CN106589553A - 一种地源热泵管材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种地源热泵管材，该管材由包括如下重量份的原料制成：树脂100份，膨胀石墨3‑6份，碳化硅晶须0.1‑1.2份，碳化硅粒子10‑30份，偶联剂0.2‑1.2份，抗氧剂1‑3份，色母料3‑5份；所述的树脂为HDPE或PB中的一种。本发明所述的地源热泵管材由于膨胀石墨的加入控制了石墨网状结构时，导热率会提高很多。其加入可增加基体树脂产品强度、耐磨性，延长使用寿命。

Description

一种地源热泵管材
技术领域
本发明属于高分子技术领域，尤其是涉及一种地源热泵管材。
背景技术
地源热泵管道系统可应用于包括办公楼、别墅、学校、宾馆、高档写字楼、政府机关、医院、学校、宾馆、医院、厂房、住宅、商场、机场、高速公路服务区等工程中的中央空调系统、地板采暖、热水供应等领域，其中应用于中央空调系统最为常见。
普通中央空调夏季主要通过冷却塔、冷却水池及大量的电耗达到制冷的效果，冬季也需要锅炉、电能等到达供暖的效果，能源消耗巨大，效率低下；地源热泵中央空调系统，是利用地下一定深度下的土壤、岩石、水等介质在不同季节均维持稳定温度的特点，在地下安置专门的热交换装置，并与地上热泵机组相连，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统。通过深埋地下的管道，采用循环水等介质，利用地下数十米到200米以内土壤或岩石的温度，在一年四季中基本恒定(一般在15-17℃间)，冬季明显高于地面气温，夏季显著低于地面气温，且夏天收集的热能部分可储存在地下土壤中，用于冬季供暖。地源热泵空调系统60-70％的能量来自土壤，30-40％来自电能，具有显著节能效果。然而，因高密度聚乙烯(HDPE)、聚丁烯树脂(PB)其本身材料导热性差，整个系统导热效率相对较差，不能很好的满足建筑物供冷供热需求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种地源热泵管材，提高HDPE、聚丁烯树脂(PB)的热传导能力，不但提高了地源热泵运行效率，而且提高了HDPE系统的耐压性、机械性能、耐磨性、柔韧性、导热性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种地源热泵管材，该管材由包括如下重量份的原料制成：
所述的树脂为HDPE或PB。
优选的，所述的管材由包括如下重量份的原料制成：
进一步，所述的HDPE的分子量为200000-500000；所述的PB的相对分子质量为230000-750000。
进一步，所述的膨胀石墨的粒径为80-200目。
进一步，所述的碳化硅晶须的粒度为0.05-2.5μm；所述的碳化硅晶须的长径比大于等于20。
进一步，所述的碳化硅粒子的粒径为20-50nm。
进一步，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的至少一种。
所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570中的至少一种。
进一步，所述的抗氧剂为酚类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
所述的酚类抗氧剂为2,6-二叔丁基酚。如BHT、1010、1076、3114、GA80。
所述的受阻酚抗氧剂为Cyanoxl 1790或Irganox245中的至少一种。
所述的硫酯类抗氧剂为DSTDP、DLTDP或SE-10中的至少一种。
所述的亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168。
进一步，所述的色母料的熔指为3.2-5.6g/10min。
所述的色母料为北化高科黑色母。
所述的地源热泵管材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述的树脂、膨胀石墨、碳化硅晶须、碳化硅粒子、偶联剂、抗氧剂、色母料加入塑料高速混合机，高速搅拌均匀混合后得到预混料；
(2)将所述的预混料经喂料器送入造粒机混炼机，进行熔融、混合，将得到的物料经齿轮泵增压后通过换网器滤去其中的杂质，然后经过机头挤出；
