聚丙烯(PP)是产量巨大、用途很广的一种通用高分子材料。然而，高的收缩率(PP的成型收缩率约为1.6%~2.5%，尤其是等规PP(iPP)的成型收缩率最高可达2.5%)不仅会导致制品的尺寸精度差，而且如果收缩不均匀还会引起制品翘曲甚至断裂，进而严重限制了其在许多领域的实际应用。通常，加入玻璃纤维、滑石粉等收缩率极低的无机填料可以有效抑制PP在成型加工过程中的收缩，该方法虽然简单高效，但填料的引入会大幅度提高熔体黏度和制品密度。开发单一材质的低收缩PP新材料受到高度重视，具有重要的理论研究和实用价值。

PP等结晶高分子在成型加工过程中的收缩主要是由结晶、取向和热收缩引起的，其中结晶引起的体积收缩贡献最大，占总收缩率的60%~70%以上。通过调控加工工艺(如提高熔融温度、模具温度和保压压力等)和分子量(如减小分子量)可降低PP注塑制品的收缩，但收缩率的降低幅度非常有限，无法从根本上解决问题。

PP是一种多晶型聚合物，主要有α、β、γ等晶型。其中，α晶在热力学上是最稳定的，力学强度和模量较高，在常规熔融加工条件下即可获得；而β晶属于亚稳态的，强度和模量较低，但韧性和耐热性更好，在特殊加工条件(如强流动诱导结晶)或添加少量(<0.5wt%)高效β成核剂时即可大量形成，是制备具有优异刚韧平衡性的PP材料的主要途径。更有趣的是，分子链在β晶体中堆积密度较小，晶片密度只有0.916g/cm3，明显低于α晶片的密度(约0.936g/cm3)，这可为开发高性能的低收缩PP新材料提供可能。

以高收缩的iPP为例，利用β成核剂来有效调控PP的结晶结构(即β晶体含量)与形态、最终实现低收缩。

采用POM观察了β-NA对iPP结晶形貌的影响，结果如图所示。对于纯iPP而言，在结晶过程中生成了直径约为60~80µm的大球晶，且球晶间的界限清晰，是典型的α晶体。但随着少量(0.03wt%)β-NA的加入，发现β-NA首先在iPP熔体冷却时可自组装形成纤维状或棒状颗粒，随后诱导iPP分子链在其表面结晶形成尺寸较小的晶体，且晶体间没有明显界面。当β-NA的含量增加到0.05wt%~0.1wt%时，形成大量细长的长棒状颗粒，进而使iPP的晶体尺寸得到显著减小；进一步增加β-NA含量至0.5wt%时，NA组装体的形态逐渐转变为长径比很小的短棒状颗粒，同时成核密度也进一步提高。这说明β-NA可在iPP熔体中组装成不同形态的颗粒，进而为iPP分子链结晶提供大量的成核位点。同时，长棒状的NA颗粒很可能会在注塑加工过程中沿着流场方向取向，进而促进iPP分子链取向并结晶形成取向的β晶体。

由于iPP为半结晶聚合物，注塑制品的收缩率大，尤其在MD和TD方向上的线收缩率通常高达1.7%~2.0%。如图所示，纯iPP制品的MD、TD线收缩率分别为1.72%和1.70%，但随着β-NA的加入，MD和TD线收缩率都得到大幅减小，特别是当β-NA含量为0.1wt%时可降至最低水平(分别约为1.43%和1.19%)。进一步增加β-NA含量至0.3wt%~0.5wt%以后，线收缩率基本甚至略有升高。同时，与MD、TD线收缩率的变化规律一致，β-NA的加入使iPP制品的ND线收缩率由9.12%大幅减小到8.13%。值得注意的是，纯iPP制品的MD收缩率与TD收缩率基本一致，即收缩呈各向同性；但β-NA加入使MD收缩率的减小幅度明显低于TD收缩率。这可能是由于长棒状β-NA颗粒可促进iPP分子链在注塑过程中沿MD方向取向结晶，而取向度高的分子链在熔体冷却固化时的解取向程度也会更大，因此MD方向的收缩率相对更大。

β-NA既可高效控制iPP注塑制品的结晶结构，也可调控结晶形态。随β-NA含量的增加(从0.03wt%~0.5wt%)，α晶体的含量逐渐减小、β晶体的占比越来越大，同时iPP材料的结晶形貌逐渐由球晶转变为捆束状晶体，但总结晶度变化较小。非常有趣的是，较低密度β晶体的形成可以显著减小iPP注塑制品的线收缩率和体积收缩率，在MD和TD的线收缩率可分别由1.72%、1.70%大幅减小到1.43%、1.19%。此外，iPP熔体中组装而成的纤维状或长棒状β-NA由于很容易沿流场方向取向，因而可有效诱导iPP分子链取向结晶，最终导致注塑制品的线收缩率呈各向异性(即沿MD方向的线收缩明显大于TD方向的线收缩，且棒状β-NA的长径比越大，收缩率的差别就越明显)。进一步结合理论分析发现，收缩率的降低主要是由β晶体含量来决定的，而与结晶形貌之间没有明显的关联性。这些结果对低收缩PP材料的开发具有较好的参考价值。