CN102759293A - 多层复合导热塑料管 - Google Patents

Abstract

一种多层复合导热塑料管，其特征在于，管壁由三种不同组分的材料复合而成，三种不同组分的材料具有不同功能，其中管壁的内表面主要为耐腐蚀性好、外表面主要为抗刮擦能力强的聚乙烯塑料层，管壁的中间主要为高热导率的聚乙烯塑料层，这种多层复合导热塑料管，克服了单组分单层均质导热塑料管采用金属导热改性剂时管壁表面耐腐蚀性降低、采用无机粉体导热改性剂时管壁表面产生浮色、采用金属纤维或者无机纤维导热改性剂时管壁表面出现纤维外露的弊端，这种管材可直接用于土壤源热泵、水源热泵系统和辐射供暖供冷系统做热交换管，提高了系统的传热能力，也可经焊接加工成不同形式不同结构的热交换器，广泛用于化工、食品、医药制造过程。

Description

多层复合导热塑料管

技术领域

本发明涉及一种换热器用耐腐蚀性能、导热性能兼优的多层复合塑料管。

背景技术

大多数塑料的耐腐蚀性能优秀，在许多领域中得到广泛应用，如化工过程中所使用的许多塑料容器，塑料管道等，塑料已成为不可替代的主要材料。在工业领域，传统的金属材料，虽然力学性能耐热性能和传热性能都很好，但因其耐腐蚀性差，使用寿命短，污染被处理的介质，给应用带来很大困难；尤其是近年发展迅速的污水源热泵，海水源热泵和土壤源热泵，换热器的需求量很大，设计使用寿命要求十几年到几十年，多数金属管道都难以胜任。这些恰恰就是塑料的优势。聚乙烯塑料是目前产量最大、应用最为广泛、价格低廉的一种塑料品种，它耐酸、耐碱、常温下没有任何一种溶剂可以溶解它、抵抗刮擦能力强、低温冲击韧性极佳、脆化温度-50℃以下，超高分子量聚乙烯更是一种可以用于液氮环境下的塑料品种。聚乙烯管材已成为第一大塑料管材品种，广泛用于上下水、燃气、电线电缆护套、化工和矿山等领域，其优势超过绝大多数塑料管道，特别是上下水管道、燃气管道，其设计使用寿命为50年，欧洲也已开始制造和应用设计使用寿命100年的聚乙烯管道。

目前市场上用做换热器的塑料管有普通聚乙烯管和少量导热聚乙烯管。普通高密度聚乙烯管的导热系数仅0.4w/m.k左右，传热效率低下。计算得知，若塑料管的导热系数λ≥1.00w/m.k时，在竖直地埋管地源热泵系统中，导热聚乙烯管比普通聚乙烯管单位管长的换热能力在冬夏季制热制冷工况下提高幅度均大于15％。因此，在换热工程中，采用导热塑料管比采用普通塑料管具有更明显的经济效益和社会效益。

导热聚乙烯管材冲击韧性、耐腐蚀性、抗蠕变能力、使用寿命、可焊性等都更适合做换热工程中所用的换热器及管道等。导热聚乙烯管材的制造方法，目前主要是采用对管道级聚乙烯树脂采取共混填充方法进行改性，添加大量高热导率的金属或无机材料，可以是添加单纯的粉体、纤维或者它们的晶须，也可以是粉体、纤维和晶须同时加入。

