本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种磷尾矿/聚氯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
磷矿是一种重要的化工矿物原料，也是全球农业生产所需磷肥的原料。我国虽然是磷矿石储量大国，但是我国90％以上的磷矿品位低于26％，平均品位只有17％。为了满足工业上制取磷酸的要求，磷矿需要通过选矿技术获得达到生产要求的磷精矿，同时副产大量的磷尾矿。目前，由于磷尾矿利用比较困难，难以回收其中有用成分，大量的磷尾矿堆积如山，不仅是资源的浪费、土地的占用，更是给环境带来了严重的污染。如何将磷尾矿回收利用变废为宝，成为了磷化工行业迫切需要解决的问题。因此如何合理有效地利用磷尾矿是目前一个重要的研究课题。
聚氯乙烯(PVC)是世界上最早实现工业化生产的热塑性塑料品种之一，由于其价格低廉，原材料来源广泛，具有耐磨、抗化学腐蚀、电绝缘性能良好等优点，在工业、农业、日用品等方面具有广泛的应用。但是PVC同时也具有抗冲击强度低，耐热性能不足等缺点，这些缺点限制了PVC的进一步发展。因此加入不同的改性剂对PVC进行改性是行业研究的重点。
关于聚氯乙烯的改性及其应用方面，国内外均有研究，实例如下：
曾晓飞等人，研究了纳米CaCO3的用量对PVC复合材料结构形态与性能的影响，结果表明，在PVC共混体系中加入纳米CaCO3可明显地提高材料的韧性，而不降低材料的强度。当共混体系中纳米CaCO3的用量为8份(质量)时，复合材料的缺口冲击强度达到81.1KJ/m2，是不加纳米CaCO3的7.3倍。
肖人东等人，研究了改性硫铁矿渣填充聚氯乙烯对体系加工性能和物理机械性能的影响，结果表明，在PVC中加入经过碱化的硫铁矿渣，材料在240℃时的失重率降低了50％，材料的弯曲强度达到91MPa，缺口冲击强度达到3.3KJ/㎡，拉伸强度保持率100％(130℃，25天)。
王辉等人，研究了由原位悬浮聚合制备的PVC/纳米水滑石复合材料的的形态和力学性能，结果表明纳米水滑石的加入可以显著提高体系的耐热性能并减缓体系的热分解，当水滑石的含量为5wt％时，复合材料体系的杨氏模量达到3.4GPa，抗冲击强度达到3.2KJ/㎡，拉伸强度达到70MPa。
刘荣榕等人，分别使用硅烷偶联剂和微波蒸汽爆破法处理过的木粉与PVC材料复合。采用2％的硅烷偶联剂、30％的木粉与PVC复合，材料冲击性提高了13.13％，拉伸强度提高了23.67％；经过微波蒸汽爆破法处理过的木粉50％与PVC复合，材料的冲击强度提高了21.77％，拉伸强度提高了27.14％。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种改性聚氯乙烯复合材料及其制备方法，所得复合材料的制备工艺简单、生产成本低；同时拓展磷尾矿填充聚合物复合材料的应用范围，并提高磷尾矿的附加值，可望有效解决磷尾矿所带来的环境问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种磷尾矿/聚氯乙烯复合材料，其组成按重量份数计如下：
聚氯乙烯100份，磷尾矿15-120份，表面改性剂1-4份，高分子改性剂3-8份，热稳定剂3-7份，润滑剂1-5份；其中磷尾矿粒度在200目以下。
按上述方案，所述表面改性剂为硅烷偶联剂、锆铝酸酯、双(2-羟乙基)甲基牛脂基季铵盐中的一种或其混合物。
按上述方案，所述高分子改性剂为氯化聚乙烯和聚丙烯酸酯中的一种或其混合物。
按上述方案，所述热稳定剂为二盐基硬脂酸铅、水合三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅中的一种或其混合物。
按上述方案，所述润滑剂为石蜡、硬脂酸、脂肪酸单甘油酯中的一种或其混合物。
所述磷尾矿/聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将干燥后的磷尾矿、聚氯乙烯粒料、表面改性剂、高分子改性剂、热稳定剂、润滑剂混合均匀得到预混料；
所得的预混料加入双螺杆挤出机中熔融挤出即可得到磷尾矿/聚氯乙烯复合材料。
按上述方案，所述的双螺杆挤出机为同相平行双螺杆，长径比为32:1～48:1。
按上述方案，所述的双螺杆挤出机的转速为30～50r/min。
按上述方案，所述的双螺杆挤出机采用四段加热，加工温度控制在160～185℃内。
本发明所用的磷尾矿其表面吸附大量的浮选捕收剂，捕收剂通常为硫代化合物、胺类、烃油类等有机物，其作用机理是提高被浮矿物的表面疏水性和亲油性，比较有效的选择性的对磷矿中的白云石等无机物的表面产生吸附，并实现比较牢固的粘附。与现有的碳酸钙、滑石粉、凹凸棒土等无机填料填充聚氯乙烯复合材料相比，可以减少表面改性剂、润滑剂等加工助剂的使用量。磷尾矿表面吸附的有机类浮选助剂，使其表面性能有亲水性转变成疏水性，能提高其与聚氯乙烯基体树脂间的界面粘接和复合材料的力学性能。以磷化工废弃物磷尾矿作为聚氯乙烯复合材料的填料，同时可大幅度降低复合材料的生产成本，提高产品的经济效益。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
