本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱采暖管材，屬于高分子材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
如今，受政府對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資力度加大及供熱需求持續(xù)增長的雙重影響，集中供熱行業(yè)取得了快速發(fā)展，全國集中供熱面積平均每年以2億m2的速度遞增。我國目前正處于飛速發(fā)展的城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，按照世界銀行的預(yù)測，到2020年新增城鎮(zhèn)民用建筑面積將為100～150億m2，新建建筑中將有70億m2以上需要進(jìn)行采暖，熱化率達(dá)到40％，集中供熱面積將會達(dá)到60億m2，按照目前的能耗水平，溫度由≥16℃調(diào)高到≥18℃，當(dāng)年煤耗增量為483萬噸標(biāo)煤，相當(dāng)于1.9億m2供暖用煤，因此，提高室內(nèi)采暖管道導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)有助于減少煤炭消耗及帶來的環(huán)境污染。
隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對導(dǎo)熱材料綜合性能的要求也越來越高，傳統(tǒng)的金屬材料已經(jīng)無法滿足某些特殊場合的使用要求，高分子材料的絕緣性能好，但作為導(dǎo)熱材料，純的高分子材料一般是不能勝任的，因為高分子材料大多是熱的不良導(dǎo)體。高分子材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，PB采暖管的熱導(dǎo)率為0.22W/(m.k)，PP-R采暖管的熱導(dǎo)率為0.21W/(m.k)，要拓展這些高分子材料在導(dǎo)熱領(lǐng)域的應(yīng)用，必須對其進(jìn)行改性，以提高其導(dǎo)熱性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種高導(dǎo)熱采暖管材，解決了傳統(tǒng)高分子材料存在的導(dǎo)熱性差的問題，具有熱導(dǎo)率高、加工性能優(yōu)良、抗低溫沖擊的特性。
本發(fā)明所述的高導(dǎo)熱采暖管材，由以下重量份數(shù)的原料制成：
其中：
所述的接枝改性共混物PB-g-MAH是將0.0625～0.125份的過氧化二異丙苯(DCP)作為引發(fā)劑，3～6份的馬來酸酐(MAH)作為接枝單體，0.3～0.6份的亞磷酸三壬基苯酯(TNPP)作為添加劑，對100份的聚丁烯(PB)進(jìn)行接枝改性而得到。
所述的高導(dǎo)熱采暖管材的制備方法包括以下步驟：
(1)混料：
將PB樹脂、接枝改性共混物PB-g-MAH、納米AlN和納米CaCO3通過高速混合機進(jìn)行攪混，并通過摩擦生熱除去其中所含的水分，得到均勻分散的混合物料；
(2)擠出機擠出：
混合物料由料斗喂入擠出機，經(jīng)壓縮、熔融和均化，在外加熱和螺桿剪切作用下，由固體逐步變化為高粘彈性體，并連續(xù)經(jīng)機頭擠出；
(3)模具真空成型：
高粘彈性體通過過濾板由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動進(jìn)入管材模具，經(jīng)過分流筋后逐步在成型段融合為管狀型胚；
(4)冷卻定型：
管狀型胚進(jìn)入冷卻定徑裝置，其溫度逐漸下降，直至降到室溫為止，管胚在始終保證外部形狀的情況下固定定型；
(5)牽引切割：
已成型的管材在牽引裝置的作用下均勻地向前移動，通過旋轉(zhuǎn)飛刀式切割機來完成管材的定長切斷，并使斷面平整。
擠出機料筒的1-5區(qū)溫度為160℃，合流芯溫度為160℃。
模具溫度為：1區(qū)160℃，2-3區(qū)165℃。
本發(fā)明的高導(dǎo)熱采暖管材以PB樹脂為基體，利用改性技術(shù)提高其導(dǎo)熱系數(shù)和熱傳導(dǎo)效率，如此能夠達(dá)到降低供水溫度以減少能耗的目的。
作為基體的聚丁烯樹脂(PB)是一種高分子惰性聚合物，其結(jié)構(gòu)幾乎都是長鏈，并且具有一個雙鍵的單烯烴，其具有重量輕、柔軟性好、施工簡單、耐久性能好、無毒無害、抗凍耐熱性好的特點，常用于給水及熱水管。
本發(fā)明利用過氧化二異丙苯(DCP)作為引發(fā)劑，馬來酸酐(MAH)作為接枝單體，對PB進(jìn)行接枝改性，得到接枝共混物PB-g-MAH，然后將其作為基體，添加導(dǎo)熱系數(shù)高的納米金屬氮化物和無機非金屬填充物共混來提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)，納米AlN的熱導(dǎo)率為320W/(m.k)，添加5％～10％的量可以將復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提高到3.2～5.1W/(m.k)，如此利用改性技術(shù)提高了導(dǎo)熱系數(shù)和熱傳導(dǎo)效率，能夠達(dá)到降低供水溫度以及減少能耗的目的。
本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于對PB進(jìn)行接枝改性和導(dǎo)熱改性來提高導(dǎo)熱性能：
(1)接枝改性
