一种自修复复合塑料材料以及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自修复复合塑料材料以及制备方法。本发明专利技术的制备方法的具体步骤如下：(1)以固废磷化渣为原料提纯水热制备出的磷酸铁微粉为塑料添加剂，称取塑料添加剂加入混料罐，向其中加入塑料基料，先混合均匀，再加入润滑油，在高速搅拌机混合均匀、分散；(2)将混合好的样品依次进行挤条、切粒，得到均匀的塑料粒子；(3)将步骤(2)中得到的塑料粒子加入到注塑机中，放入模具，注出自修复复合塑料材料样板。本发明专利技术得到的自修复材料可用于汽车轮胎等橡胶制品中，增强其耐磨性能，延长其使用寿命，且本发明专利技术属于固体废物资源化利用，成本低、技术工艺简单，具有很好的发展前景。

A self-repairing composite plastic material and its preparation method

The invention discloses a self-repairing composite plastic material and a preparation method thereof. The specific steps of the preparation method are as follows: (1) Ferric phosphate powder prepared by hydrothermal purification from solid waste phosphating slag is used as a plastic additive, and the plastic additive is weighed and added into the mixing tank. The plastic base material is mixed evenly first, then lubricating oil is added to mix evenly and dispersedly in the high-speed mixer; (2) the mixed sample is extruded and pelleted sequentially to obtain the plastic additive. Uniform plastic particles; (3) The plastic particles obtained in step (2) are added to the injection moulding machine, put into the mould, and injected from the repairing composite plastic material template. The self-repairing material can be used in rubber products such as automobile tires to enhance their wear resistance and prolong their service life. The self-repairing material belongs to the resource utilization of solid waste with low cost and simple technology, and has good development prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种自修复复合塑料材料以及制备方法
本专利技术涉及一种自修复复合塑料材料以及制备方法，属于高分子材料

