CN106674698A - 一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法：在聚乙烯原料中添加石墨烯或改性石墨烯以及添加剂，通过物理混合，挤出造粒得到基材造粒料；将所述聚乙烯基材造粒料置于辐射场中，在高能射线的作用下，固态聚乙烯中形成多种活性粒子，从而在聚乙烯内部形成交联的三维网络结构，进行交联或接枝反应，得到含有石墨烯的辐射交联聚乙烯材料，可以有效用于埋地及架空钢质管道焊口的防腐和保温管道的保温补口的防腐。

Description

一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法
技术领域
本发明涉及含石墨烯热缩防腐材料，具体是一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法。
背景技术
钢管腐蚀问题普遍存在于国民经济和国防建设的各个部门，既给国民经济带来了巨大的损失，也给人们生产和生活造成极大的困难。钢管在自然条件下或人为条件，如酸、碱、盐及其它介质下，每时每刻都在发生腐蚀，这是一种自发进行的无谓的消耗，其根本原因是因为钢质管道处于热力学不稳定状态，在上述条件下它们就要恢复到原来的相对稳定的状态，生成铁氧化物、碳酸盐等化合物或转变为可溶性离子，这一过程就是金属的腐蚀过程。腐蚀不仅是钢铁资源的浪费，还会让管道、设备使用寿命缩短，更换新管道、设备的造价费用远远超过金属材料本身的价格，因此增大了生产成本，降低了经济效益，所以腐蚀造成的直接和间接经济损失是巨大的。
埋地输油、输气钢管防腐形式通常有管道内防腐、管道外防腐、管道阴极保护、地上管道防腐。通常对埋地管道外防腐蚀涂层的要求是具有良好的抗土壤、水、霉菌的腐蚀性能，具有良好的电绝缘性；与阴极保护联合使用时防腐涂层应具有一定的耐阴极剥离强度的能力，有足够的机械强度，以确保涂层在搬运和土壤压力作用下无损伤。埋地钢管外防腐涂装技术一般以二层PE防腐涂层，三层PE防腐涂层、聚氨酯硬质泡沫塑料防腐保温复合结构为主。通常使用的埋地、架空钢管防腐材料一般是辐射交联聚乙烯材料，具有优异的耐磨损、耐腐蚀、抗冲击及良好的抗紫外线和光老化性能，但是随着现代科技的发展，对埋地、架空钢管的防腐材料性能要求越来越高，而现有的辐射交联聚乙烯材料已经不能满足行业内的需求。
石墨烯是近年来新兴的一种新材料，因其是只有一层碳原子厚度的二维平面材料而具备很多优异性能。石墨烯是目前已知的材料中机械强度最高的，且具备很好的导热率，因它是一种二维纳米平面材料，所以具备优异的柔性，制成的薄膜或者是添加在具有柔性的材料中，会使材料柔性更佳；石墨烯在防腐领域应用方面也有着广阔的前景，只有一层原子厚度的石墨烯可以通过氧化附着含氧官能团形成超强的防腐蚀性，这种超强防腐蚀性的石墨烯氧化物可能会对化工、制药和电子行业产生重大影响，同时石墨烯自润滑性好，添加在有摩擦的地方或者填充在材料颗粒的空隙中，可以提高材料的耐磨性。
目前常用来保护埋地及架空钢质管道焊口和保温管道的保温补口的热收缩带、热收缩套以及热缩缠绕带的基材一般都是辐射交联聚乙烯，传统的辐射交联聚乙烯材料防腐性能不够，且存在产品自重过重，柔性不好，强度不够高等问题。随着国民经济的发展，长输油输气钢管应用广泛，会穿越不同类型的土壤、河流、湖泊，经历不同的季节以及面对植物的根茎等对钢管的腐蚀，因此对防腐材料的要求也越来越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法：
辐射改性：在聚乙烯原料中添加石墨烯或改性石墨烯以及添加剂，通过物理混合，挤出造粒得到基材造粒料；
室温条件下，将所述聚乙烯基材造粒料置于辐射场中，在高能射线的作用下，固态聚乙烯中形成多种活性粒子，从而在聚乙烯内部形成交联的三维网络结构，进行交联或接枝反应，得到含有石墨烯的辐射交联聚乙烯材料。
作为本发明进一步的方案：所述石墨烯或改性石墨烯的添加量为0.1%-5%重量份。
作为本发明进一步的方案：所述添加剂为纳米粉体分散剂以及润湿剂。
作为本发明进一步的方案：所述高能射线主要是γ射线、X射线和电子束中的一种：
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.石墨烯优异的防腐性能提高了材料的防腐性能，同时使材料的机械强度增加，热传导速率更快，安装时能快速达到热熔胶的熔化温度；
2.添加石墨烯在聚乙烯材料中，可以在保证防腐性能的前提下减小基材厚度，这样材料的柔韧性更好，自重减轻，方便施工运输及安装；同时石墨烯填充在材料空隙中，使材料耐磨损性能有所提高从而延长材料的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，具体步骤如下所示：
辐射改性：在聚乙烯原料中添加石墨烯或改性石墨烯以及添加剂，通过物理混合，挤出造粒得到基材造粒料；
