CN117247622A - 聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
聚乙烯复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117247622A CN117247622A CN202311534414.8A CN202311534414A CN117247622A CN 117247622 A CN117247622 A CN 117247622A CN 202311534414 A CN202311534414 A CN 202311534414A CN 117247622 A CN117247622 A CN 117247622A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- polyethylene
- polyethylene composite
- graphene
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 130
- -1 Polyethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 129
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 29
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 25
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 25
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 18
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 10
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KZEVSDGEBAJOTK-UHFFFAOYSA-N 1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-2-[5-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl]ethanone Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)C(CC=1OC(=NN=1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)=O KZEVSDGEBAJOTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/08—Ingredients agglomerated by treatment with a binding agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/36—Silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2203/00—Applications
- C08L2203/18—Applications used for pipes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本申请涉及一种聚乙烯复合材料及其制备方法，该聚乙烯复合材料包含聚乙烯、石墨烯和SiO2；并且石墨烯和SiO2的质量比选自(5~30):(5~10)。使用包含本申请所涉及的聚乙烯复合材料的换热系统的换热效率可以得到显著改善，同时该复合材料还具有耐腐蚀、机械性能好以及阻隔能力强等优势。
Description
技术领域
本申请涉及聚乙烯材料技术领域，尤其涉及一种聚乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯(PE)，并且尤其是高密度聚乙烯(HDPE)，是用于管道制造的最常用的材料。用于制造HDPE管道的聚乙烯需要满足某些机械标准，如抗冲击性、韧性和耐划伤性、以及化学要求，例如耐腐蚀性。管道经常在高内压下使用并且经历外部机械力。尽管总体压力通常远低于聚合物的屈服应力，但是机械故障几乎总是在聚合物化学降解之前发生。
由于聚乙烯管道的柔韧性、可变形性和在长的长度方面的可得性，它们特别适用于非常规的管道安装。现代换衬(relining)技术的广泛使用和快速管道安装实践需要高的材料要求和性能保证，尤其是针对这些技术固有的并且促进慢速裂纹生长(slow crackgrowth，SCG)的刮擦、凹口、缺口和碰撞的影响的性能。当通过现代的非开挖或无沟槽安装方法(例如，管道爆裂、水平方向钻孔)安装管道时，将管道水平拖曳经过场地。尽管通常非常有利的是不需要干扰场地(例如道路和其他设备)的表面并且显著降低了安装成本，但是另一方面，非开挖方法带来了突出的石头、岩石等在纵向方向上刮擦管道外表面的高的倾向的缺点。此外，当在管道内部施加压力时，在这样的纵向刮擦的底部，将会存在非常高的局部切向应力。因此，不幸地，这样的刮擦是非常有害的，因为它们经常引发决不应被引发的经由壁蔓延的裂纹。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明公开提供了一种制备聚乙烯复合材料的方法以及通过其方法制备的聚乙烯复合材料，从而使包含其的地源热泵管道实现导热系数、拉伸强度、耐磨性能和耐腐蚀性的提升。