(3)挤出得到的条状物料经水下切粒机切成粒料，粒料经脱水干燥，振动筛分选后，制得合格的可供挤出的造粒料；
(4)将造粒料经PE或PB单螺杆生产设备挤出成型即得地源热泵管材产品。
所述的树脂为HDPE时，步骤(2)中造粒机的料筒温度为175-185℃，机头的温度为205-215℃，转速为530-570r/min；步骤(4)中单螺杆生产设备的料筒温度为170-180℃，模具温度为190-200℃，转速为80-120r/min。
所述的树脂为PB时，步骤(2)中造粒机的料筒温度为155-165℃，机头的温度为165-175℃，螺杆转速为380-420r/min；步骤(4)中单螺杆生产设备的料筒温度为150-170℃，模具温度为170-175℃，转速为60-80r/min。
相对于现有技术，本发明所述的地源热泵管材具有以下优势：
(1)本发明所述的地源热泵管材由于膨胀石墨的加入控制了石墨网状结构时，导热率会提高很多。其加入同时可增加基体树脂产品强度、耐磨性，延长使用寿命。
(2)本发明所述的地源热泵管材用适当比率的碳化硅晶须和碳化硅粒子混合，比单独用晶须和粒子能赋予基材较高热导率和较低的热膨胀系数。
(3)本发明所述的地源热泵管材通过用硅烷偶联剂对碳化硅粒子进行表面处理，改进了HDPE、PB树脂基体和粒子的接触界面，碳化硅粒子增强的HDPE、PB树脂复合材料的热导率提高达97％。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种地源热泵管材，该管材由包括如下重量份的原料制成：HDPE 100份，膨胀石墨3份，碳化硅晶须0.1份，碳化硅粒子10份，硅烷偶联剂KH550 0.2份，抗氧剂1010 1份，色母料3份；
所述的HDPE的分子量为200000。所述的膨胀石墨的粒径为100目。所述的碳化硅晶须的粒度为0.1μm；所述的碳化硅晶须的长径比大于等于20。所述的碳化硅粒子的粒径为30nm。
所述的色母料的熔指为4.6g/10min。
所述的地源热泵管材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述的HDPE、膨胀石墨、碳化硅晶须、碳化硅粒子、偶联剂、抗氧剂、色母料加入塑料高速混合机，高速搅拌均匀混合后得到预混料；
(2)将所述的预混料经喂料器送入造粒机混炼机，料筒温度为175℃，进行熔融、混合，将得到的物料经齿轮泵增压后通过换网器滤去其中的杂质，然后经过机头挤出，机头的温度为215℃；
(3)挤出得到的条状物料经水下切粒机切成粒料，粒料经脱水干燥，振动筛分选后，制得合格的可供挤出的造粒料；
(4)将造粒料经PE单螺杆生产设备挤出成型即得地源热泵管材产品，设备的料筒温度175℃，机头温度190℃，螺杆转速为90r/min。
实施例2
一种地源热泵管材，该管材由包括如下重量份的原料制成：HDPE 100份，膨胀石墨5份，碳化硅晶须0.6份，碳化硅粒子20份，硅烷偶联剂KH570 0.5份，抗氧剂1010 2份，色母料5份；
所述的HDPE的分子量为200000。所述的膨胀石墨的粒径为80目。所述的碳化硅晶须的粒度为0.1μm；所述的碳化硅晶须的长径比大于等于20。所述的碳化硅粒子的粒径为30nm。
所述的色母料的熔指为4.2g/10min。
所述的地源热泵管材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述的HDPE、膨胀石墨、碳化硅晶须、碳化硅粒子、偶联剂、抗氧剂、色母料加入塑料高速混合机，高速搅拌均匀混合后得到预混料；
(2)将所述的预混料经喂料器送入造粒机混炼机，料筒温度为175℃，进行熔融、混合，将得到的物料经齿轮泵增压后通过换网器滤去其中的杂质，然后经过机头挤出，机头的温度为210℃；
(3)挤出得到的条状物料经水下切粒机切成粒料，粒料经脱水干燥，振动筛分选后，制得合格的可供挤出的造粒料；
(4)将造粒料经PE单螺杆生产设备挤出成型即得地源热泵管材产品，设备的料筒温度175℃，机头温度195℃，螺杆转速为95r/min。
实施例3
一种地源热泵管材，该管材由包括如下重量份的原料制成：HDPE 100份，膨胀石墨6份，碳化硅晶须1.2份，碳化硅粒子30份，硅烷偶联剂KH570 1.2份，抗氧剂1010 3份，色母料5份；
