随着塑料产品向轻、薄、短、小方向的快速发展，在常规注塑成型技术的基础上，微注射成型技术应运而生。然而，聚合物制品的微观结构对其宏观性能起决定性作用。在诸多结晶形貌中，取向的结晶结构（如串晶）在提高制品力学性能方面有重要影响。相对于常规注射成型而言，微注射成型薄壁制件由于注塑过程中更快的注射速率和更高的注塑压力，使其制品内部更容易形成取向结构，最终制品的力学性能得以提高。

  郑州大学刘宪虎副教授和中原工学院米立伟教授团队利用具有溢流槽的模具通过微注射成型技术制得了热-机械性能优异的等规聚丙烯（iPP）/多壁碳纳米管（MWCNTs）复合材料薄壁制品。而且，样品中MWCNTs的含量非常低（小于0.5wt%）。为了使MWCNTs在iPP基体中能够良好的分散，他们首先通过溶液法制备iPP和MWCNTs的母料，然后再通过熔融共混法对其进行稀释得到了iPP/MWCNTs共混料。从SEM结果中可以看出，MWCNTs能够较均匀地分散在iPP基体中。

图1 (a) iPP/WCNTs复合制品制备过程示意图, (b) 不同含量MWCNTs在iPP基体中的分散状态。

  实验结果表明微注射成型iPP/MWCNTs复合制品内部分子链和片晶均发生了明显的取向结晶。另外，MWCNTs的加入使得β晶的形成受到抑制。此外，与纯iPP制品相比，MWCNTs的加入使得长周期稍微有所减小，这可能归因于MWCNTs作为iPP的α成核剂，能够诱导形成较多数量的成核点，从而使iPP晶粒得以细化。

图2 微注射制品的(a) 2D-WAXD衍射图, (b) 1D-WAXD曲线, (c) 2D-SAXS散射图, (d) 1D-SAXS 曲线和 (e) 一维电子密度函数曲线。

  从DSC非等温结晶曲线上得知，极少量MWCNTs的加入极大地提高了起始结晶温度和最大结晶峰温度。同时，DSC熔融曲线上在170 ^oC左右均出现了一个代表shish结构熔融的小肩峰，该肩峰强度随着MWCNTs含量的增加而增大。此外，MWCNTs的加入明显地提高了复合材料的热稳定性。

图3 微注射制品的(a) 非等温结晶曲线, (b) DSC熔融曲线, (c) 结晶参数和(d) 从TGA曲线中得到的热稳定性参数。

  从拉伸实验结果中可以看出，MWCNTs的加入使得微注射样品的拉伸强度有所减小，但是该减小趋势不随MWCNTs含量的增加而增大。此外，随着MWCTNs含量的增加，样品的模量逐渐增大。这一工作为获取较高热-机械性能聚合物/MWCNTs复合材料制品提供了一种简单可行的制备方法。

图4 微注射制品的(a)应力-应变曲线, (b)拉伸性能结果参数, 文献中报道的微注射样品的(c)拉伸强度和(d)模量结果。

  中原工学院刘忠柱博士是该论文的第一作者，中原工学院米立伟教授和郑州大学橡塑模具国家工程研究中心刘宪虎副教授共为通讯作者。论文工作还得到了郑州大学刘春太教授、李倩教授和郑国强教授的指导与帮助。上述研究工作得到了国家自然科学科学基金的资助。

  论文信息：Zhongzhu Liu, Lele Li, Guoqiang Zheng, Chuntai Liu, Liwei Mi*, Qian Li, Xianhu Liu*, Effect of small amount of multi-walled carbon nanotubes on crystallization and thermal-mechanical properties of overflow microinjection molded isotactic polypropylene, Composites Communications 21 (2020) 100381. 

  https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100381