(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111344782.7 (22)申请日 2021.11.15 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市一环路南 一段 24号 (72)发明人 张新星　崔钦科　杨昕　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 代理人 王悦 (51)Int.Cl. G01N 17/00(2006.01) G01N 3/08(2006.01) G01N 3/18(2006.01) G01N 3/56(2006.01) G01N 3/06(2006.01)G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产 生时间的方法 (57)摘要 本发明公开了评估多环境因素作用下塑料 制品微塑料产生时间的方法， 包括， 利用改进型 Weibull模型精确模拟多环境因素耦 合作用下 典 型塑料制品随时间的力学行为的变化， 基于有限 元分析定量确定塑料制 品在自然环境中受到的 各种作用力的大小， 并通过 塑料制品不断下降的 力学性能与常见自然力作用相匹配的方法， 准确 的预测了塑料制品微塑料的产生。 本发明经实验 证明其具有可行性及有效性， 能将塑料制品在老 化过程中力学性能的下 降与微塑料的产生进行 关联， 是不同实际工况下和不同塑料制品类型微 塑料产生评估的重要参考， 并对以减少微塑料产 生为目的的高性能塑料制 品的结构设计和实际 工况下塑料制品的生命周期评估具有指导 意义。 权利要求书1页 说明书5页 附图7页 CN 114112881 A 2022.03.01 CN 114112881 A 1.评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产生 时间的方法， 以预测不同工况下塑料制 品的微塑料产生， 其特 征在于， 包括以下步骤： 使用Weibul l分布的概 率函数与Ho oke定律相结合， 建立改进型Weibul l公式； 持续采集典型塑料制品在老化环境下的力学数据， 根据力学数据确定改进型Weibull 公式中各参数的值以建立 塑料制品的力学模型， 其中特征参数拟合成与老化时间相关联的 函数来表示， 力学模型建立后得到不同老化时间下塑料制品的应力 ‑应变曲线； 基于有限元分析评估塑料制品在自然环境中受到的各种作用力的大小， 得到在 常见自 然力作用下塑料制品的破坏应力； 在塑料制品的力学模型中通过老化时间的变化得到不同时间下塑料制品能够承受的 极限应力， 当该极限应力不断减小直到与常见自然力作用下塑料制品的破坏应力相当时， 认为微塑料会明显产生； 塑料制品达到自身极限应力与自然力作用下的破坏应力相当的状态时对应的时间为 塑料制品老化发生力学破坏、 微塑料大量产生时间， 在实际工况下达到该时间前应对塑料 制品进行回收， 以减少流入环境的微塑料。 2.根据权利要求1所述的评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产生时间的方法， 其 特征在于： 预测微塑料产生的核心条件是材料极限应力不断减小直到与常见自然力作用下 塑料制品的破坏应力相等， 其中材料极限应力能被改进型Weibull公式建立的力学模型预 测。 3.根据权利要求1所述的评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产生时间的方法， 其 特征在于： 运用有限元分析， 对塑料制品在不同工况 下承受的自然力作用进行定量测定 。 4.根据权利要求1所述的评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产生时间的方法， 其 特征在于： 评估对象为聚丙烯、 聚乙烯、 聚苯乙烯、 聚酯、 聚乳酸、 聚丙烯腈、 聚乙烯醇、 环氧 树脂、 聚酰胺、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚碳 酸酯典型塑料制品中至少一种。 5.根据权利要求1所述的评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产生时间的方法， 其 特征在于： 多环境作用为光、 温度、 湿度、 盐度、 机械力、 风力、 水流冲刷、 微生物作用因素及 其耦合作用中至少一种。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114112881 A 2评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产生时间的方 法 技术领域 [0001]本发明属于微塑料产生时间的评估模型及方法领域， 具体涉及 一种评估多环境因 素作用下塑料制品微塑料产生时间的方法。 背景技术 [0002]微塑料(尺寸小于5mm的塑料碎片)因其颗粒小、 比表面积大、 易于载携环境污 染物 形成复合污染、 可远距离 迁移传输放大生态毒性受到广泛关注。 [0003]微塑料的产生需要经过塑料制品老化与材料破碎等过程， 其中塑料制品性能的变 化能通过力学模型来进行描述， 但目前塑料在老化过程中承受的自然界常见作用力的大小 及其对材料破碎和微 塑料产生行为的影响仍缺乏研究， 急需将塑料制品的老化与微 塑料的 产生建立联系。 近年来， 国内外研究者监测了不同环境下废弃塑料产生微 塑料的情况， 采集 了一系列与微塑料产生相关的数据。 但是， 这些工作主要从环境角度关注塑料制品产生微 塑料污染的数量和分布随时间的变化， 而对塑料制品如何以及何 时转化为微 塑料的内在机 制仍然知之甚少， 导致从材料设计角度上削减微 塑料的产生缺乏相关的理论指导与技术支 撑。 因此， 建立一种可靠的定量方法和模型， 将塑料老化中的力学性能变化与自然力作用下 的力学破坏进行匹配， 从时间尺度上评估不同工况下微塑料 的产生时间， 在其产生前将塑 料制品进行回收以减少流入环境的微塑料污染， 具有非常重要的实际意 义。 [0004]目前， 关于评估多环境因素耦合作用下典型塑料制品微塑料产生时间的模型及方 法的研究还 未见报道。 Song  Yong Kyoung等人的报道在一定程度上解释 了在紫外老化和砂 子磨损作用下塑料制 品的微塑料产生行为(Y.K.； Hong,S.H.； Jang,M.； Han,G.M.； Jung, S.W.； Shim,W.J.,Combined  Effects of UV Exposure  Duration  and Mechanical   Abrasion  on Microplastic  Fragmentation  by Polymer Type.Environ  Sci Technol  2017,51,(8),4368 ‑4376)， 但是该工作在研究过程中缺乏定量的机理研究， 未对微塑料产 生过程中 自然环境的作用力大小进行确定， 没有在时间尺度上对微 塑料的产生进 行预测与 评估， 并且其研究条件仅针对于紫外老化， 在研究方法上不具有普适性。 因此， 评估多环境 因素耦合作用下典型塑料制品微塑料产生时间的模型及方法亟 待建立。 发明内容 [0005]本发明的目的是针对以上不足， 提供一种评估多环境因素作用下塑料制品微塑料 产生时间的方法。 能够构建塑料制品老化过程力学模型， 模拟多环境因素耦合作用下塑料 制品力学性能变化， 定量测定微塑料产生过程自然作用力大小， 匹配塑料制品力学性能的 下降与常见自然力作用大小， 以及准确预测塑料制品微塑料产生时间。 [0006]评估多环境因素作用下塑料制品微塑料产生时间的方法， 包括以下步骤： [0007]使用Weibul l分布的概 率函数与Ho oke定律相结合， 建立改进型Weibul l公式； [0008]持续采集典型塑料制品在老化环境下的力学数据， 根据力学数据确定改进型 Weibull公式中各参数的值以建立塑料制品的力学模型， 其中特征参数拟合成与老化时间说　明　书 1/5 页 3 CN 114112881 A 3