CN106832620A - 高导热采暖管材 - Google Patents

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陈锋
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Abstract

本发明涉及一种高导热采暖管材，属于高分子材料加工技术领域。所述的高导热采暖管材，由以下重量份数的原料制成：PB树脂100份，接枝改性共混物PB‑g‑MAH 50～70份，纳米AlN 5～10份，纳米CaCO3 1～5份。本发明解决了传统高分子材料存在的导热性差的问题，通过以PB树脂为基料，添加接枝改性的PB‑g‑MAH，将其与导热填料纳米AlN、纳米CaCO3共混，具有热导率高、加工性能优良、抗低温冲击等特性，热导率能够提高到3.2‑5.1W/(m.k)。

Description

高导热采暖管材
技术领域
本发明涉及一种高导热采暖管材，属于高分子材料加工技术领域。
背景技术
如今，受政府对基础设施建设投资力度加大及供热需求持续增长的双重影响，集中供热行业取得了快速发展，全国集中供热面积平均每年以2亿m2的速度递增。我国目前正处于飞速发展的城镇化进程中，按照世界银行的预测，到2020年新增城镇民用建筑面积将为100～150亿m2，新建建筑中将有70亿m2以上需要进行采暖，热化率达到40％，集中供热面积将会达到60亿m2，按照目前的能耗水平，温度由≥16℃调高到≥18℃，当年煤耗增量为483万吨标煤，相当于1.9亿m2供暖用煤，因此，提高室内采暖管道导热材料的导热系数有助于减少煤炭消耗及带来的环境污染。
随着工业生产和科学技术的不断发展，人们对导热材料综合性能的要求也越来越高，传统的金属材料已经无法满足某些特殊场合的使用要求，高分子材料的绝缘性能好，但作为导热材料，纯的高分子材料一般是不能胜任的，因为高分子材料大多是热的不良导体。高分子材料的导热系数小，PB采暖管的热导率为0.22W/(m.k)，PP-R采暖管的热导率为0.21W/(m.k)，要拓展这些高分子材料在导热领域的应用，必须对其进行改性，以提高其导热性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导热采暖管材，解决了传统高分子材料存在的导热性差的问题，具有热导率高、加工性能优良、抗低温冲击的特性。
本发明所述的高导热采暖管材，由以下重量份数的原料制成：
其中：
所述的接枝改性共混物PB-g-MAH是将0.0625～0.125份的过氧化二异丙苯(DCP)作为引发剂，3～6份的马来酸酐(MAH)作为接枝单体，0.3～0.6份的亚磷酸三壬基苯酯(TNPP)作为添加剂，对100份的聚丁烯(PB)进行接枝改性而得到。
所述的高导热采暖管材的制备方法包括以下步骤：
(1)混料：
将PB树脂、接枝改性共混物PB-g-MAH、纳米AlN和纳米CaCO3通过高速混合机进行搅混，并通过摩擦生热除去其中所含的水分，得到均匀分散的混合物料；
(2)挤出机挤出：
混合物料由料斗喂入挤出机，经压缩、熔融和均化，在外加热和螺杆剪切作用下，由固体逐步变化为高粘弹性体，并连续经机头挤出；
(3)模具真空成型：
高粘弹性体通过过滤板由旋转运动变为直线运动进入管材模具，经过分流筋后逐步在成型段融合为管状型胚；
(4)冷却定型：
管状型胚进入冷却定径装置，其温度逐渐下降，直至降到室温为止，管胚在始终保证外部形状的情况下固定定型；
(5)牵引切割：
已成型的管材在牵引装置的作用下均匀地向前移动，通过旋转飞刀式切割机来完成管材的定长切断，并使断面平整。
挤出机料筒的1-5区温度为160℃，合流芯温度为160℃。
模具温度为：1区160℃，2-3区165℃。
本发明的高导热采暖管材以PB树脂为基体，利用改性技术提高其导热系数和热传导效率，如此能够达到降低供水温度以减少能耗的目的。
作为基体的聚丁烯树脂(PB)是一种高分子惰性聚合物，其结构几乎都是长链，并且具有一个双键的单烯烃，其具有重量轻、柔软性好、施工简单、耐久性能好、无毒无害、抗冻耐热性好的特点，常用于给水及热水管。
本发明利用过氧化二异丙苯(DCP)作为引发剂，马来酸酐(MAH)作为接枝单体，对PB进行接枝改性，得到接枝共混物PB-g-MAH，然后将其作为基体，添加导热系数高的纳米金属氮化物和无机非金属填充物共混来提高复合材料的导热系数，纳米AlN的热导率为320W/(m.k)，添加5％～10％的量可以将复合材料的热导率提高到3.2～5.1W/(m.k)，如此利用改性技术提高了导热系数和热传导效率，能够达到降低供水温度以及减少能耗的目的。
本发明的关键技术在于对PB进行接枝改性和导热改性来提高导热性能：
(1)接枝改性
用马来酸酐接枝改性后的聚丁烯PB-g-MAH对纳米AlN和纳米CaCO3的处理起偶联作用，不仅增进了AlN与PB树脂的界面粘结力，还由于聚丁烯分子链中引入了极性基团而提高了高分子材料同无机填料的亲和性，尤其改善了不相容和相容性差的聚合物间的相容性，提高了其低温冲击强度；
(2)导热改性
纳米AlN作为导热填料加入到PB和PB-g-MAH的混合基体中，纳米CaCO3的加入影响导热填料的分散，影响导热网络的形成，让填料间形成最大的堆砌度，可获得较高的导热性；在挤出成型过程中剪切力使填料垂直于熔体流动方向均匀分布，也会提高热导率。
本发明的有益效果如下：
本发明的高导热采暖管材以PB树脂为基料，添加接枝改性的PB-g-MAH，将其与导热填料纳米AlN、纳米CaCO3共混，具有热导率高、加工性能优良、抗低温冲击等特性，热导率能够提高到3.2-5.1W/(m.k)。
附图说明
图1是本发明的高导热采暖管材的制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
高导热采暖管材，由以下重量份数的原料制成：
其中，接枝改性共混物PB-g-MAH是由0.1份的DCP作为引发剂，5份的MAH作为接枝单体，0.5份的TNPP作为添加剂，对100份的PB树脂进行接枝改性而得到。
制备方法包括以下步骤：
(1)混料：
将PB树脂、接枝改性共混物PB-g-MAH、纳米AlN和纳米CaCO3通过高速混合机进行搅混，并通过摩擦生热除去其中所含的水分，得到均匀分散的混合物料；
(2)挤出机挤出：
混合物料由料斗喂入挤出机，经压缩、熔融和均化，在外加热和螺杆剪切作用下，由固体逐步变化为高粘弹性体，并连续经机头挤出；
(3)模具真空成型：
高粘弹性体通过过滤板由旋转运动变为直线运动进入管材模具，经过分流筋后逐步在成型段融合为管状型胚；
(4)冷却定型：
管状型胚进入冷却定径装置，其温度逐渐下降，直至降到室温为止，管胚在始终保证外部形状的情况下固定定型；
(5)牵引切割：
已成型的管材在牵引装置的作用下均匀地向前移动，通过旋转飞刀式切割机来完成管材的定长切断，并使断面平整。
挤出机料筒的1-5区温度为160℃，合流芯温度为160℃。
模具温度为：1区160℃，2-3区165℃。
对本实施例得到的高导热采暖管材进行检测，其中，热导率的测定方法按照GB/T3399《塑料导热系数试验方法防护热板法》测定，拉伸强度测定方法按照GB/T1040《热塑性塑料管材拉伸性能测定》测定，检测结果表明，热导率为4.8W/(m.k)，拉伸强度为24.5Mpa。
对比例1
采暖管材由以下重量份数的原料制成：
其中，接枝改性共混物PB-g-MAH是由0.1份的DCP作为引发剂，5份的MAH作为接枝单体，0.5份的TNPP作为添加剂，对100份的PB树脂进行接枝改性而得到。
制备方法同实施例1。
对本对比例得到的高导热采暖管材进行检测，其中，热导率的测定方法按照GB/T3399《塑料导热系数试验方法防护热板法》测定，拉伸强度测定方法按照GB/T1040《热塑性塑料管材拉伸性能测定》测定，检测结果表明，热导率为4.6W/(m.k)，拉伸强度为20.0Mpa。
对比例2
采暖管材由以下重量份数的原料制成：
PB树脂 100份
接枝改性共混物PB-g-MAH 60份
纳米AlN 7份；
其中，接枝改性共混物PB-g-MAH是由0.1份的DCP作为引发剂，5份的MAH作为接枝单体，0.5份的TNPP作为添加剂，对100份的PB树脂进行接枝改性而得到。
制备方法同实施例1。
对本对比例得到的高导热采暖管材进行检测，其中，热导率的测定方法按照GB/T3399《塑料导热系数试验方法防护热板法》测定，拉伸强度测定方法按照GB/T1040《热塑性塑料管材拉伸性能测定》测定，检测结果表明，热导率为4.6W/(m.k)，拉伸强度为22.0Mpa。
对比例3
采暖管材由100份的PB树脂制成，经检测，其热导率为0.22W/(m.k)，拉伸强度为19.7Mpa。其中，热导率的测定方法按照GB/T3399《塑料导热系数试验方法防护热板法》测定，拉伸强度测定方法按照GB/T1040《热塑性塑料管材拉伸性能测定》测定。
由实施例1和对比例1-3可以看出，纳米AlN对导热性的提高非常明显，PB-g-MAH对复合材料界面相容的提高明显，拉伸强度有所提高。