所述的HDPE的分子量为200000。所述的膨胀石墨的粒径为200目。所述的碳化硅晶须的粒度为0.1μm；所述的碳化硅晶须的长径比大于等于20。所述的碳化硅粒子的粒径为40nm。
所述的色母料的熔指为4.6g/10min。
所述的地源热泵管材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述的HDPE、膨胀石墨、碳化硅晶须、碳化硅粒子、偶联剂、抗氧剂、色母料加入塑料高速混合机，高速搅拌均匀混合后得到预混料；
(2)将所述的预混料经喂料器送入造粒机混炼机，料筒温度为180℃，进行熔融、混合，将得到的物料经齿轮泵增压后通过换网器滤去其中的杂质，然后经过机头挤出，机头的温度为210℃；
(3)挤出得到的条状物料经水下切粒机切成粒料，粒料经脱水干燥，振动筛分选后，制得合格的可供挤出的造粒料；
(4)将造粒料经PE单螺杆生产设备挤出成型即得地源热泵管材产品，设备的料筒温度180℃，机头温度200℃，螺杆转速为95r/min。
对比例1
一种地源热泵管材，该管材由包括如下重量份的原料制成：HDPE 100份，色母料4份；
所述的HDPE的分子量为200000。所述的色母料的熔指为4.6g/10min。
所述的地源热泵管材的制备方法，包括如下步骤：将所述的HDPE、色母料加入拌料机，经过均匀混合后，由双螺杆造粒机造粒为可供挤出用的造粒料，然后将造粒料经PE单螺杆生产设备挤出成型。
对实施例1-3与对比例1制备得到的管材进行检测，结果如表1所示。
表1
经过改性后，大幅度提高了地源热泵系统导热效率，比传统空调系统运行效率要高约50-60％；全年的运行费用要比热网集中供热或燃油燃气供热系统降低40-50％。系统无需锅炉房，从源头上解决了锅炉造成的大气污染，同时地下水源热泵系统避免了对地下水的浪费和污染，是一种清洁的可再生能源，具有极大的环境效益。经改性后，同时各项性能极大地提高了，延长了系统使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地源热泵管材，其特征在于：该管材由包括如下重量份的原料制成：
所述的树脂为HDPE或PB。
2.根据权利要求1所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的管材由包括如下重量份的原料制成：
3.根据权利要求1或2所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的HDPE的分子量为200000-500000；所述的PB的相对分子质量为230000-750000。
4.根据权利要求1或2所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的膨胀石墨的粒径为80-200目。
5.根据权利要求1或2所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的碳化硅晶须的粒度为0.05-2.5μm；所述的碳化硅晶须的长径比大于等于20。
6.根据权利要求1或2所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的碳化硅粒子的粒径为20-50nm。
7.根据权利要求1或2所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的抗氧剂为酚类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的地源热泵管材，其特征在于：所述的色母料的熔指为3.2-5.6g/10min。
10.权利要求1-9中任一项所述的地源热泵管材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将所述的树脂、膨胀石墨、碳化硅晶须、碳化硅粒子、偶联剂、抗氧剂、色母料加入塑料高速混合机，高速搅拌均匀混合后得到预混料；
(2)将所述的预混料经喂料器送入造粒机混炼机，进行熔融、混合，将得到的物料经齿轮泵增压后通过换网器滤去其中的杂质，然后经过机头挤出；
(3)挤出得到的条状物料经水下切粒机切成粒料，粒料经脱水干燥，振动筛分选后，制得合格的可供挤出的造粒料；
(4)将造粒料经PE或PB单螺杆生产设备挤出成型即得地源热泵管材产品。
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