[发明专利]一种高阻氧高强的聚烯烃导热管材及其制备方法

说明书

本发明提供一种高阻氧高强的聚烯烃导热管材及其制备方法，包括按重量份数计的如下组分：聚烯烃树脂100份、石墨烯片层0.1～5份、相容剂0.1～15份、抗氧剂0.01～0.2份，所述石墨烯片层以管材的中轴线为中心呈环状均匀分布在聚烯烃树脂内。本发明的有益效果是石墨烯片层的引入及旋转芯棒口模的采用使得聚烯烃结晶度更高，可形成大量取向晶体，对管材力学性能、导热及耐温性能的改善效果较为明显；另外，石墨烯片层在管材中沿环向取向分布，极大的提高石墨烯片层的阻隔性能，因而在抗氧剂的用量极少的情况下仍然能保持良好的阻氧性能。

技术领域

本发明属于塑料管材及制备领域，尤其是涉及一种高阻氧高强的聚烯烃导热管材及其制备方法。

背景技术

聚烯烃导热管是以聚乙烯、聚丁烯及聚乙烯共聚物等树脂为基体，经直接挤出或加入高导热的无机粉体混合挤出制备的管材。与金属管相比，聚烯烃导热管质轻、比强度高、耐腐蚀、使用寿命长、柔软性好、安装维护费用低，在冷热水给水、低温辐射地暖系统、天花板制冷、空调管路、热泵、散热器连接、工业换热管道、渔业保温管等方面具有重要的应用前景。

相比聚丙烯，聚乙烯(PE)导热性(0.3～0.4W/m·K)及耐老化性能更好，因此常作为导热管的基体树脂。PE导热管的性能指标主要包括耐热性、导热性、长期静液压强度等。PE管一般通过交联(如PEXa)来改善其耐热性及力学性质，但是这种交联PEXa管加工性能不稳定，不能热熔，较难连接及修复。最近发展的耐高温非交联PE(PE-RT)，通过将乙烯与辛烯、丁烯或己烯等单体共聚来控制分子侧链的数量和分布，提高PE的耐热性，同时也保留了PE的良好的柔韧性、高导热性和化学惰性，同时使之耐压性更好。为了进一步提高PE导热管的导热性能，一些热交换器用的导热管材中还在配方中添加了高导热的石墨等无机粉体进行复合加工，但这往往导致管材力学性能及柔软性下降，影响其施工及使用性能。

此外，多数聚烯烃导热管还有阻隔氧气的要求。聚烯烃阻氧管能阻隔氧气渗入管道系统，防止与之连接的金属部件腐蚀生锈，从而大大延长整个管道系统中金属阀门、开关、分集水器、锅炉等金属件的使用寿命。同时，阻氧管中的水也不易滋生细菌而导致水质变质。现有的聚烯烃管阻氧技术多采用多层共挤涂覆技术，它是在管道中通过共挤形成一个阻氧功能层(一般采用氧气渗透系数极低的极性乙烯-乙烯醇共聚物，即EVOH树脂，价格较高)，从而有效阻止氧气进入管道循环系统、减少对设备的腐蚀。但是这种技术生产设备投资大、工艺复杂，原料成本也较高，在一定程度上限制了其广泛应用。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的新型纳米片层碳材料，是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，其杨氏模量高达1TPa，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，而电阻率比铜或银更低，约为10^-6Ω·cm。目前已经有相关文献及专利报道，石墨烯在极少的添加量下就可以大幅度提高聚合物材料的结晶、导电、导热、力学及阻隔等性质。但是，石墨烯被应用在聚烯烃导热管材制备上以及对阻氧性能的提高未做详细阐述。

发明内容

本发明的目的是克服现有阻氧聚烯烃导热管加工工艺复杂、成本高等诸多问题，提供一种高阻氧高强的聚烯烃导热管材及制备方法，该方法可以利用常规双螺杆挤出设备成型综合性能优异的聚烯烃导热管材。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高阻氧高强的聚烯烃导热管材，包括按重量份数计的如下组分：聚烯烃树脂100份、石墨烯片层0.1～5份、相容剂0.1～15份、抗氧剂0.01～0.2份，所述石墨烯片层以管材的中轴线为中心呈环状均匀分布在聚烯烃树脂内；

进一步的，所述石墨烯片层在聚烯烃树脂中的分布方式极大的提高石墨烯片层的阻隔性能，同时管材的结晶度及取向结晶的程度相应提高，因而本发明可以在抗氧剂的用量极少的情况下仍然能使管材保持良好的阻氧性能。

进一步的，所述抗氧剂为0.01～0.1份。