本申请提供了一种制备聚乙烯复合材料的方法，所述方法包括以下：
使用聚多巴胺对石墨烯进行改性的过程；
将聚乙烯、经改性的石墨烯和SiO2混合均匀后，经过造粒过程后，得到母料；
将所述母料经过挤出成型的过程后，再经过真空定型并冷却，得到所述聚乙烯复合材料。
在本申请内容的一个方面，所述改性的过程为将所述石墨烯水浴处理4-20小时，将得到的悬浊液倒入缓冲溶液中，加入多巴胺，然后经过搅拌、离心、洗涤和冷冻干燥后，得到聚多巴胺改性的石墨烯。
在本申请内容的一个方面，所述混合均匀的过程为将聚乙烯、石墨烯和SiO2在90℃-150℃下以800-1500转/分混合5-15分钟。
在本申请内容的一个方面，所述造粒的过程为将混合均匀的聚乙烯、石墨烯和SiO2投入到L/D=44:1的双螺杆挤出机中，预加热3~5分钟后，经熔融、挤出、抽真空、风冷、切粒及干燥，得到所述母料。
在本申请内容的一个方面，所述双螺杆挤出机温度设置为：预融区140℃~155℃，第一熔融区190℃~200℃，第一高温剪切区200℃~210℃，第二高温剪切区210℃~220℃，第二熔融温区200℃~210℃，出料口熔融温区190℃~200℃，加工过程双螺杆挤出机的转速为300~800转/分。
在本申请内容的一个方面，所述挤出成型的过程为将所述母料置于单螺杆挤出机中进行挤出成型。
在本申请内容的一个方面，在所述挤出成型的过程中，温度设定为100℃~200℃。
在本申请内容的一个方面，在所述挤出成型的过程中，螺杆转速设定为300-800转/分。
本申请提供了通过前述方法制备的聚乙烯复合材料，所述聚乙烯复合材料包含聚乙烯、石墨烯和SiO2。
在本申请内容的一个方面，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的5%~30%。
在本申请内容的一个方面，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的10%~30%。
在本申请内容的一个方面，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的15%~25%。
在本申请内容的一个方面，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的18%~22%。
在本申请内容的一个方面，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的20%。
在本申请内容的一个方面，所述SiO2的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的5%~10%。
在本申请内容的一个方面，所述SiO2的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的6%~10%。
在本申请内容的一个方面，所述SiO2的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的8%。
在本申请内容的一个方面，所述聚乙烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的40%~85%。
在本申请内容的一个方面，所述聚乙烯包括PERT 2型聚乙烯。
在本申请内容的一个方面，所述聚乙烯复合材料具有0.6~1.21W/(m·K)的导热系数。
在本申请内容的一个方面，所述聚乙烯复合材料具有大于400%的断裂伸长率。
在本申请内容的一个方面，所述聚乙烯复合材料具有22~25MPa的拉伸强度。
在本申请内容的一个方面，基于所述聚乙烯复合材料的总质量，所述石墨烯的质量百分含量选自18%~22%，所述SiO2的质量百分含量选自6%~10%。
在本申请内容的一个方面，在将聚乙烯、石墨烯和SiO2混合均匀之前，还包括预热过程。所述预热过程为将聚乙烯、石墨烯、SiO2和导热助剂在90℃~110℃下加热2~5小时。
在本申请内容的一个方面，在制备过程中，石墨烯和SiO2的质量比选自(15~25):(5~10)。
在本申请内容的一个方面，在制备过程中，石墨烯和SiO2的质量比选自(18~22):(6~10)。
在本申请内容的一个方面，在制备过程中，聚乙烯、石墨烯和SiO2的质量比选自(70~74):(18~22):(6~10)。
在本申请内容的一个方面，在挤出成型的过程中，温度设定为100℃-200℃。
在本申请内容的一个方面，在挤出成型的过程中，螺杆转速设定为300-800rpm。
在本申请内容的一个方面，所述聚乙烯占所述聚乙烯复合材料总质量的72%，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的20%，所述SiO2的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的8%。
在本申请内容中，本申请所使用的石墨烯的制备方法如下：基底金属箔片放入炉中，通入氢气和氩气保护加热至800-1200℃左右，稳定温度之后，保持25-40分钟左右；然后停止通入保护气体，改通入甲烷气体，大约25-30分钟，反应完成后；切断电源，关闭甲烷气体，再通入保护气体排净甲烷气体，在保护气体的环境下直至管子冷却到室温，取出金属箔片，得到金属箔片上的石墨烯，但制备石墨烯的方法不限于此。
在本申请内容中，本申请所使用的SiO2的制备方法如下：以柠檬酸、正硅酸乙酯和聚乙二醇为原料，氨水为pH调节剂，配制前驱物，前驱物经水浴、干燥、煅烧后制得二氧化硅粉体，所得粉体为不定型颗粒，粒径为8-25nm。
有益效果：
