6.8.1　聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）基晶须复合材料

聚合物基复合材料有如下特性：①可通过选择适当的填料来控制电气绝缘和电气传导；②易加工的整体零件或复杂的几何形状；③质量轻；④耐腐蚀；⑤若使用柔性聚合物，则须符合相邻粗糙表面的几何形状；⑥聚合物复合材料的回弹性会引起振动阻尼。聚合物基复合材料不仅应用于电子封装，还应用于LED器件、电池和太阳电池等。

聚丙烯（PP）作为五大通用塑料之一，具有介电常数小、绝缘性好、抗裂性好，以及加工性能优良和价廉等特点，被广泛应用于化工、建筑、轻工、家用电器、包装和汽车等工业领域。但PP也存在低温或室温韧性差、机械强度和硬度较低、成型收缩率大、易老化、耐温性差等缺点，而且PP具有较高的体积电阻和表面电阻，属于高绝缘的易燃材料，其制品在使用过程中容易产生静电积累，导致火花放电，进而引发燃爆灾害事故，因而大大限制了它在石化、采矿、电子等领域的广泛应用。为了进一步拓展PP的应用领域，需要对其进行改性。

为了改善聚丙烯的力学及电学性能，人们进行了大量的研究工作，其中利用无机（金属）颗粒、纤维对聚丙烯进行填充改性或将其他聚合物与聚丙烯进行共混改性是人们采用较多的方法。利用无机粉体或金属微粒对聚丙烯进行填充改性时，为获得较好的导电性能，通常需要较大的填充量（其体积分数通常在20%以上），这使得微粒粉体在基体中的均匀分散变得极为困难，所制备复合材料的加工性能也较差。采用一维金属纤维或无机纤维填充PP时，虽然可在较低的纤维含量下制备力学性能和电学性能较好的复合材料，但通常的复合成型工艺容易导致这类复合材料的性能呈现各向异性，从而在一定程度上限制了它的广泛应用。利用添加导电高分子（如聚苯胺、聚乙炔等）进行共混也可以制备导电高分子复合材料，但这类共混复合材料通常难以同时获得较好的力学性能和电学性能。(https://www.daowen.com)

对聚合物改性常用的物理方法有两种：共混改性和填充改性，共混改性是将两种或两种以上的聚合物共混，以提高材料的综合性能。CHAND等通过熔融PP/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）制备改性共混物，大大提高了材料的抗拉强度和耐磨性；填充改性主要是将聚合物与滑石粉、CaCO3、玻璃纤维、碳纤维、晶须等无机材料混合，这是降低原料成本、改善聚合物某些性能的常用方法，WEISS等介绍了非连续石墨纤维增强聚丙烯抗拉强度的二种改善方法，LIANG等用经过表面处理的CaSiO3填充PP，达到了对PP的增强和增韧的效果。AZIZI等制备了滑石粉和CaCO3的单填料/混合填料复合材料，结果表明：复合材料的抗拉强度受滑石粉的影响较大，而冲击强度主要受CaCO3的影响SUN等用硬脂酸改性的CaCO3晶须与PP熔融共混制备聚丙烯/碳酸钙晶须复合材料，结果表明：CaCO3晶须对共混物中PP相的结晶性能有一定的影响，CaCO3晶须对PP具有良好的增强增韧效果。

周健2004年对钛酸钾晶须改性聚丙烯的性能进行研究，在聚丙烯（PP）中添加钛酸钾晶须和（乙烯/辛烯）共聚物（POE）研制了钛酸钾晶须改性PP，讨论了钛酸钾晶须和POE增强增韧PP的机理，考察了钛酸钾晶须和POE用量对改性PP力学性能的影响，并分析了改性PP的微观结构。结果表明，钛酸钾晶须和POE并用能对PP产生良好的增强增韧作用，使研制的改性PP在工程领域具有实际应用价值。曾安然（2015）研究了苯乙烯接枝纤维素晶须增强LDPE复合材料的性能，采用乳液聚合法制备苯乙烯接枝纤维素材料（PSt-g-CW），并将其用于增强低密度聚乙烯（LDPE）制备LDPE/PSt-g-CW复合材料，考察了PSt-g-CW对复合材料力学性能、结晶性能和热变形温度的影响。结果表明，复合材料的拉伸强度随PSt-g-CW含量的增加而增大，但冲击强度提高有限，在PSt-g-CW含量为1%时达到最大。XRD结果显示在PSt-g-CW含量为0.5%时，复合材料的结晶最明显；由DSC结果可知复合材料的结晶温度有所提高，结晶速度加快。采用TG研究材料的热稳定性能表明PSt-g-CW的加入能促进结晶，使复合材料结构致密，提高热稳定性。陈桓2017年对聚丙烯/四针状氧化锌晶须复合材料的制备与性能研究，以不同偶联剂处理的四针状氧化锌晶须（ZnOw）为改性剂，辅以相溶剂通过熔融共混法制备了聚丙烯（PP）/ZnOw复合材料，研究复合材料的结晶性能和力学性能的同时，还考察了ZnOw晶须改性PP复合材料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抗菌性。结果表明，偶联剂的种类对复合材料的β晶含量和结晶度基本没有影响，且偶联剂处理不会破坏ZnOw的结构；随着偶联剂改性ZnOw的加入，复合材料的力学性能获得提升；ZnOw晶须可诱导PP生成β晶，且随着晶须含量的增加，β晶的相对含量增大；当ZnOw添加量为4%（质量分数）时，复合材料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抗菌率可达50%以上。

四角状氧化锌晶须（T-ZnOw）作为一种新型无机功能材料，是自20世纪40年代以来发现的唯一具有三维立体结构的晶须。因其独特的立体四针状结构、高强度及半导体等性质，被认为是一种性能优良的填料，可广泛用作金属、合金、陶瓷、塑料、橡胶等材料的增强剂、导电填料等。作为聚合物增强体使用时，由于T-ZnOw是从4个不同的空间方向与聚合物接触的，可以各向同性地改善基体材料的力学性能和电性能，这一特性不同于一维纤维。此外，以T-ZnOw作为添加剂可以保持基体聚合物的原色，这是炭黑类导电添加剂所不能及的。同时，由于T-ZnOw的耐高温性、导热性和低膨胀系数能提高材料在高温下的化学和尺寸稳定性，因此，T-ZnOw被认为是一种性能优良的填料，在抗静电高分子复合材料和增强复合材料等领域中具有非常诱人的应用前景，其相关研究已引起了人们的广泛关注。在聚丙烯中加入T-ZnO晶须能降低复合材料的电阻率，复合材料导电性提高的机理可归结为网络导电、隧道效应及尖端放电等效应。同时，T-ZnO晶须具有三维立体增强效果，使PP的抗拉强度提高50%。