1)本发明以磷尾矿与聚氯乙烯为原料，采用双螺杆挤出机制备磷尾矿/聚氯乙烯复合材料，制备方法简单易操作，可控性强，易于规模化生产。
2)本发明所用的无机填料为磷尾矿，易于得到，无二次污染，很大程度上解决了磷尾矿堆积带来的环境问题。
3)本发明以磷矿浮选尾矿为填料，降低了聚氯乙烯的成本，同时因磷尾矿表面附着有机性的浮选助剂，能提高磷尾矿无机粒子与聚氯乙烯基体树脂间的界面粘接，同时提高复合材料的力学性能，并改善其加工流变性能。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明磷尾矿/聚氯乙烯复合材料组成按重量份数计：聚氯乙烯100份，磷尾矿15-120份，表面改性剂1-4份，高分子改性剂3-8份，热稳定剂3-7份，润滑剂1-5份；其中磷尾矿粒度在200目以下。
本发明磷尾矿/聚氯乙烯复合材料的制备过程：
步骤一，将磷尾矿在干燥箱中干燥；
步骤二，将干燥后的磷尾矿与聚氯乙烯按照配方比例预混，使得原料初步混合均匀，得到预混料，其中所述的配方由以下原料组成：PVC100份，磷尾矿80-200份，表面改性剂2-7份，高分子改性剂5-10份，热稳定剂4-9份，润滑剂3-7份。
步骤三，将步骤二所得的预混料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，其中：双螺杆挤出机为同相平行双螺杆，长径比为32:1～48:1；双螺杆挤出机的转速为30～50r/min；加工温度控制在160～185℃内。
对比例1：
原料聚氯乙烯粒料100份，高分子改性剂6份，热稳定剂4份，润滑剂1份。
所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为30r/min，加工温度为一区160±5℃，二区165±5℃，三区170±5℃，四区180±5℃，机头170±5℃。
遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚氯乙烯复合材料。
实施例1
原料组成：PVC100份，磷尾矿15份，表面改性剂1份，高分子改性剂6份，热稳定剂4份，润滑剂1份。
所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为30r/min，加工温度为一区160±5℃，二区165±5℃，三区170±5℃，四区180±5℃，机头170±5℃。
遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚氯乙烯复合材料。
实施例2
原料组成：PVC100份，磷尾矿30份，表面改性剂1.5份，高分子改性剂6份，热稳定剂4份，润滑剂2.5份。
所用双螺杆挤出机为直径30cm，长径比为32:1，转速为30r/min，加工温度为一区160±5℃，二区165±5℃，三区170±5℃，四区180±5℃，机头170±5℃。
遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚氯乙烯复合材料。
实施例3
原料组成：PVC100份，磷尾矿50份，表面改性剂3份，高分子改性剂6份，热稳定剂4份，润滑剂2份。
所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为30r/min，加工温度为一区160±5℃，二区165±5℃，三区170±5℃，四区180±5℃，机头170±5℃。
遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚氯乙烯复合材料。
实施例4
原料组成：PVC100份，磷尾矿80份，表面改性剂7份，高分子改性剂6份，热稳定剂4份，润滑剂4.5份。
所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为30r/min，加工温度为一区165±5℃，二区170±5℃，三区175±5℃，四区185±5℃，机头175±5℃。
遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚氯乙烯复合材料。
实施例5
原料组成：PVC100份，磷尾矿120份，表面改性剂6份，高分子改性剂6份，热稳定剂4份，润滑剂2份。
所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为30r/min，加工温度为一区165±5℃，二区170±5℃，三区175±5℃，四区185±5℃，机头175±5℃。
遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚氯乙烯复合材料。
各实施例中，原料的种类及用量见表1所示。
表1
以上实施例按照国标要求制样，性能测试结果见表2。
表2