本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯材料具有以下有益效果：
（1） 本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯材料具有更高的导热系数，其导热系数可以达到0.6~1.21W/(m·K)，而现有技术中使用的普通地源热泵管道的导热系数约为仅0.41W/(m·K)，因此，使用本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯材料的地源热泵管道的换热系统的换热效率会得到显著改善，同时也会使换热系统得到更广泛地应用。
（2） 由于石墨烯与SiO2的添加，本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯材料具有更强的耐腐蚀性，从而使包含其的地源热泵管道可以抵抗高温、高压下的酸、碱溶液的长期腐蚀。
（3） 本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯材料具有良好的拉伸强度，并且具有可以大于400%的断裂伸长率，从而使包含其的地源热泵管道拥有更好的机械性能。
（4） 本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯地源热泵管道表面光滑，不易结垢，流体介质压降低，易于实现长期的高换热性能。
（5） 本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯地源热泵管道具有更好的阻隔能力。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在此所描述的有关实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
术语：
为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”包含本数。
除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量。
术语“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10%的变化范围，例如小于或等于±5%、小于或等于±4%、小于或等于±3%、小于或等于±2%、小于或等于±1%、小于或等于±0.5%、小于或等于±0.1%、或小于或等于±0.05%。另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B（排除C）；A及C（排除B）；B及C（排除A）；或A、B及C的全部。项目A可包含单个组分或多个组分。项目B可包含单个组分或多个组分。项目C可包含单个组分或多个组分。
下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。应理解，这些具体实施方式仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
聚乙烯复合材料：
在本申请内容中，所述聚乙烯复合材料包含聚乙烯、石墨烯和SiO2。
在本申请的一些实施方式中，基于聚乙烯复合材料的总质量，石墨烯的质量百分含量选自5%~30%。
在本申请的一些实施方式中，基于聚乙烯复合材料的总质量，石墨烯的质量百分含量选自10%~30%。
在本申请的一些实施方式中，基于聚乙烯复合材料的总质量，石墨烯的质量百分含量选自15%~25%。
在本申请的一些实施方式中，基于聚乙烯复合材料的总质量，SiO2的质量百分含量选自5%~10%。
在本申请的一些实施方式中，基于聚乙烯复合材料的总质量，聚乙烯的质量百分含量选自40%~85%。
在本申请的一些实施方式中，所述聚乙烯选自PERT 2型聚乙烯。
实施例及对比例
实施例1-5：
实施例1通过以下步骤制备：
步骤1：将石墨烯在去离子水中水浴超声14小时，将得到的悬浊液倒入5 mM的TRIS缓冲溶液中，然后加入基于石墨烯质量的50%的多巴胺，并将此悬浊液在室温下搅拌2小时，然后将其在6000rpm下离心15分钟，保留下层固体并除去溶剂；重复以上过程3次，得到改性的石墨烯；
步骤2：将聚乙烯、改性的石墨烯和SiO2在120℃下以1250转/分混合10分钟，混合均匀后，用L/D=44:1的双螺杆造粒机造粒，先预加热3~5分钟后，经熔融、挤出、抽真空、风冷、切粒及干燥，得到母料，其中，聚乙烯为PERT 2型高密度聚乙烯树脂；双螺杆挤出机温度设置为：预融区140℃~155℃，第一熔融区190℃~200℃，第一高温剪切区200℃~210℃，第二高温剪切区210℃~220℃，第二熔融温区200℃~210℃，出料口熔融温区190℃~200℃，加工过程双螺杆挤出机的转速为300~800转/分；
步骤3：将母料置于单螺杆挤出机中挤出成型，经真空定型、冷却，得到石墨烯改性的聚乙烯复合材料；在所述挤出成型的过程中，温度设定为100℃~200℃，螺杆转速设定为300-800转/分；
步骤4：将石墨烯改性的聚乙烯复合材料由管材牵引机牵引至收卷机盘卷，得到石墨烯改性聚乙烯管道材料。
实施例2-5：
实施例2-5的步骤和实施例1相同，不同之处在于聚乙烯、石墨烯和SiO2的质量比不同，具体见表1所示。
实施例6：
实施例6通过以下步骤制备：