室温条件下，将所述聚乙烯基材造粒料置于辐射场中，在高能射线的作用下，固态聚乙烯中形成多种活性粒子，从而在聚乙烯内部形成交联的三维网络结构，进行交联或接枝反应，得到含有石墨烯的辐射交联聚乙烯材料。
作为本发明进一步的方案：所述石墨烯或改性石墨烯的添加量为0.1%-5%重量份，所述添加剂为纳米粉体分散剂以及润湿剂，所述高能射线主要是γ射线。
再进一步的，所述聚乙烯+0.1%石墨烯或改性石墨烯，经物理共混、挤出造粒，再辐射交联得到含有石墨烯的辐射聚乙烯交联材料，分别测试材料的各项性能。
实施例2
一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，具体步骤如下所示：
辐射改性：在聚乙烯原料中添加石墨烯或改性石墨烯以及添加剂，通过物理混合，挤出造粒得到基材造粒料；
室温条件下，将所述聚乙烯基材造粒料置于辐射场中，在高能射线的作用下，固态聚乙烯中形成多种活性粒子，从而在聚乙烯内部形成交联的三维网络结构，进行交联或接枝反应，得到含有石墨烯的辐射交联聚乙烯材料；
其中聚乙烯+0.3%石墨烯或改性石墨烯，经物理共混、挤出造粒，再辐射交联得到含有石墨烯的辐射聚乙烯交联材料，分别测试材料的各项性能。
实施例3
一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，具体步骤如下所示：
辐射改性：在聚乙烯原料中添加石墨烯或改性石墨烯以及添加剂，通过物理混合，挤出造粒得到基材造粒料；
室温条件下，将所述聚乙烯基材造粒料置于辐射场中，在高能射线的作用下，固态聚乙烯中形成多种活性粒子，从而在聚乙烯内部形成交联的三维网络结构，进行交联或接枝反应，得到含有石墨烯的辐射交联聚乙烯材料；
其中聚乙烯+0.4%石墨烯或改性石墨烯经物理共混、挤出造粒，再辐射交联得到含有石墨烯的辐射聚乙烯交联材料，分别测试材料的各项性能。
实施例4
一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，具体步骤如下所示：
辐射改性：在聚乙烯原料中添加石墨烯或改性石墨烯以及添加剂，通过物理混合，挤出造粒得到基材造粒料；
室温条件下，将所述聚乙烯基材造粒料置于辐射场中，在高能射线的作用下，固态聚乙烯中形成多种活性粒子，从而在聚乙烯内部形成交联的三维网络结构，进行交联或接枝反应，得到含有石墨烯的辐射交联聚乙烯材料
其中聚乙烯+0.5%石墨烯或改性石墨烯经物理共混、挤出造粒，再辐射交联得到含有石墨烯的辐射聚乙烯交联材料，分别测试材料的各项性能。
表1
由表1得出：
加入实施例1-实施例4所述添加了不同比例石墨烯的基材样品的测试结果可以看出：随着石墨烯含量的提高拉伸强度也在不断提高；而断裂伸长率基本没有什么变化；介电强度随着石墨烯含量的增加有较小的提高，但是变化并不大；体积电阻率随着石墨烯含量的增加有所减小，是因为石墨烯本身就是很好的导电材料。从以上结果可知，添加石墨烯对材料的机械强度有明显的提高，其他各项指标均有一定改观，但是并不是石墨烯添加越多越好，只要能达到要求即可，否则会增加生产成本，最佳添加量控制在0.2%-1%之间。
综上所述：本发明提供了一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，以解决传统的辐射交联聚乙烯材料防腐性能不够、使用寿命太短、产品自重过重、柔性不好强度不够高等问题。
所述改性石墨烯是由改性石墨发生剥离而形成的单层或多层改性石墨烯，具有典型的准二维空间结构，石墨烯和改性石墨烯本身具备的自润滑性能以及其超薄的层状结构极易进入接触面，减少表面的直接接触，使热缩材料耐磨性能提高，因石墨烯是目前已知的强度最高的材料，添加在聚乙烯中能增加其机械强度；石墨烯是只有一层原子厚度的，可以通过氧化附着含氧官能团以达到防腐的目的；同时石墨烯填充在材料空隙中，使材料耐磨损性能有所提高从而延长材料的使用寿命。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，其制备方法是：
辐射改性：在聚乙烯原料中添加石墨烯或改性石墨烯以及添加剂，通过物理混合，挤出造粒得到基材造粒料；
室温条件下，将所述聚乙烯基材造粒料置于辐射场中，在高能射线的作用下，固态聚乙烯中形成多种活性粒子，从而在聚乙烯内部形成交联的三维网络结构，进行交联或接枝反应，得到含有石墨烯的辐射交联聚乙烯材料。
2.根据权利要求1所述的一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯或改性石墨烯的添加量为0.1%-5%重量份。
3.根据权利要求1所述的一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂为纳米粉体分散剂以及润湿剂。
4.根据权利要求1所述的一种含石墨烯热缩防腐材料的制备方法，其特征在于，所述高能射线主要是γ射线、X射线和电子束中的一种。
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