PBAT（聚己二酸丁二醇酯 - 对苯二甲酸丁二醇酯）作为热塑性生物可降解材料，由己二酸丁醇酯（PBA）与对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）缩聚而成，兼具优异的延展性、加工适配性、生物安全性与完全可降解性，在一次性餐具、包装薄膜、农用地膜等环保材料领域备受青睐，成为近年来生物降解塑料的研究热点与应用重点。

但 PBAT 自身存在明显短板：结晶度较高（约 40%-50%）导致加工时熔体黏度大，成型难度增加；同时其原料成本与合成工艺限制，售价远高于传统通用塑料（约为 PE 的 2-3 倍），严重制约了规模化推广。而碳酸钙作为低成本无机填料（价格仅为 PBAT 的 1/10-1/5），不仅能降低复合材料成本，还可优化加工流动性，因此在 PBAT 中添加碳酸钙成为平衡性能与成本的关键方案。但不同碳酸钙含量会对 PBAT 复合材料的核心性能产生差异化影响，具体研究结果如下：

一、对 PBAT 复合材料密度的影响

PBAT 纯料的密度为 1.21 g/cm³，而碳酸钙的密度高达 2.75 g/cm³，显著高于 PBAT 基体，因此随着碳酸钙含量的增加，PBAT / 碳酸钙复合材料的密度呈线性上升趋势（如图 1 所示）。

• 当碳酸钙母粒含量为 10% 时，复合材料密度为 1.26 g/cm³，较纯 PBAT 仅提升 0.05 g/cm³，增幅 4.13%，密度变化温和，对产品轻量化影响较小；

• 当碳酸钙母粒含量增至 40% 时，密度飙升至 1.44 g/cm³，较纯料提升 0.23 g/cm³，增幅 19.01%，上升幅度明显增大。

这一变化在实际应用中需重点关注：对于以重量计价的产品（如薄膜、注塑件），高密度会抵消部分成本优势；但对于要求一定重量感或结构稳定性的产品（如厚实餐具、承重包装），密度提升反而可增强使用体验。

二、对 PBAT 复合材料拉伸强度的影响

拉伸强度是衡量材料抗拉伸破坏能力的核心指标，纯 PBAT 的拉伸强度为 21.18 MPa，能满足多数通用场景需求。但随着碳酸钙含量增加，PBAT / 碳酸钙复合材料的拉伸强度持续下降（如图 2 所示）：

• 当碳酸钙含量为 10% 时，拉伸强度降至 14.45 MPa，较纯料下降 6.73 MPa，降幅达 31.78%；

• 后续随着含量进一步增加，拉伸强度仍呈下降趋势，主要原因有两点：

• 1.碳酸钙粒子的加入打破了 PBAT 分子链的连续性，粒子间的 “离散分布” 使复合材料承受应力的能力下降，成为力学性能的薄弱点；

• 2.PBAT 为有机聚合物，碳酸钙为无机刚性粒子，二者界面相容性较差，结合强度不足，受力时易在界面处产生应力集中，进而引发断裂。

这一现象提示：若产品需承受拉伸应力（如包装膜、购物袋），碳酸钙添加量需控制在 10% 以内，或通过表面改性（如硅烷偶联剂处理碳酸钙）提升界面结合力，缓解拉伸强度下降问题。

三、对 PBAT 复合材料断裂伸长率的影响

断裂伸长率反映材料的柔韧性与形变能力，纯 PBAT 因分子链中酯基的存在，柔顺性优异，断裂伸长率较高。但随着碳酸钙含量增加，复合材料的断裂伸长率整体呈下降趋势，且不同含量区间下降速率差异显著：

• 碳酸钙含量在 0-30% 时，断裂伸长率缓慢下降，此时碳酸钙粒子对 PBAT 分子链运动的阻碍作用较弱，材料仍保留一定柔韧性；

• 当含量在 30%-40% 之间时，断裂伸长率下降速度急剧加快，这是因为过量的碳酸钙粒子密集分布在 PBAT 基体中，大幅限制了大分子链的运动能力与力的传递效率。

碳酸钙作为无机材料，自身几乎无形变能力，其粒子相当于 “刚性杂质”，会削弱 PBAT 的柔顺特性。这一变化对需弯折、拉伸的产品（如保鲜膜、可折叠餐具）影响较大，建议此类产品碳酸钙含量不超过 20%。

四、对 PBAT 复合材料冲击强度的影响

与拉伸强度、断裂伸长率的变化趋势相反，PBAT 的冲击强度随碳酸钙含量增加而持续增大（如图 3 所示），成为复合材料的性能亮点：

• 纯 PBAT 样条的冲击强度为 39.36 KJ/m²（原文单位 KJ/cm² 为笔误，统一修正为行业标准单位 KJ/m²）；

• 碳酸钙母粒含量为 10% 时，冲击强度提升至 42.38 KJ/m²，较纯料增加 3.02 KJ/m²，增幅 7.67%；

• 当含量增至 40% 时，冲击强度达到峰值 57.67 KJ/m²，较纯料提升 18.31 KJ/m²，增幅 46.52%。

这一优化效果的核心机理的是：

1. 碳酸钙粒子均匀分散在 PBAT 基体中，受外力冲击时，粒子会产生应力集中，诱导基体产生银纹与微裂纹，这些结构能有效吸收冲击能量，避免材料瞬间断裂；

2. 碳酸钙的硬度与刚性高于 PBAT，当复合材料受冲击破坏时，刚性粒子会产生更高的反作用力，提升冲击强度测试结果。

值得注意的是，低含量碳酸钙（≤10%）冲击后样条缺口仅出现变形，高含量时缺口会出现明显裂纹与银纹，证实了能量吸收机制的存在。这一特性使高钙含量 PBAT 复合材料适用于需抗冲击的场景（如硬质包装、物流缓冲材料）。

五、总结与应用建议

1. 性能 - 成本平衡区间：

2. 综合来看，碳酸钙母粒含量在 15%-25% 时，可实现最佳平衡 —— 此时密度增幅控制在 10% 以内，拉伸强度与断裂伸长率下降幅度可接受（仍能满足普通包装、餐具需求），同时冲击强度提升 15%-25%，成本降低 10%-15%。

3. 场景化选型建议：

• 需柔韧性、拉伸性的产品（如薄膜、购物袋）：碳酸钙含量≤15%，优先选用 2000 目以上活性碳酸钙，提升分散性与界面结合力；

• 需抗冲击、刚性的产品（如硬质餐具、缓冲材料）：碳酸钙含量 25%-40%，可选用 1250 目重质碳酸钙，兼顾成本与性能；

• 轻量化需求产品（如薄壁注塑件）：碳酸钙含量≤10%，或搭配中空碳酸钙、微发泡技术抵消密度提升影响。

4. 性能优化方向：

5. 后续可通过对碳酸钙进行表面改性（如硅烷偶联剂、脂肪酸包覆），提升其与 PBAT 的界面相容性，缓解拉伸强度与断裂伸长率的下降；也可复配增韧剂（如 PLA、弹性体），进一步优化复合材料的综合力学性能。

碳酸钙的加入为 PBAT 的低成本、高性能化提供了有效路径，但其含量需根据产品应用场景精准调控，结合改性技术与配方优化，可推动 PBAT 复合材料在更多领域实现规模化应用。