Claims (5)

1.一种高导热采暖管材，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：
其中，所述接枝改性共混物PB-g-MAH是将0.0625～0.125份的过氧化二异丙苯作为引发剂，3～6份的MAH作为接枝单体，0.3～0.6份的TNPP作为添加剂，对100份的PB进行接枝改性而得到。
2.根据权利要求1所述的高导热采暖管材，其特征在于：导电填料为纳米AlN。
3.根据权利要求1所述的高导热采暖管材，其特征在于：该管材的制备方法包括以下步骤：
(1)混料：
将PB树脂、接枝改性共混物PB-g-MAH、纳米AlN和纳米CaCO3通过高速混合机进行搅混，并通过摩擦生热除去其中所含的水分，得到均匀分散的混合物料；
(2)挤出机挤出：
混合物料由料斗喂入挤出机，经压缩、熔融和均化，在外加热和螺杆剪切作用下，由固体逐步变化为高粘弹性体，并连续经机头挤出；
(3)模具真空成型：
高粘弹性体通过过滤板由旋转运动变为直线运动进入管材模具，经过分流筋后逐步在成型段融合为管状型胚；
(4)冷却定型：
管状型胚进入冷却定径装置，其温度逐渐下降，直至降到室温为止，管胚在始终保证外部形状的情况下固定定型；
(5)牵引切割：
已成型的管材在牵引装置的作用下均匀地向前移动，通过旋转飞刀式切割机来完成管材的定长切断，并使断面平整。
4.根据权利要求3所述的高导热采暖管材，其特征在于：挤出机料筒的1-5区温度为160℃，合流芯温度为160℃。
5.根据权利要求3所述的高导热采暖管材，其特征在于：模具温度为1区160℃，2-3区165℃。
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