP的结晶。加入的CSW在PP基体中形成缺陷以及出现团聚现象，从而阻碍高分子链的运动，导致复合材料结晶度的降低。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.F003图3再生PP和再生PP/CSW复合材料的XRD谱图Fig.3XRD patterns of recycled PP and recycled PP/CSW composites2.7再生PP/CSW复合材料的性能当再生PP为100.0份，CSW为5.0份，POE为3.0份，PE蜡为2.0份，抗氧剂1010为0.2份，再生PP/CSW复合材料（样品2#）的各项性能较好。表6为样品2#的各项性能与技术要求值对比。从表6可以看出，再生PP/CSW复合材料的力学性能、流动性能和绝缘性能均满足要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.T006表6样品2#的综合性能Tab.6Comprehensive properties of sample 2#性能参数技术要求实测性能缺口冲击强度/（kJ·m-2）≥15.0017.20拉伸强度/MPa≥20.0022.30断裂伸长率/%≥15.0023.00MFR/［g·（10min）-1］≥2.003.53体积电阻率/（Ω·m）≥1.00×10132.34×10143结论（1）再生PP中添加CSW、POE、1010抗氧剂和PE蜡，制备性能优良的再生PP/CSW复合材料。再生PP/CSW复合材料的最佳配比为：再生PP 100.0份，CSW 5.0份，POE 3.0份，PE蜡2.0份，抗氧剂1010 0.2份。（2）CSW的加入增强再生PP/CSW材料的韧性、热稳定性，但使复合材料的结晶度和拉伸强度及断裂伸长率降低。再生PP/CSW复合材料的力学性能、流动性能和绝缘性能均满足技术指标。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.010.F004