專利名稱：多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器用耐腐蝕性能、導(dǎo)熱性能兼優(yōu)的多層復(fù)合塑料管。
背景技術(shù)：
大多數(shù)塑料的耐腐蝕性能優(yōu)秀，在許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，如化工過程中所使用的許多塑料容器，塑料管道等，塑料已成為不可替代的主要材料。在工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的金屬材料，雖然力學(xué)性能耐熱性能和傳熱性能都很好，但因其耐腐蝕性差，使用壽命短，污染被處理的介質(zhì)，給應(yīng)用帶來很大困難；尤其是近年發(fā)展迅速的污水源熱泵，海水源熱泵和土壤源熱泵，換熱器的需求量很大，設(shè)計(jì)使用壽命要求十幾年到幾十年，多數(shù)金屬管道都難以勝任。這些恰恰就是塑料的優(yōu)勢(shì)。聚乙烯塑料是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最為廣泛、價(jià)格低廉的一種塑料品種，它耐酸、耐堿、常溫下沒有任何一種溶劑可以溶解它、抵抗刮擦能力強(qiáng)、低溫 沖擊韌性極佳、脆化溫度_50°C以下，超高分子量聚乙烯更是一種可以用于液氮環(huán)境下的塑料品種。聚乙烯管材已成為第一大塑料管材品種，廣泛用于上下水、燃?xì)?、電線電纜護(hù)套、化工和礦山等領(lǐng)域，其優(yōu)勢(shì)超過絕大多數(shù)塑料管道，特別是上下水管道、燃?xì)夤艿?，其設(shè)計(jì)使用壽命為50年，歐洲也已開始制造和應(yīng)用設(shè)計(jì)使用壽命100年的聚乙烯管道。目前市場(chǎng)上用做換熱器的塑料管有普通聚乙烯管和少量導(dǎo)熱聚乙烯管。普通高密度聚乙烯管的導(dǎo)熱系數(shù)僅O. 4w/m.k左右，傳熱效率低下。計(jì)算得知，若塑料管的導(dǎo)熱系數(shù)λ彡I. 00w/m.k時(shí)，在豎直地埋管地源熱泵系統(tǒng)中，導(dǎo)熱聚乙烯管比普通聚乙烯管單位管長的換熱能力在冬夏季制熱制冷工況下提高幅度均大于15 %。因此，在換熱工程中，采用導(dǎo)熱塑料管比采用普通塑料管具有更明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。導(dǎo)熱聚乙烯管材沖擊韌性、耐腐蝕性、抗蠕變能力、使用壽命、可焊性等都更適合 做換熱工程中所用的換熱器及管道等。導(dǎo)熱聚乙烯管材的制造方法，目前主要是采用對(duì)管道級(jí)聚乙烯樹脂采取共混填充方法進(jìn)行改性，添加大量高熱導(dǎo)率的金屬或無機(jī)材料，可以是添加單純的粉體、纖維或者它們的晶須，也可以是粉體、纖維和晶須同時(shí)加入。高熱導(dǎo)率的金屬或無機(jī)材料包括銅、鋁、石墨、氮化鋁、氧化鈹、氧化鎂、碳化硅等的粉體、纖維或者它們的晶須等。添加量一般需要達(dá)到20 (wt) % 40 (wt) %，或者更多。這些導(dǎo)熱聚乙烯管管壁為單層均質(zhì)材料組成，管材的導(dǎo)熱系數(shù)提高了，但存在下述缺陷大量填充的高熱導(dǎo)率的金屬或無機(jī)材料使制成的管材表面產(chǎn)生浮色、導(dǎo)熱塑料管表面的耐腐蝕性能降低了、一些金屬纖維或者無機(jī)纖維產(chǎn)生外露，影響產(chǎn)品外觀等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐腐蝕性、導(dǎo)熱性兼優(yōu)的多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管，其內(nèi)外表面不會(huì)產(chǎn)生浮色，纖維狀填充劑也不會(huì)外露。采用這種導(dǎo)熱塑料管，可以制成各種形式和結(jié)構(gòu)，用途不同的熱交換器，如列管式換熱器、蛇管式換熱器，污水源熱泵、海水源熱泵用的螺旋管式換熱器，土壤源熱泵系統(tǒng)中所用U型管式換熱器，可廣泛用于如大壩修筑的混凝土冷卻管，冰蓄冷空調(diào)導(dǎo)熱管，輻射供冷供熱盤管，化工過程、食品藥品生產(chǎn)過程中所用換熱器等。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用多組分多層共擠出技術(shù)，使制成的導(dǎo)熱塑料管的管壁為多層結(jié)構(gòu)，每ー層都有特定的功能。如管材內(nèi)表面層需與所輸送的介質(zhì)接觸，要求這ー層的耐腐蝕性要好；管材的外表面層在搬運(yùn)、安裝過程中可能會(huì)受到刮擦，要求其抗刮擦能力要強(qiáng)；內(nèi)外表面層還都要求其不會(huì)產(chǎn)生浮色，沒有纖維外露缺陷；管壁的中間層采用高熱導(dǎo)率材料，以保證整體管材具有高的熱導(dǎo)率；并且三層之間相容劑要好，與同批管材之間熱熔焊接性要好等。在本發(fā)明中，所述基材樹脂必須是管道級(jí)的樹脂。所述導(dǎo)熱改性劑可以是導(dǎo)熱系數(shù)高的任何材料的微粉體、纖維或它們的晶須等，如銅、鋁、石墨、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、碳纖維等。