一種高阻氧高強的聚烯烴導(dǎo)熱管材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于塑料管材及制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種高阻氧高強的聚烯烴導(dǎo)熱管材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚烯烴導(dǎo)熱管是以聚乙烯、聚丁烯及聚乙烯共聚物等樹脂為基體，經(jīng)直接擠出或加入高導(dǎo)熱的無機粉體混合擠出制備的管材。與金屬管相比，聚烯烴導(dǎo)熱管質(zhì)輕、比強度高、耐腐蝕、使用壽命長、柔軟性好、安裝維護費用低，在冷熱水給水、低溫輻射地暖系統(tǒng)、天花板制冷、空調(diào)管路、熱栗、散熱器連接、工業(yè)換熱管道、漁業(yè)保溫管等方面具有重要的應(yīng)用前景。
[0003]相比聚丙烯，聚乙烯(PE)導(dǎo)熱性(0.3?0.4ff/m.K)及耐老化性能更好，因此常作為導(dǎo)熱管的基體樹脂。PE導(dǎo)熱管的性能指標主要包括耐熱性、導(dǎo)熱性、長期靜液壓強度等。PE管一般通過交聯(lián)(如PEXa)來改善其耐熱性及力學性質(zhì)，但是這種交聯(lián)PEXa管加工性能不穩(wěn)定，不能熱熔，較難連接及修復(fù)。最近發(fā)展的耐高溫非交聯(lián)PE (PE-RT)，通過將乙烯與辛烯、丁烯或己烯等單體共聚來控制分子側(cè)鏈的數(shù)量和分布，提高PE的耐熱性，同時也保留了 PE的良好的柔韌性、高導(dǎo)熱性和化學惰性，同時使之耐壓性更好。為了進一步提高PE導(dǎo)熱管的導(dǎo)熱性能，一些熱交換器用的導(dǎo)熱管材中還在配方中添加了高導(dǎo)熱的石墨等無機粉體進行復(fù)合加工，但這往往導(dǎo)致管材力學性能及柔軟性下降，影響其施工及使用性能。
[0004]此外，多數(shù)聚烯烴導(dǎo)熱管還有阻隔氧氣的要求。聚烯烴阻氧管能阻隔氧氣滲入管道系統(tǒng)，防止與之連接的金屬部件腐蝕生銹，從而大大延長整個管道系統(tǒng)中金屬閥門、開關(guān)、分集水器、鍋爐等金屬件的使用壽命。同時，阻氧管中的水也不易滋生細菌而導(dǎo)致水質(zhì)變質(zhì)。現(xiàn)有的聚烯烴管阻氧技術(shù)多采用多層共擠涂覆技術(shù)，它是在管道中通過共擠形成一個阻氧功能層(一般采用氧氣滲透系數(shù)極低的極性乙烯-乙烯醇共聚物，即EVOH樹脂，價格較高)，從而有效阻止氧氣進入管道循環(huán)系統(tǒng)、減少對設(shè)備的腐蝕。但是這種技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備投資大、工藝復(fù)雜，原料成本也較高，在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。
[0005]石墨稀(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的新型納米片層碳材料，是目前世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，其楊氏模量高達lTPa，導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m.K，高于碳納米管和金剛石，而電阻率比銅或銀更低，約為10 6 Ω.cm。目前已經(jīng)有相關(guān)文獻及專利報道，石墨烯在極少的添加量下就可以大幅度提高聚合物材料的結(jié)晶、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學及阻隔等性質(zhì)。但是，石墨烯被應(yīng)用在聚烯烴導(dǎo)熱管材制備上以及對阻氧性能的提尚未做詳細闡述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有阻氧聚烯烴導(dǎo)熱管加工工藝復(fù)雜、成本高等諸多問題，提供一種高阻氧高強的聚烯烴導(dǎo)熱管材及制備方法，該方法可以利用常規(guī)雙螺桿擠出設(shè)備成型綜合性能優(yōu)異的聚烯烴導(dǎo)熱管材。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高阻氧高強的聚烯烴導(dǎo)熱管材，包括按重量份數(shù)計的如下組分:聚烯烴樹脂100份、石墨烯片層0.1?5份、相容劑0.1?15份、抗氧劑0.01?0.2份，所述石墨稀片層以管材的中軸線為中心呈環(huán)狀均勾分布在聚烯烴樹脂內(nèi)；
[0008]進一步的，所述石墨烯片層在聚烯烴樹脂中的分布方式極大的提高石墨烯片層的阻隔性能，同時管材的結(jié)晶度及取向結(jié)晶的程度相應(yīng)提高，因而本發(fā)明可以在抗氧劑的用量極少的情況下仍然能使管材保持良好的阻氧性能。
[0009]進一步的，所述抗氧劑為0.01?0.1份。
[0010]進一步的，所述聚烯烴樹脂包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、聚丙烯、無規(guī)共聚聚丙烯、聚丁烯中的任一種或兩種以上。