技术介绍
随着人们生活中对塑料产品的需求越来越大，但是塑料需求越大，环境分解压力越大，于是研究者们在寻找一种能延长塑料使用寿命的材料，耐磨性能是塑料产品的重要性能，本文将利用固体废物磷化渣提纯出的磷酸铁作为塑料添加剂，而磷酸铁微粉具有一定的自修复性能，可提高塑料的耐磨性，延长其使用寿命。自修复最初源于生物体的自愈过程，比如壁虎的尾巴可再生，蝴蝶翅膀裂了可自行缝合。研究者们在材料界利用这种仿生的方法，来研究材料在外界环境的影响下，本身能对内部缺陷进行自我恢复。而自修复的核心是能量补给和物质供给，使材料自身愈合，增强材料的强度和延长其使用寿命(王巍，王鑫，刘晓杰等.海洋环境中自修复涂层研究进展[J].装备环境工程.2018，15(10)：89-97.)。查阅文献可知，近些年对于材料的自修复性能的研究已取得很大成就，自修复机理可分为两大类：一类是通过加热等方式像体系提供能量，使其发生结晶、在表面形成膜或产生交联等作用实现修复；另一类是通过材料在内部分散或复合一些功能性物质来实现的(韩珊，张小龙，郭岩东等.中空纤维自修复材料的研究进展[J].2018，46(10)：36-39.)。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种自修复复合塑料材料以及制备方法。本专利技术通过在塑料基体中加入改性磷酸铁微粉作为塑料改性剂，有效提高塑料、橡胶制品的耐磨性，起到自修复功能。此外，本专利技术中采用原料来源于固体废弃物，成本低，耗能少，生产工艺简单，在塑料领域将会有很好的应用前景。本专利技术采用的技术方案具体介绍如下。本专利技术提供一种自修复复合塑料材料的制备方法，具体步骤如下：(1)以固废磷化渣为原料提纯水热制备出的磷酸铁微粉为塑料添加剂，称取塑料添加剂加入混料罐，向其中加入塑料基料，先混合均匀，再加入润滑油，在高速搅拌机混合均匀、分散；(2)将混合好的样品依次进行挤条、切粒，得到均匀的塑料粒子；(3)将步骤(2)中得到的塑料粒子加入到注塑机中，放入模具，注出自修复复合塑料材料样板。本专利技术中，步骤(1)中，磷酸铁微粉通过中国专利技术专利CN107473195A中的方法获得。本专利技术中，步骤(1)中，塑料添加剂占塑料添加剂和塑料基料总质量的10～50％，润滑油的质量为塑料添加剂和塑料基料总质量的0.5～5％。优选的，步骤(1)中，塑料添加剂占塑料添加剂和塑料基料总质量的10～20％，润滑油的质量为塑料添加剂和塑料基料总质量的1～2％。本专利技术中，步骤(1)中，塑料基料为高密度聚乙烯HDPE。本专利技术中，步骤(2)中，所述方法中所采用的双螺杆挤出装置出条速度要与所用切粒机的速度保持一致，保证工艺顺利，本实验所用注塑机在操作时应注意模具更换。本专利技术进一步提供一种上述方法制得的自修复复合塑料材料。本专利技术中，对塑料物理强度的测试采用的是：万能材料试验机、塑料摆锤冲击试验机，依次测试塑料的拉伸强度、弯曲性能、抗冲击性能(韧性)。和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用固体废弃物提纯出来的磷酸铁微粉作为塑料添加剂制备自修复复合塑料材料提高塑料，能有效提高塑料制品的耐磨性，既降低了固废对环境的威胁，节能环保，又节约了成本。本专利技术为磷化渣的资源化处理提供新思路和新方法。附图说明图1为实施例1中不同条件下磷酸铁微粉的SEM图；a:提纯后磷酸铁，b:球磨之后的磷酸铁，c:水浸一周后的磷酸铁粉末。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例中，将采用万能材料试验机、塑料摆锤冲击试验机将对所得样品进行拉伸、弯曲和抗冲击性能测试。抗压强度公式如下：式中δ为压缩强度，单位为：mPa,P为最大压力，单位为：N,D为样品的直径，单位：mm。测试三次，取平均值。目的是对水热制备出的磷酸铁微粉、球磨后及水浸后的磷酸铁粉末挤出条作拉伸强度测试，根据Wool(WoolRP.Self-healingmaterials:Areview.SoftMatter，2008，4(3)：400-418.)等提出的自修复效率公式(如公式1、2)可评价其磷酸铁微粉的自修复性能。式中R为自修复效率，σ为拉伸强度，单位为MPa，E为断裂功，即表示韧性，单位为kJ/m2。实施例中，高密度聚乙烯HDPE购自上海石化。实施例1添加剂的制备：(1)利用提纯后的磷酸铁微粉(根据CN107473195A的实施例1制备)作为添加剂；(2)称取两份60g步骤(1)中磷酸铁微粉于球磨罐中，向其中加入5g无水乙醇作分散剂，球料质量比为5:1，球磨机转速为600r/min，在常温下球磨4h，取出置于真空干燥箱中烘干至恒重；(3)再称取50g步骤(2)中的样品置于烧杯中，加入100g的去离子水中，搅拌均匀后静置，再抽滤，烘干。自修复复合塑料材料的制备：(1)分别称取50g提纯后磷酸铁、球磨之后的磷酸铁以及水浸一周并抽滤烘干的磷酸铁粉末于混料罐内，向其中分别加入450g高密度聚乙烯(HDPE)，配成含10％添加剂的混料，先混合均匀，再加入总质量的2％的润滑油，在高速粉碎机中粉碎，以达到混合均匀、分散的效果；(2)利用同向双螺杆挤出机，将混合好的样品、挤条，挤出机可与塑料粒子切粒机联用，得到均匀的塑料粒子；(3)将步骤(2)中得到的塑料粒子加入到注塑机中，放入模具，注出样板；(4)利用万能材料试验机、塑料摆锤冲击试验机将对(3)中得到样板条进行拉伸、弯曲和抗冲击性能测试。从图(1)a中可以看出，超细磷酸铁微粉具有一定的规则形貌，属于薄片状，厚度在200nm左右，图(1)b是图(1)a经过机械球磨破坏的磷酸铁微粉变成了无规则的碎片，颗粒更分散，再经过水浸一周得到图(1)c，从电镜图上可以看出磷酸铁颗粒又趋于规则化，形成具有一定厚度的薄片状。原因可能是水溶剂的作用促使体系中游离的PO43－和Fe3+重新键合生长结晶，达到自生长的效果。再结合表1，经过拉伸强度的测试，磷酸铁微粉的自修复效率能达到80％左右，说明超细磷酸铁微粉具有优异的自修复性能。表1实施例1、2、3不同样品的拉伸强度和断裂功实施例2添加剂的制备：(1)利用提纯后的磷酸铁微粉(根据CN107473195A的实施例1制备)作为添加剂；(2)称取两份60g步骤(1)中磷酸铁微粉于球磨罐中，向其中加入5g无水乙醇作分散剂，球料质量比为5:1，球磨机转速为600r/min，在常温下球磨4h，取出置于真空干燥箱中烘干至恒重；(3)再将步骤(2)中的样品称取50g置于烧杯中，加入100g的去离子水中，搅拌均匀后静置。自修复复合塑料材料的制备：(1)分别称取150g提纯后磷酸铁、球磨之后的磷酸铁以及水浸一周后的磷酸铁粉末于混料罐内，向其中分别加入350g高密度聚乙烯(HDPE)，配成含30％添加剂的混料，先混合均匀，再加入总质量的3％的润滑油，在高速粉碎机中粉碎，以达到混合均匀、分散的效果；(2)利用同向双螺杆挤出机，将混合好的样品、挤条，挤出机可与塑料粒子切粒机联用，得到均匀的塑料粒子；(3)将步骤(2)中得到的塑料粒子加入到注塑机中，放入模具，注出样板；(4)利用万能材料试验机、塑料摆锤冲击试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自修复复合塑料材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)以固废磷化渣为原料提纯水热制备出的磷酸铁微粉为塑料添加剂，称取塑料添加剂加入混料罐，向其中加入塑料基料，先混合均匀，再加入润滑油，在高速搅拌机混合均匀、分散；(2)将混合好的样品依次进行挤条、切粒，得到均匀的塑料粒子；(3)将步骤(2)中得到的塑料粒子加入到注塑机中，放入模具，注出自修复复合塑料材料样板。

【技术特征摘要】
1.一种自修复复合塑料材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)以固废磷化渣为原料提纯水热制备出的磷酸铁微粉为塑料添加剂，称取塑料添加剂加入混料罐，向其中加入塑料基料，先混合均匀，再加入润滑油，在高速搅拌机混合均匀、分散；(2)将混合好的样品依次进行挤条、切粒，得到均匀的塑料粒子；(3)将步骤(2)中得到的塑料粒子加入到注塑机中，放入模具，注出自修复复合塑料材料样板。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，磷酸铁微粉通过中国发明专利CN107473195A中的方法获...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利军，孙方静，陈胜文，陈钦，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：上海,31