企业技术开发项目计划书 项目名称
自修复防老化室外PPR管材
企业名称（盖章） 宁波安信德亿塑业科技有限公司 企业法定代电话 项目起止时间 2016 年 1 月 至 2017 年 12 月
填报日期
2016年 01月 03日 宁波市科技局2006年制
一、立项依据 1.国内外现状、水平和发展趋势
智能材料是一种能够模仿生命系统、感知环境变化，并实时改变自身的一种或多种性能参数，做出所希望的、能与变化后的环境相适应的复合材料。而在智能材料的实际应用中，其中一个重要功能就是自修复。自修复材料在无外界作用条件下，材料本身就能对内部缺陷进行自我恢复。
国内外目前在这一领域的成果主要有三种：
第一种，混凝土自修复材料。有研究者以水泥为基体，加钢丝短纤维组成复合材料，同时嵌入玻璃空心纤维，其内注入缩醛高分子溶液，分层浇注，固化后浇水养护制得成品。使用过程中，当基体出现裂纹时，就会有部分纤维管破裂，修复剂流出，经一段时间后，裂口处可形成重新粘合。
第二种，环氧树脂玻璃自修复材料。环戊二烯二聚体（DCPD）包裹在脲醛树脂制成的微胶囊里，与表人（签名） 项目负责人 Grubbs催化剂一起分散在二亚乙基三胺固化的环氧树脂低聚物中。
单材料产生裂纹时，微胶囊破裂，环戊二烯二聚体由于裂缝产生的毛细管虹吸作用迅速渗入裂纹，接触到Grubbs催化剂而发生活性开环聚合反应，迅速产生高度交联的聚合物网络，可达到修复的目的。
第三个例子是在最近，美国和日本的研究人员合作，共同开发出一种聚合物，经紫外线照射，不仅能多次自我修复，还可让完全分离的碎片重新长在一起。这条也是本项目计划书的重点。
另外最近，美国研究人员又研制出一种新材料，不仅能感知组织材料中的损伤，比如纤维增强符合材料中的断裂，而且能修复它。他们的研究旨在开发“自适应结构”，模拟生物系统的能力，用“形状-记忆”高分子材料，并结合嵌入式光导纤维网络，研制出了一种新奇的自修复材料。该材料具备损伤探测传感和热刺激传递系统的功能。通过模拟人类骨骼的高等感知能力和增强修复功能，一束红外激光经光导纤维系统传播使材料局部变热，即可激发增强与修复机制。该材料系统可将样本的强韧度提高11倍。增强样本一旦发生断裂，能通过形状记忆自动愈合，强韧度能恢复到原来的96%，这是前所未有的程度。 可见，随着研究的不断深入，具有自感知自修复功能的职能材料会越来越多。
2、项目开发的目的、意义 PP-R管材是采用无规共聚聚丙烯（PP-R）专用料，经挤出成型工艺生产的管材。PP-R管除具有一般塑料管重量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等特点外，还具有以下特点：良好的卫生性能、保温性能、较好的耐热性能、使用寿命长、安装方便，连接可靠、物料可回收利用等优点，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑、市政、工业和农业领域。 PP-R管材不足之处其中一个就是抗压能力稍弱，以及容易老化的问题。 本项目的研究目的就是在一定程度上解决或缓解PP-R管材抗压能力的问题。 3.本项目达到的技术水平和市场前景 本项目自修复防老化室外PPR管材的开发以给PPR管材引入自修复能力和耐老化能力为目标，将有效缓解实际使用过程中的各种机械损伤、紫外线损伤等情况。 本产品的适用领域主要有：
1）使用环境恶劣、不适合频繁施工维修的地带，如海底、沙漠、隧道等环境下的输水系统。该产品能大大节省人力物理，减少维护保养的频率。 2）裸装在室外的给水系统。有些地区不便施工或因各种因素，铺设管道时只能裸露在外，很容易受外界因素导致的各种物理伤害。本产品在受到不太严重的损伤时，能自我修复，能大大降低各种事故的发生几率。 本项目的开发可进一步丰富本公司的产品种类，战略上扩大公司的品牌影响力，满足各种类型客户的需求。
二、开发内容和目标 1.项目的主要内容、目标及关键技术 项目主要内容包括： a.修复机理的设计 b.修复剂的选用 c.修复剂的制备（微胶囊的制备） d.修复剂的添加工艺设计 e.产品小试，设计结果的验证 f.产品测试以及生产应用
本项目的目标是开发出一款能在较小损伤下自我修复的智能PP-R管道系统，并在修复后能保留70%的物理性能，提升产品附加值及应用领域。
1、项目的关键技术： 1）修复机理的设计与选择。目前世界上主流的设计思路是微球包覆修复剂，在材料主体应力开裂时导致微胶囊破裂，修复剂利用毛细虹吸作用迅速渗透裂纹带，在引发剂或其他条件下凝结固化，达到修复的目的。但这一思路存在的主要难点是PP-R在挤出过程中的高温及高压会给修复剂以及微胶囊的材料选择上造成很大的障碍。其二，PP-R材料由于其典型的非极性结构造成很多修复剂都不能很好地粘合基材，粘合力不足会导致我们后续的物理性能下降严重。索幸，现状有新的修复材料以及修复机理已经被研发出来，也给本项目引入了更多的思路。 2）修复剂的制备。不管是微胶囊法还是共混法，修复剂的制备是本项目的重中之重。本项目采用先易后难的方法，先进行微胶囊法的开发应用，最后再采用共混法。 3）生产工艺的调整，确保修复胶囊在体系中是有效完好的。
