CN102617904A - 一种高导热毛细管网材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辐射供暖供冷末端用的高导热毛细管网，公开了一种高导热毛细管网材料及其制备方法。一种高导热毛细管网材料，包括按重量份数计算的如下组分：聚烯烃树脂100份；粒径小于500纳米的氮化铝微粒0.05-2份；相容剂0.5-10份；偶联剂0.5-5份；润滑剂0.5-10份。一种高导热毛细管网材料的制备方法，包括以下步骤：将传热剂和偶联剂加入到高速混合机中，高速搅拌5分钟；再加入聚烯烃树脂、相容剂和润滑剂，高速搅拌5分钟，混合后即可用于制作毛细管网。本发明即可得到高导热毛细管网材料。

Description

一种高导热毛细管网材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及辐射供暖供冷末端用的高导热毛细管网，尤其涉及制备高导热毛细管网的材料和制备方法。

背景技术

毛细管网作为辐射供冷供暖末端，它可以根据周围环境自动调整红环境的换热量。毛细管网采用聚烯烃树脂生产而成，直接铺在房间围护结构表面的下方。这样房间的天花板、地板和墙壁就会变得非常的温暖舒适。这样，使用者和房间表面之间的能量传递就通过辐射的方式进行。辐射是在自然条件下调整各物体间的热平衡。毛细管网采用水为传热介质，水是一种高效的传热介质，它的传热速度比空气快1000倍，毛细管网辐射供暖供冷末端就是一种辐射式空调末端，和常规的对流式空调末端相比，毛细管网辐射供暖供冷末端主要是通过辐射方式进行换热，而辐射传热的最大优点是：在室内没有吹风感、没有空气流动带来的噪音，创造了健康的室内环境。

普通毛细管网通常采用PP-R或PE-RT或PB或HDPE原料制成，导热系数只有0.24w/m.k、0.4w/m.k、0.2w/m.k和0.4w/m.k，较低的导热性能导致毛细管网辐射供暖供冷末端的单位供热量和供冷量较小，使得毛细管网末端只能应用在冷热负荷很低的建筑内，而无法使用在冷热负荷较高或很高的建筑内，限制了毛细管网的应用范围。若能提高毛细管网的导热性能，则能大大提高毛细管网辐射供暖供冷末端的制热制冷量，使毛细管网的应用范围得以扩大。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种具有高导热性能的高导热毛细管网材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种高导热毛细管网材料，包括按重量份数计算的如下组分：

聚烯烃树脂：100份

粒径小于500纳米的氮化铝微粒：0.05-2份

相容剂：0.5-10份

偶联剂：0.5-5份

润滑剂：0.5-10份。

聚烯烃树脂，具有相对密度小，耐化学药品性、耐水性、机械强度、电绝缘性等各项性能良好的特点，是制备高导热毛细管网的基体材料。但是，聚烯烃树脂本身的较低导热系数使毛细管网作为换热器时往往换热性能较差。

粒径小于500纳米的氮化铝微粒，具有非常高的导热系数，能弥补聚烯烃树脂导热系数低的缺陷，提高聚烯烃树脂的导热系数，从而提高毛细管网的导热性。含量为0.05-2份，相对100份的聚烯烃树脂，添加量很少，即对聚烯烃树脂的导热性能有明显的提高，但对其他良好性能不会造成影响。现有技术中选用的石墨等提高聚烯烃树脂导热性能的物质，添加量一般需达到30份以上，这将大大破坏聚烯烃树脂原本良好的机械性能和长期使用寿命。

相容剂，能提高传热剂氮化铝微粒和聚烯烃树脂之间的相容性，从而提高毛细管网的机械强度。含量应控制在0.5-10份。若大于上述含量范围，将破坏聚烯烃树脂的原本良好的机械性能；若小于上述含量范围，将无法将全部传热剂表面均匀的有机化。

偶联剂，是表面改性剂，能对传热剂进行表面处理，提高传热剂与聚烯烃树脂的界面相互作用，使毛细管网获得良好的表面质量及机械、热和电性能。含量应控制在0.5-5份。若大于上述含量范围，将破坏聚烯烃树脂的原本良好的机械性能；若小于上述含量范围，将无法使传热剂与聚烯烃树脂的界面充分地发挥相互作用。

润滑剂，与聚烯烃树脂相容，能降低聚烯烃树脂的熔体粘度，改善其流动性，提高传热剂的分散性。含量应控制在0.5-10份。若大于上述含量范围，将破坏聚烯烃树脂的原本良好的机械性能；若小于上述含量范围，将无法使传热剂得到充分分散。

上述组分的组合及各组分的重量份数，是通过大量试验确定的，上述组合和重量份数使本发明形成的毛细管网具有高导热性。

作为优选，所述氮化铝微粒的重量份数为0.05-0.5份。该含量范围，即对聚烯烃树脂的导热性有明显的改善。

作为优选，所述的聚烯烃树脂采用HDPE、PE-RT、PP-R、PB中的一种或多种。HDPE是指高密度聚乙烯，PE-RT是指耐热聚乙烯，PP-R是指无规共聚聚丙烯，PB是指聚丁烯。通常，HDPE用于生产地源热泵专用地下换热器管道，PE-RT用于生产地板采暖管道和热水输送管道，PP-R用于生产地板采暖管道和热水输送管道，PB用于生产地板采暖管道和热水输送管道。

作为优选，所述相容剂采用PE接枝马来酸酐、PP接枝马来酸酐、PB接枝马来酸酐、PE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、PP接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、PB接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。PE是指聚乙烯，PP是指聚丙烯，PB是指聚丁烯。与其他种类的相容剂相比，上述相容剂分别同HDPE或PE-RT、PP-R和PB材料具有良好的相容性，能提高传热剂和聚烯烃树脂之间的相容性。