步骤1：将聚乙烯、改性的石墨烯和SiO2在120℃下以1250转/分混合10分钟，混合均匀后，用L/D=44:1的双螺杆造粒机造粒，先预加热3~5分钟后，经熔融、挤出、抽真空、风冷、切粒及干燥，得到母料，其中，聚乙烯为PERT 2型高密度聚乙烯树脂；双螺杆挤出机温度设置为：预融区140℃~155℃，第一熔融区190℃~200℃，第一高温剪切区200℃~210℃，第二高温剪切区210℃~220℃，第二熔融温区200℃~210℃，出料口熔融温区190℃~200℃，加工过程双螺杆挤出机的转速为300~800转/分；
步骤2：将母料置于单螺杆挤出机中挤出成型，经真空定型、冷却，得到石墨烯改性的聚乙烯复合材料；在所述挤出成型的过程中，温度设定为100℃~200℃，螺杆转速设定为300-800转/分；
步骤3：将石墨烯改性的聚乙烯复合材料由管材牵引机牵引至收卷机盘卷，得到石墨烯改性聚乙烯管道材料。
实施例6中的聚乙烯、石墨烯和SiO2的质量比具体见表1所示。
实施例7-9：
实施例7-9的步骤和实施例6相同，不同之处在于聚乙烯、石墨烯和SiO2的质量比不同，具体见表1所示。
[表1]
从表1中所展示的不同的石墨烯改性的聚乙烯材料的导热系数与拉伸强度的变化中可以看到，石墨烯在复合材料中质量百分含量为20%时，材料的导热系数达到1.108W/(m·K)。当石墨烯质量百分含量超过20%时，导热系数虽有所上升，但是上升幅度较小，几近趋于平缓；并且随着石墨烯占比增加，地源热泵管道的拉伸强度随之降低。
同样的，从表1中可以看到，通过对比实施例1-4和实施例6-9，聚多巴胺对石墨烯的表面修饰可以明显地增加材料的拉伸强度。
实施例10-13：
实施例10-13通过以下步骤制备：
步骤1：将石墨烯在去离子水中水浴超声14小时，将得到的悬浊液倒入5 mM的TRIS缓冲溶液中，然后加入基于石墨烯质量的50%的多巴胺，并将此悬浊液在室温下搅拌2小时，然后将其在6000rpm下离心15分钟，保留下层固体并除去溶剂；重复以上过程3次，得到改性的石墨烯；
步骤2：将聚乙烯、改性的石墨烯和SiO2在120℃下以1250转/分混合10分钟，混合均匀后，用L/D=44:1的双螺杆造粒机造粒，先预加热3~5分钟后，经熔融、挤出、抽真空、风冷、切粒及干燥，得到母料，其中，聚乙烯为PERT 2型高密度聚乙烯树脂；双螺杆挤出机温度设置为：预融区140℃~155℃，第一熔融区190℃~200℃，第一高温剪切区200℃~210℃，第二高温剪切区210℃~220℃，第二熔融温区200℃~210℃，出料口熔融温区190℃~200℃，加工过程双螺杆挤出机的转速为300~800转/分；
步骤3：将母料置于单螺杆挤出机中挤出成型，经真空定型、冷却，得到石墨烯改性的聚乙烯复合材料；在所述挤出成型的过程中，温度设定为100℃~200℃，螺杆转速设定为300-800转/分；
步骤4：将石墨烯改性的聚乙烯复合材料由管材牵引机牵引至收卷机盘卷，得到石墨烯改性聚乙烯管道材料。
不同之处在于聚乙烯、石墨烯和SiO2的质量比不同，具体见表2所示。
[表2]
从表2中所展示的不同的石墨烯改性的聚乙烯材料的导热系数与拉伸强度的变化中可以看到，通过掺杂不同比例的SiO2，我们发现随着SiO2比例的增加，拉伸强度会提高，而导热系数会减小，在SiO2比例为8%时，聚乙烯材料的导热系数和拉伸强度均可以满足要求，且相对普通管道材料无论是在导热系数亦或是拉伸强度上都有大幅提高。
实施例13和对比例1：
将实施例13和对比例1进行对比测试，其中，对比例1为普通聚乙烯热泵管道，实施例13和对比例1均为单U双U，DN32，120m深钻孔，各两眼，其对比测试如表3所示：
[表3]
从表3中可以看到，相对于本领域现有技术中所使用的管道材料，本领域所提供的石墨烯改性的聚乙烯复合材料不仅具有更好的导热能力，也具有更好的断裂伸长率和拉伸强度。因此，使用本申请所涉及的石墨烯改性的聚乙烯地源复合材料的换热系统的换热效率和机械性能均会得到显著改善，使得该换热系统得到更广泛地应用。
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。
Claims (10)
1.一种制备聚乙烯复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
使用聚多巴胺对石墨烯进行改性的过程；
将聚乙烯、经改性的石墨烯和SiO2混合均匀后，经过造粒过程后，得到母料，其中，所述经改性的石墨烯和SiO2的质量比选自(5~30):(5~10)；
将所述母料经过挤出成型的过程后，再经过真空定型并冷却，得到所述聚乙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经改性的石墨烯和SiO2的质量比选自(15~25):(5~10)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法满足以下条件中的至少一者：
（1）所述改性的过程为将所述石墨烯水浴处理4-20小时，将得到的悬浊液倒入缓冲溶液中，加入多巴胺，然后经过搅拌、离心、洗涤和冷冻干燥后，得到聚多巴胺改性的石墨烯；
（2）所述混合均匀的过程为将聚乙烯、石墨烯和SiO2在90℃-150℃下以800-1500转/分混合5-15分钟；
（3）所述造粒的过程为将混合均匀的聚乙烯、石墨烯和SiO2投入到L/D=44:1的双螺杆挤出机中，预加热3~5分钟后，经熔融、挤出、抽真空、风冷、切粒及干燥，得到所述母料；其中所述双螺杆挤出机温度设置为：预融区140℃~155℃，第一熔融区190℃~200℃，第一高温剪切区200℃~210℃，第二高温剪切区210℃~220℃，第二熔融温区200℃~210℃，出料口熔融温区190℃~200℃，加工过程双螺杆挤出机的转速为300~800转/分；
（4）所述挤出成型的过程为将所述母料置于单螺杆挤出机中进行挤出成型；