高热导率的金属或无机材料包括：铜、铝、石墨、氮化铝、氧化铍、氧化镁、碳化硅等的粉体、纤维或者它们的晶须等。添加量一般需要达到20(wt)％～40(wt)％，或者更多。这些导热聚乙烯管管壁为单层均质材料组成，管材的导热系数提高了，但存在下述缺陷：大量填充的高热导率的金属或无机材料使制成的管材表面产生浮色、导热塑料管表面的耐腐蚀性能降低了、一些金属纤维或者无机纤维产生外露，影响产品外观等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性、导热性兼优的多层复合导热塑料管，其内外表面不会产生浮色，纤维状填充剂也不会外露。采用这种导热塑料管，可以制成各种形式和结构，用途不同的热交换器，如列管式换热器、蛇管式换热器，污水源热泵、海水源热泵用的螺旋管式换热器，土壤源热泵系统中所用U型管式换热器，可广泛用于如大坝修筑的混凝土冷却管，冰蓄冷空调导热管，辐射供冷供热盘管，化工过程、食品药品生产过程中所用换热器等。

本发明的技术方案是：采用多组分多层共挤出技术，使制成的导热塑料管的管壁为多层结构，每一层都有特定的功能。如管材内表面层需与所输送的介质接触，要求这一层的耐腐蚀性要好；管材的外表面层在搬运、安装过程中可能会受到刮擦，要求其抗刮擦能力要强；内外表面层还都要求其不会产生浮色，没有纤维外露缺陷；管壁的中间层采用高热导率材料，以保证整体管材具有高的热导率；并且三层之间相容剂要好，与同批管材之间热熔焊接性要好等。

在本发明中，所述基材树脂必须是管道级的树脂。所述导热改性剂可以是导热系数高的任何材料的微粉体、纤维或它们的晶须等，如铜、铝、石墨、氮化铝、氧化铍、碳化硅、碳纤维等。但导热改性剂的表面必须进行活化处理，配方中应含有分散剂、增强剂、增韧剂、增容剂等。熔融共混工艺及所用设备包括开炼机或密炼机或连续密炼机或双螺杆挤出机组。物料经熔融共混造粒后，可由挤管机组挤出成型导热塑料管，也可以通过熔融共混制成具有导热性的浓缩母粒，再用基材树脂掺混稀释后挤出成型导热塑料管。当采用连续密炼机或双螺杆挤出机进行熔融共混时，亦可采用本发明者发明的导热塑料管的制造方法(申请号：200910181023.6)，直接进行管材成型、工艺流程短，制造过程中能耗也最低，对降低生产成本极为有利。

具体实施方式

实施例

(1)配方

(2)采用偶联剂对导热助剂表面进行活化处理；

(3)上述各组份掺混后在连续密炼机造粒机组上熔融共混塑化拉条切粒，制得HDPE导热塑料管原料；

(4)在三组分三层共挤管材挤出机组上，以HDPE导热塑料管原料为管壁的中间层、内外壁层可以采用管道级HDPE树脂，也可以在管道级HDPE树脂中添加适量改进剂，经挤管机组挤出成型得多层复合导热塑料管。

(5)将基材为HDPE的多层复合导塑料管管段热熔焊接连接，并按GB/T13663-2000《给水用聚乙烯管材》标准进行常规性能测试，各项性能通过。

(6)测定多层复合导热塑料管导热系数：直接由被测试管材的管壁上取样，并压平、磨平，样品规格为20x20x3～4mm，测试仪器采用Hot Disk热常数分析仪-2500s，测试方法为ISO22007-2：2008，导热系数大于1.00w/m.k。

Claims (4)

1.一种多层复合导热塑料管，其特征在于，管壁由三种不同组分的材料复合而成，三种不同组分的材料具有不同功能。

2.根据权利要求1所述的多层复合导热塑料管，所述三种不同组分的材料，其特征在于，管壁内表面层主要为耐腐蚀性好的聚乙烯塑料，或添加有适量其它助剂。

3.根据权利要求1所述的多层复合导热塑料管，所述三种不同组分的材料，其特征在于，管壁外表面层主要为抗刮擦能力强的聚乙烯塑料，或添加有适量其它助剂。

4.根据权利要求1所述的多层复合导热塑料管，所述三种不同组分的材料，其特征在于，管壁中间层主要为填充了高热导率材料的管道级聚乙烯树脂。