[0011]進一步的，所述石墨烯片層包括氧化石墨烯、熱還原石墨烯、化學還原石墨烯中的任一種或兩種以上。
[0012]進一步的，所述相容劑為聚烯烴接枝馬來酸酐共聚物，接枝率為0.1%?3%。
[0013]進一步的，所述抗氧劑為受阻酚類、亞磷酸酯及有機硫化物中的任一種或兩種以上；所述受阻酚類選用1010、264、2246、300、1076、CA或酚基取代的三嗪類及其衍生物中的任一種或兩種以上。
[0014]—種高阻氧高強的聚烯烴導(dǎo)熱管材的制備方法，包括如下步驟:
[0015]S01、干燥:將按重量稱取的聚烯烴100份、石墨烯片層0.1?5份、相容劑0.1?15份、抗氧劑0.01?0.2份在60?90°C下干燥30?60分鐘；
[0016]S02、混合:將步驟SOl中干燥后的聚烯烴樹脂與石墨烯片層、相容劑、抗氧劑在高混機中以100?1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度均勻分散混合2?3分鐘，得到混合物；
[0017]S03、造粒:將混合物加入螺桿擠出機中并熔融，熔融溫度大于聚烯烴熔點溫度并小于等于250°C，擠出物經(jīng)水槽冷卻，風干造粒；
[0018]S04、擠出:將步驟S03制備出的粒料加入雙螺桿擠出機，熔融得到物料熔體，使用傳統(tǒng)芯棒口模或旋轉(zhuǎn)芯棒口模擠出得到管材；對管材的導(dǎo)熱性要求較高時，優(yōu)選采用傳統(tǒng)芯棒口模擠出管材；對管材的力學及阻隔性能要求較高時，優(yōu)選采用旋轉(zhuǎn)芯棒口模擠出；
[0019]S05、定型:將步驟S04擠出的管材冷卻定型、切割，得到成品。
[0020]進一步的，所述步驟S03中采用的螺桿擠出機為雙螺桿或單螺桿擠出機，優(yōu)選雙螺桿擠出機。
[0021]進一步的，所述步驟S03和步驟S04中采用的聚烯烴為聚乙烯和聚丙烯時，熔融溫度上限分別為230°C和240°C，優(yōu)選不超過200?220°C，過高的熔融溫度會使熔體產(chǎn)生降解或交聯(lián)，影響產(chǎn)品性能。
[0022]進一步的，所述步驟S04中管材采用旋轉(zhuǎn)芯棒口模熔融擠出，在擠出過程中芯棒與口模任一單獨旋轉(zhuǎn)、同向旋轉(zhuǎn)或反向同時旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選反向同時旋轉(zhuǎn)；采用芯棒與口模反向同時旋轉(zhuǎn)比采用同向旋轉(zhuǎn)或任一單獨旋轉(zhuǎn)的形式能夠產(chǎn)生更加明顯的石墨烯片層取向效果，管材力學及阻隔性能更好。
[0023]進一步的，采用旋轉(zhuǎn)芯棒口模熔融擠出時，芯棒或口模的旋轉(zhuǎn)速度為I?30轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選5?15轉(zhuǎn)/分鐘。
[0024]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0025](I)通過添加少量石墨烯片層同時實現(xiàn)了聚烯烴導(dǎo)熱管阻氧性能及導(dǎo)熱性能的提高，擴大了石墨烯在聚合物中的應(yīng)用領(lǐng)域；
[0026](2)加工性能更加穩(wěn)定，不存在交聯(lián)PE導(dǎo)熱管工藝復(fù)雜、交聯(lián)不均勻等問題；
[0027](3)石墨烯片層的引入及旋轉(zhuǎn)芯棒口模的采用使得聚烯烴結(jié)晶度更高，可形成大量取向晶體，對管材力學性能、導(dǎo)熱及耐溫性能的改善效果較為明顯；
[0028](4)管材施工性能較好，可熱熔連接；
[0029](5)環(huán)保性能優(yōu)異，本發(fā)明制備的聚烯烴導(dǎo)熱管可以回收利用，符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求；
[0030](6)石墨烯片層在管材中沿環(huán)向取向分布，極大的提高石墨烯片層的阻隔性能，因而在抗氧劑的用量極少的情況下仍然能保持良好的阻氧性能。
【附圖說明】
[0031]圖1是聚烯烴管材擠出所用的旋轉(zhuǎn)芯棒口模示意圖
[0032]圖2是采用傳統(tǒng)芯棒口模擠出與旋轉(zhuǎn)芯棒口模擠出時石墨烯片層在聚烯烴管材中的取向情況對比圖
[0033]圖中:
[0034]1、物料熔體；2、口模；3、管材；4、旋轉(zhuǎn)芯棒
[0035]A、由傳統(tǒng)芯棒口模擠出；B、由旋轉(zhuǎn)芯棒口模擠出
【具體實施方式】
[0036]實施例1
[0037]本實施例1包括按重量份數(shù)計的如下組分:聚烯烴樹脂為100份的高密度聚乙烯HDPE、石墨烯片層為0.5份的氧化石墨烯、相容劑為1.5份的聚乙烯接枝馬來酸酐、抗氧劑為0.1份的抗氧劑1010，氧化石墨烯片層以管材的中軸線為中心呈環(huán)狀均勻分布在聚烯烴樹脂內(nèi)。
[0038]制備方法步驟如下:
[0039]S01、干燥:將100份的HDPE、0.5份的氧化石墨烯、1.5份的聚乙烯接枝馬來酸酐、0.1份的抗氧劑1010在80°C下真空干燥45分鐘；
[0040]S02、混合:將干燥后的H