（5）在所述挤出成型的过程中，温度设定为100℃~200℃；
（6）在所述挤出成型的过程中，螺杆转速设定为300-800转/分。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的制备聚乙烯复合材料的方法制备的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙烯复合材料包含聚乙烯、石墨烯和SiO2，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的5%~30%。
5.根据权利要求4所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的10%~30%。
6.根据权利要求5所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的15%~25%。
7.根据权利要求6所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述SiO2的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的5%~10%。
8.根据权利要求4-7任一项所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙烯复合材料满足以下条件：
（1）所述聚乙烯包括PERT 2型聚乙烯；
（2）所述聚乙烯复合材料具有0.6~1.21W/(m·K)的导热系数；
（3）所述聚乙烯复合材料具有22~25MPa的拉伸强度；
（4）所述聚乙烯复合材料具有大于400%的断裂伸长率。
9.根据权利要求4所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的18%~22%，所述SiO2的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的6%~10%。
10.根据权利要求6或7所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙烯占所述聚乙烯复合材料总质量的72%，所述石墨烯的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的20%，所述SiO2
的质量占所述聚乙烯复合材料总质量的8%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311534414.8A CN117247622A (zh) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | 聚乙烯复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311534414.8A CN117247622A (zh) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | 聚乙烯复合材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117247622A true CN117247622A (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=89127999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311534414.8A Pending CN117247622A (zh) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | 聚乙烯复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117247622A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101148524A (zh) * | 2007-11-13 | 2008-03-26 | 戴恩晞 | 耐热增强聚乙烯管材及其制备方法 |
| CN106188788A (zh) * | 2016-08-20 | 2016-12-07 | 聊城大学东昌学院 | 一种聚乙烯导热材料及其制备方法 |
| WO2018130639A1 (en) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | Total Research & Technology Feluy | Conductive articles produced from a composite material and process to produce such articles |
| EP3508623A1 (en) * | 2018-01-08 | 2019-07-10 | Jiangsu Hanvo Safety Product Co., Ltd. | Graphene composite ultra-high molecular weight polyethylene fiber and preparation method thereof |
| WO2019153842A1 (zh) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 东旭科技集团有限公司 | 石墨烯的改性方法、改性石墨烯以及含有石墨烯的组合物 |
