一种耐高温高导热纳米复合地暖管的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米复合材料的制备工艺领域，涉及一种耐高温高导热纳米复合地暖管的制备方法。本发明专利技术以纳米SiC作为耐高温高导热源，高分子材料作为基体，利用双螺杆挤出机进行挤出造粒，再利用成型机进行牵引、切割，最终得到管材。产品原料价廉，成本低；导热效果好；力学性能优异。本发明专利技术满足了住宅采暖对新型高导热低能耗复合地暖管的迫切需求，在传送热能方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料的制备工艺领域，涉及一种耐高温高导热纳米复合地暖管的制备方法。
技术介绍
随着化学建材工业的发展,一批柔韧性好、强度高、抗冲击且具有一定耐热能力的化学管材的问世，给地面辐射供暖提供了突破性发展机遇。但其热导率非常的低，严重影响了其传热性能的提升。而碳化硅是一种共价键很强的化合物，常见的晶型有六方晶系的α-SiC和立方晶系的β-SiC，二者中β-SiC具有更好的导电和导热性能，导热系数λ为100～125W/(m·K)，以及更高的硬度、更好的韧性，且抗磨、耐高温、耐热震、耐腐蚀、耐辐射等。如果将SiC与现有高分子材料进行复合，将可以开发出一种新型耐高温高导热纳米SiC/高分子复合地暖管，满足住宅采暖等行业对新型高导热低能耗复合地暖管的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种耐高温高导热纳米复合地暖管的制备方法，该方法用料和工艺简单，成本低廉，这种材料在可用于耐高温高导热，以及作为热能传送的载体。本专利技术目的技术方案为：一种耐高温高导热纳米复合地暖管的制备方法，其具体步骤如下：(1)将纳米SiC和填料加入有机溶剂中(纳米SiC和填料完全溶解即可)将进行超声波震荡，再加入表面改性剂，球磨、过滤、烘干，得到改性后的混合粉料；(2)将高分子材料进行加热，温度为50～70℃，并搅拌均匀；(3)向步骤(2)加热搅拌均匀的高分子材料中加入热稳定剂、抗冲击改性剂、
抗氧剂和耐高温颜料铜黑，均匀搅拌，得混合料；(4)向步骤(3)的混合料中加入步骤(1)得到的改性后的混合粉料，均匀搅拌；(5)将步骤(4)得到的最终物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒；其中双螺杆转速为270～330rpm，挤出温度为155～185℃；(6)将步骤(5)中得到的粒料投入到挤出成型机中，确定管径的尺寸，进行牵引、切割，最终得到耐高温高导热纳米复合地暖管；其中挤出成型机的机筒温度设定为180～200℃，模具温度160～170℃。优选步骤(1)中所述的纳米SiC的粒径为20nm～500nm；所述的填料为碳酸钙和氧化铝的混合物，其中碳酸钙与氧化铝质量比为1:(0.5～2)；所述的表面改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种。优选步骤(1)中纳米SiC和填料的质量比为1:(0.3～1)；表面改性剂加入质量占纳米SiC和填料总质量的1％～3％。优选步骤(1)中所述的有机溶剂为无水乙醇、乙醇或丙酮中的一种。优选步骤(2)中所述的高分子材料为低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或中密度聚乙烯(MDPE)的一种或其混合物。优选步骤(3)中所述的热稳定剂为二盐基亚硫酸铅、硬脂酸钙或甲基硫醇锡的一种；所述的抗冲击改性剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)的一种；所述的抗氧剂为市面所售的抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂215中的一种。优选步骤(3)中热稳定剂与高分子材料的质量比为(0.02～0.06):1；抗冲击改性剂与高分子材料的质量比为(0.04～0.06):1；抗氧剂与高分子材料的质量比为(0.005～0.02):1；耐高温颜料铜黑与高分子材料的质量比为(0.005～0.01):1优选步骤(3)中均匀搅拌的速度为45～60rpm，搅拌时间30～80分钟，搅拌温度50～75℃，并进行保温3～8小时。优选步骤(4)中均匀搅拌的速度为45～60rpm，搅拌温度保持在50～75℃之间，搅拌时间30～60分钟。本专利技术所制备得到的耐高温高导热纳米复合地暖管的拉伸应力在4.5～14.8MPa之间，导热系数在0.63～1.38w/m·k之间。有益效果：本专利技术方法以及耐高温高导热纳米复合地暖管具有如下特点：(1)原料价廉，降低成本。本方法中采用了填充材料，极大地降低生产成本。(2)耐高温、高导热。本方法中采用的纳米SiC作为导热材料，其导热系数λ为100～125W/(m·K)，极大提高了地暖管的导热效果，减少了热源的浪费。(3)力学性能优异。本方法采用的表面改性剂对高分子材料和无机材料之间起到了很好的连接作用；稳定剂、抗氧剂和抗冲击改性剂都使复合地暖管的力学性能得到提高。附图说明图1是实例1制得的块状耐高温高导热纳米复合材料的实物照片。具体实施方式实例1将25份粒径为20nm的SiC，15份CaCO3和10份Al2O3加入乙醇(乙醇的加入量为纳米SiC和填料完全溶解即可)中进行超声波震荡15min，再加入1.5份硅烷偶联剂，球磨12h，过滤、烘干，得到改性后的混合粉料；将100份线性低密度聚乙烯(LLDPE)材料加热到50℃，并均匀搅拌；待搅拌均匀后，加入2份硬脂酸钙热稳定剂、4份氯化聚乙烯抗冲击改性剂、0.5份抗氧剂1010和0.5份耐高温颜料铜黑，均匀搅拌，搅拌速度45rpm，搅拌时间30分钟，搅拌温度50℃，并进行保温3小时；再向其中加入改性后的混合粉料，均匀搅拌，搅拌速度45rpm，搅拌温度为60℃，搅拌时间30分钟；搅拌结束后，将最终物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆转速为270rpm，挤出温度为155℃；最后将得出的粒料投入到挤出成型机中，机筒温度设定为180℃，模具温度160℃，确定管