但導(dǎo)熱改性劑的表面必須進(jìn)行活化處理，配方中應(yīng)含有分散劑、增強(qiáng)劑、增韌劑、增容劑等。熔融共混エ藝及所用設(shè)備包括開煉機(jī)或密煉機(jī)或連續(xù)密煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)組。物料經(jīng)熔融共混造粒后，可由擠管機(jī)組擠出成型導(dǎo)熱塑料管，也可以通過熔融共混制成 具有導(dǎo)熱性的濃縮母粒，再用基材樹脂摻混稀釋后擠出成型導(dǎo)熱塑料管。當(dāng)采用連續(xù)密煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混時(shí)，亦可采用本發(fā)明者發(fā)明的導(dǎo)熱塑料管的制造方法(申請(qǐng)?zhí)?00910181023. 6)，直接進(jìn)行管材成型、エ藝流程短，制造過程中能耗也最低，對(duì)降低生產(chǎn)成本極為有利。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例⑴配方
HDPE100 導(dǎo)熱助劑20 40 偶聯(lián)劑 0.4 1.0 抗氧劑適量 分散劑適量 增強(qiáng)劑適量 增容劑適量
增韌劑適量 其它助劑適量(2)采用偶聯(lián)劑對(duì)導(dǎo)熱助劑表面進(jìn)行活化處理；(3)上述各組份摻混后在連續(xù)密煉機(jī)造粒機(jī)組上熔融共混塑化拉條切粒，制得HDPE導(dǎo)熱塑料管原料；(4)在三組分三層共擠管材擠出機(jī)組上，以HDPE導(dǎo)熱塑料管原料為管壁的中間層、內(nèi)外壁層可以采用管道級(jí)HDPE樹脂，也可以在管道級(jí)HDPE樹脂中添加適量改進(jìn)劑，經(jīng)擠管機(jī)組擠出成型得多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管。(5)將基材為HDPE的多層復(fù)合導(dǎo)塑料管管段熱熔焊接連接，并按GB/T13663-2000《給水用聚こ烯管材》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行常規(guī)性能測(cè)試，各項(xiàng)性能通過。(6)測(cè)定多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管導(dǎo)熱系數(shù)直接由被測(cè)試管材的管壁上取樣，并壓平、磨平，樣品規(guī)格為20x20x3 4mm，測(cè)試儀器采用Hot Disk熱常數(shù)分析儀_2500s，測(cè)試 方法為IS022007-2 :2008，導(dǎo)熱系數(shù)大于I. 00w/m. k。
權(quán)利要求
1.一種多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管，其特征在于，管壁由三種不同組分的材料復(fù)合而成，三種不同組分的材料具有不同功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管，所述三種不同組分的材料，其特征在于，管壁內(nèi)表面層主要為耐腐蝕性好的聚乙烯塑料，或添加有適量其它助劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管，所述三種不同組分的材料，其特征在于，管壁外表面層主要為抗刮擦能力強(qiáng)的聚乙烯塑料，或添加有適量其它助劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管，所述三種不同組分的材料，其特征在于，管壁中間層主要為填充了高熱導(dǎo)率材料的管道級(jí)聚乙烯樹脂。
全文摘要
一種多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管，其特征在于，管壁由三種不同組分的材料復(fù)合而成，三種不同組分的材料具有不同功能，其中管壁的內(nèi)表面主要為耐腐蝕性好、外表面主要為抗刮擦能力強(qiáng)的聚乙烯塑料層，管壁的中間主要為高熱導(dǎo)率的聚乙烯塑料層，這種多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管，克服了單組分單層均質(zhì)導(dǎo)熱塑料管采用金屬導(dǎo)熱改性劑時(shí)管壁表面耐腐蝕性降低、采用無機(jī)粉體導(dǎo)熱改性劑時(shí)管壁表面產(chǎn)生浮色、采用金屬纖維或者無機(jī)纖維導(dǎo)熱改性劑時(shí)管壁表面出現(xiàn)纖維外露的弊端，這種管材可直接用于土壤源熱泵、水源熱泵系統(tǒng)和輻射供暖供冷系統(tǒng)做熱交換管，提高了系統(tǒng)的傳熱能力，也可經(jīng)焊接加工成不同形式不同結(jié)構(gòu)的熱交換器，廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥制造過程。
文檔編號(hào)F28F21/06GK102759293SQ20111010433
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者于東明, 劉學(xué)超, 吳曉芬, 夏成文, 張君, 秦嵐, 韓英民 申請(qǐng)人:天津軍星管業(yè)集團(tuán)有限公司