用馬來酸酐接枝改性后的聚丁烯PB-g-MAH對納米AlN和納米CaCO3的處理起偶聯(lián)作用，不僅增進(jìn)了AlN與PB樹脂的界面粘結(jié)力，還由于聚丁烯分子鏈中引入了極性基團(tuán)而提高了高分子材料同無機填料的親和性，尤其改善了不相容和相容性差的聚合物間的相容性，提高了其低溫沖擊強度；
(2)導(dǎo)熱改性
納米AlN作為導(dǎo)熱填料加入到PB和PB-g-MAH的混合基體中，納米CaCO3的加入影響導(dǎo)熱填料的分散，影響導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成，讓填料間形成最大的堆砌度，可獲得較高的導(dǎo)熱性；在擠出成型過程中剪切力使填料垂直于熔體流動方向均勻分布，也會提高熱導(dǎo)率。
本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明的高導(dǎo)熱采暖管材以PB樹脂為基料，添加接枝改性的PB-g-MAH，將其與導(dǎo)熱填料納米AlN、納米CaCO3共混，具有熱導(dǎo)率高、加工性能優(yōu)良、抗低溫沖擊等特性，熱導(dǎo)率能夠提高到3.2-5.1W/(m.k)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的高導(dǎo)熱采暖管材的制備工藝流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
實施例1
高導(dǎo)熱采暖管材，由以下重量份數(shù)的原料制成：
其中，接枝改性共混物PB-g-MAH是由0.1份的DCP作為引發(fā)劑，5份的MAH作為接枝單體，0.5份的TNPP作為添加劑，對100份的PB樹脂進(jìn)行接枝改性而得到。
制備方法包括以下步驟：
(1)混料：
將PB樹脂、接枝改性共混物PB-g-MAH、納米AlN和納米CaCO3通過高速混合機進(jìn)行攪混，并通過摩擦生熱除去其中所含的水分，得到均勻分散的混合物料；
(2)擠出機擠出：
混合物料由料斗喂入擠出機，經(jīng)壓縮、熔融和均化，在外加熱和螺桿剪切作用下，由固體逐步變化為高粘彈性體，并連續(xù)經(jīng)機頭擠出；
(3)模具真空成型：
高粘彈性體通過過濾板由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動進(jìn)入管材模具，經(jīng)過分流筋后逐步在成型段融合為管狀型胚；
(4)冷卻定型：
管狀型胚進(jìn)入冷卻定徑裝置，其溫度逐漸下降，直至降到室溫為止，管胚在始終保證外部形狀的情況下固定定型；
(5)牽引切割：
已成型的管材在牽引裝置的作用下均勻地向前移動，通過旋轉(zhuǎn)飛刀式切割機來完成管材的定長切斷，并使斷面平整。
擠出機料筒的1-5區(qū)溫度為160℃，合流芯溫度為160℃。
模具溫度為：1區(qū)160℃，2-3區(qū)165℃。
對本實施例得到的高導(dǎo)熱采暖管材進(jìn)行檢測，其中，熱導(dǎo)率的測定方法按照GB/T3399《塑料導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法防護(hù)熱板法》測定，拉伸強度測定方法按照GB/T1040《熱塑性塑料管材拉伸性能測定》測定，檢測結(jié)果表明，熱導(dǎo)率為4.8W/(m.k)，拉伸強度為24.5Mpa。
對比例1
采暖管材由以下重量份數(shù)的原料制成：
其中，接枝改性共混物PB-g-MAH是由0.1份的DCP作為引發(fā)劑，5份的MAH作為接枝單體，0.5份的TNPP作為添加劑，對100份的PB樹脂進(jìn)行接枝改性而得到。
制備方法同實施例1。
對本對比例得到的高導(dǎo)熱采暖管材進(jìn)行檢測，其中，熱導(dǎo)率的測定方法按照GB/T3399《塑料導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法防護(hù)熱板法》測定，拉伸強度測定方法按照GB/T1040《熱塑性塑料管材拉伸性能測定》測定，檢測結(jié)果表明，熱導(dǎo)率為4.6W/(m.k)，拉伸強度為20.0Mpa。
對比例2
采暖管材由以下重量份數(shù)的原料制成：
PB樹脂 100份
接枝改性共混物PB-g-MAH 60份
納米AlN 7份；
其中，接枝改性共混物PB-g-MAH是由0.1份的DCP作為引發(fā)劑，5份的MAH作為接枝單體，0.5份的TNPP作為添加劑，對100份的PB樹脂進(jìn)行接枝改性而得到。
制備方法同實施例1。
對本對比例得到的高導(dǎo)熱采暖管材進(jìn)行檢測，其中，熱導(dǎo)率的測定方法按照GB/T3399《塑料導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法防護(hù)熱板法》測定，拉伸強度測定方法按照GB/T1040《熱塑性塑料管材拉伸性能測定》測定，檢測結(jié)果表明，熱導(dǎo)率為4.6W/(m.k)，拉伸強度為22.0Mpa。
對比例3
采暖管材由100份的PB樹脂制成，經(jīng)檢測，其熱導(dǎo)率為0.22W/(m.k)，拉伸強度為19.7Mpa。其中，熱導(dǎo)率的測定方法按照GB/T3399《塑料導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法防護(hù)熱板法》測定，拉伸強度測定方法按照GB/T1040《熱塑性塑料管材拉伸性能測定》測定。
由實施例1和對比例1-3可以看出，納米AlN對導(dǎo)熱性的提高非常明顯，PB-g-MAH對復(fù)合材料界面相容的提高明顯，拉伸強度有所提高。