径的尺寸，进行牵引、切割，最终得到管材。所制得的块状耐高温高导热纳米复合材料的实物照片如图1所示，从图上可以看出该复合材料为完整块体，表面无裂纹，并具备一定力学强度。所制的管材的热导率为0.63w/m·k，拉伸强度为14.8MPa。实例2将35份粒径为100nm的SiC，10份CaCO3和10份Al2O3加入丙酮(丙酮的加入量为纳米SiC和填料完全溶解即可)中进行超声波震荡15min，再加入1.5份钛酸酯偶联剂，球磨12h，过滤、烘干，得到改性后的混合粉料；将80份线性低密度聚乙烯(LLDPE)和20份低密度聚乙烯(LDPE)材料加热到55℃，并均匀搅拌；待搅拌均匀后，加入3份二盐基亚硫酸铅热稳定剂、5份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)抗冲击改性剂、1份抗氧剂1076和0.6份耐高温颜料铜黑，均匀搅拌，搅拌速度50rpm，搅拌时间40分钟，搅拌温度60℃，并进行保温5小时；再向其中加入改性后的混合粉料，均匀搅拌，搅拌速度50rpm，搅拌温度为60℃，搅拌时间40分钟；搅拌结束后，将最终物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，双螺杆转速为290rpm，挤出温度为165℃；最后将得出的粒料投入到挤出成型机中，机筒温度设定为185℃，模具温度165℃，确定管径的尺寸，进行牵引、切割，最终得到管材。制的管材的热导率为0.78w/m·k，拉伸强度为9.2MPa。实例3将45份粒径为500nm的SiC，10份CaCO3和5份Al2O3加入无水乙醇(乙醇的加入量为纳米SiC和填料完全溶解即可)中进行超声波震荡15min，再加入1份钛酸酯偶联剂和0.8份硅烷偶联剂，球磨12h，过滤烘干，得到改性后的混合粉料；将80份材料线性低密度聚乙烯(LLDPE)和20份高密度聚乙烯(H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温高导热纳米复合地暖管的制备方法，其具体步骤如下：(1)将纳米SiC和填料加入有机溶剂中将进行超声波震荡，再加入表面改性剂，球磨、过滤、烘干，得到改性后的混合粉料；(2)将高分子材料进行加热，温度为50～70℃，并搅拌均匀；(3)向步骤(2)加热搅拌均匀的高分子材料中加入热稳定剂、抗冲击改性剂、抗氧剂和耐高温颜料铜黑，均匀搅拌得混合料；(4)向步骤(3)的混合料中加入步骤(1)得到的改性后的混合粉料，均匀搅拌；(5)将步骤(4)得到的最终物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒；其中双螺杆转速为270～330rpm，挤出温度为155～185℃；(6)将步骤(5)中得到的粒料投入到挤出成型机中，确定管径的尺寸，进行牵引、切割，最终得到耐高温高导热纳米复合地暖管；其中挤出成型机的机筒温度设定为180～200℃，模具温度160～170℃。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高导热纳米复合地暖管的制备方法，其具体步骤如下：(1)将纳米SiC和填料加入有机溶剂中将进行超声波震荡，再加入表面改性剂，球磨、过滤、烘干，得到改性后的混合粉料；(2)将高分子材料进行加热，温度为50～70℃，并搅拌均匀；(3)向步骤(2)加热搅拌均匀的高分子材料中加入热稳定剂、抗冲击改性剂、抗氧剂和耐高温颜料铜黑，均匀搅拌得混合料；(4)向步骤(3)的混合料中加入步骤(1)得到的改性后的混合粉料，均匀搅拌；(5)将步骤(4)得到的最终物料投入到双螺杆挤出机中进行挤出造粒；其中双螺杆转速为270～330rpm，挤出温度为155～185℃；(6)将步骤(5)中得到的粒料投入到挤出成型机中，确定管径的尺寸，进行牵引、切割，最终得到耐高温高导热纳米复合地暖管；其中挤出成型机的机筒温度设定为180～200℃，模具温度160～170℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的纳米SiC的粒径为20nm～500nm；所述的填料为碳酸钙和氧化铝的混合物，其中碳酸钙与氧化铝质量比为1:(0.5～2)；所述的表面改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中纳米SiC和填料的质量比为1:(0.3～1)；表面改性剂加入质量占纳米SiC和填料总质量的1％～3％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的有机溶剂为无水乙醇、乙醇或丙酮中的一种。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔升，景峰，沈晓冬，林本兰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32