| CN112778611A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-11 | 上海大学 | 一种高导热高强度纳米复合材料及其制备方法 |
-
2023
- 2023-11-17 CN CN202311534414.8A patent/CN117247622A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101148524A (zh) * | 2007-11-13 | 2008-03-26 | 戴恩晞 | 耐热增强聚乙烯管材及其制备方法 |
| CN106188788A (zh) * | 2016-08-20 | 2016-12-07 | 聊城大学东昌学院 | 一种聚乙烯导热材料及其制备方法 |
| WO2018130639A1 (en) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | Total Research & Technology Feluy | Conductive articles produced from a composite material and process to produce such articles |
| EP3508623A1 (en) * | 2018-01-08 | 2019-07-10 | Jiangsu Hanvo Safety Product Co., Ltd. | Graphene composite ultra-high molecular weight polyethylene fiber and preparation method thereof |
| WO2019153842A1 (zh) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 东旭科技集团有限公司 | 石墨烯的改性方法、改性石墨烯以及含有石墨烯的组合物 |
| CN112778611A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-11 | 上海大学 | 一种高导热高强度纳米复合材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨晨 等: "SiO2@GNP/LDPE 复合材料的制备及其介电、导热性能", 《上海第二工业大学学报》, vol. 38, no. 3, pages 184 - 188 * |
| 葛金龙 等: "《无机非金属材料工程专业综合实验》", 30 June 2021, 中国科学技术大学出版社, pages: 58 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109438818B (zh) | 一种耐开裂高密度聚乙烯管材专用树脂及其制备方法 | |
| CN105570560B (zh) | 石墨烯增强导热性复合聚烯烃管材 | |
| CN105153531A (zh) | 一种耐高温pe波纹管填充母料及其制备方法 | |
| CN105423003B (zh) | 可熔性聚四氟乙烯管材及其制备方法 | |
| CN105385070A (zh) | 基于纳米碳酸钙的电线电缆皮的加工工艺 | |
| CN111442140A (zh) | 一种纳米抗菌pe给水管道及其制造工艺 | |
| CN117247622A (zh) | 聚乙烯复合材料及其制备方法 | |
| CN111484575B (zh) | 原位改性pvc树脂及其在防水卷材中的应用 | |
| CN112679833A (zh) | 一种导热型热缩套管材料及其导热型热缩套管的制备方法 | |
| CN108003613A (zh) | 一种耐醇尼龙及其制备方法 | |
| CN106380658A (zh) | 一种抗压性强的pe波纹管材及其制备方法 | |
| CN106009157B (zh) | 一种高性能聚乙烯基复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114350075B (zh) | 防菌型进水管及其加工工艺 | |
| CN109456550B (zh) | 一种防冻裂给水管及其制备方法 | |
| CN111675848A (zh) | 一种hdpe管材及其制备方法 | |
| CN114250016A (zh) | 一种聚乙烯防腐粉末及其涂覆钢管的制备方法和应用 | |
| CN111320801A (zh) | 一种交联聚乙烯导热管材及其制备方法 | |
| CN115926319B (zh) | 一种耐冲击型克拉管及其加工工艺 | |
| CN114395194B (zh) | 一种pp-r/pbt合金材料及其制备方法与应用 | |
| CN107973961B (zh) | 微交联超耐应力开裂无卤阻燃聚烯烃复合材料及制备方法 | |
| CN113831620B (zh) | 高耐热耐蠕变的管材组合物及其制备方法 | |
| CN116063768B (zh) | 一种高导热高强度交联聚乙烯地暖管材 | |
| CN109467815B (zh) | 一种耐腐蚀耐老化的管道材料及其制备方法 | |
| CN109535594B (zh) | 一种超疏水管材及其制备方法 | |
| CN116144115A (zh) | 埋地式改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |