一种低线膨胀系数的地暖加热管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低线膨胀系数的地暖加热管及其制备方法。它由质量比为100：0.76‑1.08的基体树脂和助剂，经基体树脂干燥、上料、共混、四段式单螺杆挤出成型、氩气真空定径、水槽冷却、压缩空气吹扫、牵引、定尺切割、盘管和交联制成；基体树脂为：HDPE、LDPE和PPR；助剂为：乙烯基三甲氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二月桂酸二丁基锡和抗氧剂。采用三种基体树脂共混获得最佳性能匹配，加入较低量助剂抑制了管材的过度交联；采用较大长径比的四段式单螺杆挤出机，提高了接枝反应效率，通过控制温度、湿度、时间，水解交联更充分。该管材具有高韧性、高塑性、低膨胀系数，方便施工，能广泛应用在地板辐射供暖领域。

Ground heating heating tube with low linear expansion coefficient and preparation method thereof

The invention discloses a floor heating heating tube with low linear expansion coefficient and a preparation method thereof. It is made up of matrix resin and auxiliaries with a mass ratio of 1.08 to 100:0.76, which are made of matrix resin drying, feeding, blending, four stage single screw extruding, argon vacuum setting, water trough cooling, compressed air blowing, traction, fixed length cutting, coil and cross linking. The matrix resin is HDPE, LDPE and PPR; the auxiliary is ethylene Trimethoxy silane, peroxide two isopropyl benzene, two lauric acid two butyltin and antioxidant. The best performance matching was obtained by blending three kinds of matrix resins, and the addition of low quantity additives inhibited the excessive crosslinking of the tube. The grafting reaction efficiency was improved by using the four stage single screw extruder with large length diameter ratio, and the hydrolysis crosslinking was more fully controlled by controlling the temperature, humidity and time. The tube has high toughness, high plasticity and low expansion coefficient, and is convenient for construction. It can be widely used in floor radiant heating.