作为优选，所述的偶联剂采用钛酸脂偶联剂、硅烷偶联剂的一种或多种。与其他种类的偶联剂相比，上述偶联剂具有良好的偶联作用，使传热剂表面能充分地被有机化。

作为优选，所述的润滑剂采用硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钠、白油、低分子聚乙烯蜡中的一种或多种。与其他种类的润滑剂相比，上述润滑剂具有良好的流动性，使得传热剂得以充分分散。

一种制备高导热毛细管网材料的方法，该方法包括以下步骤：

(a)按权利要求1的重量份数，先将粒径小于500纳米的氮化铝微粒和偶联剂加入到混合机中，转速1000转/分钟，搅拌5分钟；

(b)再加入聚烯烃树脂、相容剂和润滑剂，转速1000转/分钟，搅拌5分钟，混合后即可用于制作毛细管网。

步骤(a)中首次混合搅拌使传热剂表面得到充分有机化，步骤(b)中第二次混合搅拌使传热剂微粒与聚烯烃树脂能充分分散相容。

按照本发明的技术方案，即可得到高导热毛细管网材料。

具体实施方式

下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。在以下实施例和对比例中，用导热系数表示材料的导热性，这一数值越高，说明导热性越好。

聚烯烃树脂原本导热系数见表1。

表1

聚烯烃树脂	HDPE	PE-RT	PP-R	PB
					导热系数(W/m.k)	0.4	0.4	0.24	0.2

对比例1

按以下表2中指定的各组分重量份数，将聚烯烃树脂HDPE、传热剂石墨、相容剂PE接枝马来酸酐、偶联剂钛酸脂和润滑剂白油混合；混合后的原料用单螺杆挤出机挤出毛细管，然后将毛细管通过毛细管网专用焊接机焊接成毛细管网。测试毛细管网的导热性，在表2中列出了测试结果。

对比例2

按以下表2中指定的各组分重量份数，重复对比例1的方法，但用PE-RT树脂代替HDPE树脂，在表2中列出了测试结果。

对比例3

按以下表2中指定的各组分重量份数，重复对比例1的方法，但用PP-R树脂代替HDPE树脂，PP接枝马来酸酐代替PE接枝马来酸酐，在表2中列出了测试结果。

对比例4

按以下表2中指定的各组分重量份数，重复对比例1的方法，但用PB树脂代替HDPE树脂，PB接枝马来酸酐代替PE接枝马来酸酐，在表2中列出了测试结果。

聚烯烃树脂原本导热系数同时列入表2。对比可见，对比例的导热性有一定提高，但效果并不明显。

表2

实施例1

按以下表3中指定的各组分重量份数，将粒径40纳米的氮化铝微粒和偶联剂加入到高速混合机中，转速1000转/分钟，搅拌5分钟；然后加入计量的PE-RT树脂、相容剂和润滑剂，转速1000转/分钟，再搅拌五分钟。混合后的原料用单螺杆挤出机挤出毛细管，然后将毛细管通过毛细管网专用焊接机焊接成毛细管网。测试毛细管网的导热性，在表3中列出了测试结果。

实施例2

按以下表3中指定的各组分重量份数，重复实施例1的方法，在表3中列出了测试结果。

实施例3

按以下表3中指定的各组分重量份数，重复实施例1的方法，在表3中列出了测试结果。

实施例4

按以下表3中指定的各组分重量份数，重复实施例1的方法，但用PP-R树脂代替PE-RT树脂，PP接枝马来酸酐代替PE接枝马来酸酐，硅烷代替钛酸脂，在表3中列出了测试结果。

实施例5

按以下表3中指定的各组分重量份数，重复实施例1的方法，但用PB树脂代替PE-RT树脂，PB接枝马来酸酐代替PE接枝马来酸酐，硅烷代替钛酸脂，在表3中列出了测试结果。

实施例6

按以下表3中指定的各组分重量份数，重复实施例1的方法，但用HDPE树脂代替PE-RT树脂，PE接枝甲基丙烯酸缩水代替PE接枝马来酸酐，硅烷代替钛酸脂，硬脂酸钙代替白油，在表3中列出了测试结果。

聚烯烃树脂原本导热系数同时列入表3。下表3中各实施例材料的导热性的测试数据说明，本发明制备的毛细管网的导热性能明显优于对比例中现有毛细管网。

表3

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种高导热毛细管网材料，其特征在于：包括按重量份数计算的如下组分：

聚烯烃树脂：100份

粒径小于500纳米的氮化铝微粒：0.05-2份

相容剂：0.5-10份

偶联剂：0.5-5份

润滑剂：0.5-10份。

2.根据权利要求1所述的一种高导热毛细管网材料，其特征在于：所述氮化铝微粒的重量份数为0.05-0.5份。

3.根据权利要求1所述的一种高导热毛细管网材料，其特征在于：所述的聚烯烃树脂采用HDPE、PE-RT、PP-R、PB中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种高导热毛细管网材料，其特征在于：所述相容剂采用PE接枝马来酸酐、PP接枝马来酸酐、PB接枝马来酸酐、PE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、PP接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、PB接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种高导热毛细管网材料，其特征在于：所述的偶联剂采用钛酸脂偶联剂、硅烷偶联剂的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种高导热毛细管网材料，其特征在于：所述的润滑剂采用硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钠、白油、低分子聚乙烯蜡中的一种或多种。

7.一种制备高导热毛细管网材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)按权利要求1的重量份数，先将粒径小于500纳米的氮化铝微粒和偶联剂加入到混合机中，转速1000转/分钟，搅拌5分钟；

(b)再加入聚烯烃树脂、相容剂和润滑剂，转速1000转/分钟，搅拌5分钟，混合后即可用于制作毛细管网。