2. PP+30%碳酸钙填充

任务拆解：30%重钙填充PP的冲击—成本双约束

本例要回答一个具体的工程问题：在均聚PP中加入30%重质碳酸钙（重钙，GCC）后，简支梁缺口冲击强度会下降多少，成本能降多少，这个配方能否满足某家电外壳的验收要求。先明确验收门槛与基准配方，再计算成本，最后用冲击强度保留率判断是否放行。

设定应用要求（示例条件）：家电外壳用改性PP，简支梁缺口冲击强度（23℃）不低于 4.0 kJ/m²，密度不高于 1.15 g/cm³，原料成本不高于 9.0 元/kg。基准为未填充均聚PP，缺口冲击强度取 6.5 kJ/m²（示例值，实际以本厂来料检测为准）。

配方与原料成本计算

按质量份设计100份配方：PP 70份、重钙30份，另加相容剂PP-g-MAH 2份（按100份树脂外添加，用于改善碳酸钙与PP的界面粘结，减少冲击损失）、抗氧剂0.3份、润滑剂0.5份。价格采用示例单价，实际以当期采购价替换。

折合每公斤成本：6.85 ÷ 1.028 ≈ 6.66 元/kg。纯PP基准成本为 8.6 元/kg（不计助剂），成本降幅约 22.6%，满足“不高于9.0元/kg”的成本约束。

密度估算按混合规则：ρ ≈ 1/(0.70/0.905 + 0.30/2.70) ≈ 1.10 g/cm³（忽略助剂），低于1.15 g/cm³上限，密度约束通过。

冲击强度下降幅度与保留率

30%重钙属于高填充，刚性粒子在基体中形成应力集中点，缺口试样受冲击时裂纹易在颗粒—基体界面引发并快速扩展，缺口冲击强度通常显著下降。示例测试结果（同批注塑样条、23℃、摆锤式简支梁试验机，每组5根取中位数）：

无相容剂时冲击强度下降约52%，低于4.0 kJ/m²门槛，不合格；加入2份PP-g-MAH后回升至4.3 kJ/m²，保留率约66%，越过门槛。这说明30%重钙配方的可行性取决于界面改性，而不是单纯看填充量。

冲击—成本平衡关系图

关键操作与验证要点

• 样条制备：双螺杆挤出造粒（机筒温度190–210℃，螺杆转速约400 rpm），注塑成80×10×4 mm简支梁样条，缺口按GB/T 1043.1加工，缺口底部半径0.25 mm。
• 状态调节：23℃、50%RH放置24 h后测试，每组至少5根，剔除断在缺口外的无效样，取中位数。
• 对照设置：同批纯PP与无相容剂30%GCC配方各做一组，才能把“填充导致的下降”和“界面改性带来的回升”分开看。
• 成本口径：只算原料成本，不含加工费、损耗与设备折旧；若加工能耗因高填充上升，需在综合成本中另计。