2、技术创新之处 项目创新点： （1）将常温固化合成的自修复材料理念应用于热加工材料上，如果成功，将大大拓展自修复智能材料的应用及生产领域。 （2）将智能材料的理念应用与管道系统，将大大提高我国管道系统的多样性，同时能影响更多的智能理念应用于管道系统。如流量监测、水质监测、菌群控制、管路标的等
3、主要技术经济指标 1）公称压力：0.6～1.6MPa 2) 公称外径：dn25～dn800 3) 断裂伸长率：≥400% 4）环刚度：≥12MPa
三、开发试验方法及技术路线（工艺路线）
1、修复剂的选择。重点关注环戊二烯、乙丙橡胶、环氧树脂、硫代聚烯烃等与聚乙烯的亲和性，如没有理想修复剂，尝试用接枝改性等表面处理手段。
2、修复剂微胶囊的合成。尝试用乳液聚合的方法在修复剂微液滴表面包覆一层PMMA胶囊壳。可以尝试制备不同粒径的微胶囊，方便后期产品工艺试验。
3、合成工艺试验。用不同粒径、不同修复剂材料、以及不同添加量的修复剂微胶囊混入PP-R原材料中，通过单螺杆挤出机挤出成型。
4、对挤出成型的样品进行切片扫描电镜等试验，确定其在PP-R基材中的分布及完整情况。
5、对理想的管材样品进行各项物理性能试验、包括静液压、断裂伸长率、环刚度等试验，确保各项性能满足国家标准要求。
6、对样品进行破坏试验，静置24h后检测各项性能，观察修复剂起作用的效果。
7、后续尝试研制共混型可多次自我修复的修复剂。
四、现有开发条件和工作基础
1、承担单位开展本项目的优势（人才、设施条件） 公司拥有20多年的PP-R管材生产历史，是PP-R管材管件、PE管材管件的专业生产企业。是宁波市知名商标、中国绿色环保建材产品、全国质量服务信誉3A品牌企业、浙江省化学建材行业协会会员，并与浙江大学等多家知名高校有合作。 公司设有工程中心进行新产品研发、试制及测试。工程中心有一批先进的研发、试验、试制设备，包括DSC扫描量热仪、万能试样机、静液压试验机、分光光度计、显微镜、简支梁冲击试样机、熔体流动速率仪等，能满足大部分开发活动的要求。 本项目负责人越建军，具有20多年管材研发制造经验，目前任公司总经理，是PP-R管材行业的领军人物、精通PP-R管材成型工艺，其设计的挤出机模头曾获得发明专利，并持有大量实用新型专利。项目成员章炎锋，工程师，具有多年高分子合成经验、精通悬浮聚合、乳液聚合、接枝改性等合成工艺，曾在专业期刊上发表多篇论文。还有其他多名有多年检测经验的专业人员，参与该项目。
2、已有的工作基础，如预试及小试成果等
经过前期的试验情况，目前已经基本确定了修复剂的外壳材料，采用PMMA塑料，同时确定了3～4种修复剂，等待后期包覆效果评价结果，最终选定合适的修复剂。同时，我们也对现有的基础设备进行了一系列调整，以便后期修复微胶囊的添加。
五、计划进度（包括总的研究期限、年度计划进度） 项目起止时间：2016年1月至2017年12月 1）2016年1月，技术调研，通过查阅文献了解国际上目前自修复材料的最新研究成果以及国内的相关工作开展情况，找出合理的适合本公司采用的制备方案。 2）2016年2月～2016年8月，修复剂的选择以及微胶囊制备工艺的设计及验证。
3）2016年9月～2017年3月，各种修复剂的微胶囊合成 4）2017年3月～2017年6月，产品的小试，并对小试产品进行测试和检验，选出最佳的方案。 5）2017年7月～2017年12月，对产品进行调整、改进、验证并最终确认。以及后续的产品推广。
六、经费预算 项目预计总经费30万元 项目经费支出预算表 单位：万元 经费支出预算 预算数 科 目 16 年 17年
年 新产品设计费 工艺规程制定费 设备调试费 5 3 用于研究开发的原材料、半成品试制费 1 技术图书资料费 5 中间实验费 2 用于研究开发的仪器设备折旧 5 5 研究人员工资 委托其他单位进行科研试制的费用 2 2 与技术开发有关的其他费用 20 10 合计 30 总计
七、主要（大中型）仪器设备清单
名称 单价 数量 总价 折旧方法 折旧年限 1 DSC扫描量热仪 1 万能试样机 1 静液压试验机 1 分光光度计 1 显微镜
八、技术研究开发机构名称及情况
公司技术研发机构为宁波安信德亿塑业科技有限公司工程技术中心，是镇海区高新技术企业研发中心。中心人员共计16人，其中高级工程师1人，工程师1人，助理工程师10人，大专以上学历16人。工程中心主任由从事10余年化工合成、注塑挤出工艺研究的工程师章炎锋同志担任。工程中心日常运行由中心主任全面负责。 工程中心包括研发、测试场地以及厂区的产品试制场地。
九、主要研究人员情况
性年职务 本项目中姓名 单位 专业 别 龄 (职称) 承担工作 宁波安信德亿塑业科技有 越建军 男 助理工程师 负责人 限公司 高分子材料宁波安信德亿塑业科技有 34 章炎锋 男 工程师 技术 科学与工程 限公司 宁波安信德亿塑业科技有 柯敏辉 男 助理工程师 技术 限公司 宁波安信德亿塑业科技有 王海龙 男 助理工程师 技术 限公司