【技术实现步骤摘要】
一种低线膨胀系数的地暖加热管及其制备方法
本专利技术属于塑料管材生产
，具体涉及一种低线膨胀系数的地暖加热管及其制备方法。
技术介绍
“低温热水地面辐射供暖”，简称“地暖”，是以温度不高于60℃的热水为热媒，在暗埋于地面以下的加热管中循环流动，加热整个地板，通过地面以辐射和对流的热传递方式向室内供热的一种供暖方式，由于该供暖方式具有卫生、舒适、节能、节省空间等优点，被广泛应用。根据中华人民共和国行业标准《辐射供暖供冷技术规程》(JGJ142-2012)的规定，采用的地暖加热管大都是塑料管材，交联聚乙烯(PE-X)管便是其中最常用的一种全塑管材，根据中华人民共和国国家标准《冷热水用交联聚乙烯管道系统第2部分：管材》(GB/T18992.2-2003)的定义，该种管材按交联工艺的不同分为过氧化物交联聚乙烯(PE-Xa)管材、硅烷交联聚乙烯(PE-Xb)管材、电子束交联聚乙烯(PE-Xc)管材和偶氮交联聚乙烯(PE-Xd)管材四种类型。硅烷交联工艺是使聚乙烯和乙烯基硅烷在螺杆挤出机中通过接枝反应制得可交联的硅烷接枝聚乙烯管材，然后在硅醇缩聚催化剂的作用下，将它水解并缩聚而制得含有Si-O-Si交联键的交联聚乙烯，在微观结构上，交联后形成一种三维立体构象，赋予管材耐高温高压的特性。目前的硅烷交联聚乙烯主要用于生产电缆的绝缘层或生产热水管。目前硅烷交联聚乙烯(PE-Xb)管材较成熟的生产技术通常分为两步法和一步法。两步法是将聚乙烯树脂、硅烷、引发剂和抗氧剂、催化剂分别在挤出机中制备成甲、乙两种组份的母料，然后将甲、乙两种母料按一定比例在另一台挤出机中混合后制成管材，再进行水解交联反应。一步法是将所用的原材料如聚乙烯树脂、硅烷交联剂、抗氧剂、催化剂、过氧化物引发剂等分别计量后，在挤出机中混配，加热塑化，接枝成型为硅烷枝接的聚乙烯管材，再水解交联。上述两种工艺制得的管材的性能是相同的，但由于工艺路线有区别，设备不同，因而在实际生产中的应用范围也有所不同。两步法工艺由于将接枝聚合物和交联催化剂分别单独制备，两种复配料都有一定的保质期，不适合长期储存，同时增加了设备投入，增加了成本。与之相比，一步法因工艺流程短，设备投入小，更有利于大规模工业化生产。在地暖实际施工中，常用的加热管外径规格范围是16mm-25mm，整盘管材无接头呈回折型或平行型暗埋在地板中，敷设间距为10-30cm，因此，转角、折弯处大量存在，硅烷交联聚乙烯虽然是塑性材料，但经过交联后，分子结构发生转变，较之普通聚乙烯，柔性变差，弹性模量变大，使管材不易弯折，抗弯曲性能变差，交联度越高，这种缺点越明显，在施工中，容易导致施工困难，若弯曲半径过小，会造成折弯处“死折”，即管内空间变窄，影响供热效果，甚至导致泄漏。加热管被埋置在地板下水泥混凝土中，管内水温一般为35-60℃，温差范围较大，若管材的线膨胀系数较高，因尺寸变化产生内应力，则很容易造成地面龟裂现象产生。工程实践证明，水温越高，加热管越长，产生的温度变形越大，龟裂产生的概率越高。因此，硅烷交联聚乙烯加热管的交联度和线膨胀系数均不能过高，否则会影响工程质量，但目前的产品标准和施工规范中对线膨胀系数都没有要求，对交联度指标也没有上限限制。中国专利CN103275274公开了一种单螺杆挤出机一步法生产硅烷交联聚乙烯热水软管的方法，该方法是将聚乙烯基体树脂、硅烷交联剂、接枝引发剂、交联催化剂、抗氧剂复配，在三段式单螺杆挤出机中得到接枝的聚乙烯管材，机内温度160-200℃，生产内径8-10mm的交联聚乙烯软管，挤出速度大于40m/min，先后在中温、高温热水中交联7-10小时，得到最终产品。该方法采用的是普通三段式挤出机，对长径比没有要求，极有可能使物料的停留分布过宽，以及物料完全熔融区相对长度较短，还存在固体输送段对固液混合体系的输送效率低等问题。同时挤出速度很大，虽然提高了产能，但会带来副作用，即熔体在挤出机中的停留时间过短，影响接枝效率。该方法中硅烷交联剂加入量过大，最高达到了5kg，大大增加了成本，硅烷加入量达到一定值后，接枝反应趋于饱和，交联反应非常缓慢，交联度几乎不再变化，因此造成了巨大的浪费。中国专利CN101323174公开了一种硅烷交联聚乙烯管的生产方法，是一种两步法工艺，其生产原料由硅烷交联聚乙烯、引发剂、加工助剂组成，通过排气式单螺杆挤出机成型，交联工艺采用水煮法实现，采用该配方生产的管材交联度最高达72％，除了交联度外，该对比文件中未提及其他性能指标情况。同时上述两篇专利以及其他关于硅烷交联聚乙烯的专利或文献，大都是生产一般的热水管或电缆，并没有针对地暖加热管进行研究，也没有考虑到地暖加热管对于交联度和线膨胀系数的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种低线性膨胀系数的地暖加热管及其制备方法。它采用三种基体树脂共混并降低功能性助剂总量，抑制了管材的过度交联；采用具有较大长径比的四段式单螺杆挤出机，提高了接枝反应效率，并结合生产工艺的其他改进，使制备的地暖加热管不仅具有优异的耐高温、耐高压性能；还具有较低的线膨胀系数，能防止地面龟裂；塑性指标优良，方便施工；小弯曲半径回折处不打折，保证了安全使用。本专利技术的技术方案为：一种低线膨胀系数的地暖加热管，其特征是，由基体树脂和助剂制成；基体树脂与助剂的质量比为100：0.76-1.08；基体树脂的组分及重量份为：HDPE85-90份、LDPE5.0-7.5份、PPR5.0-7.5份；助剂的组分及重量份为：乙烯基三甲氧基硅烷0.20-0.40份、过氧化二异丙苯0.030-0.040份、二月桂酸二丁基锡0.50-0.60份、抗氧剂10100.030-0.040份。所述地暖加热管的公称外径为16-32mm。所述低线膨胀系数的地暖加热管的制备方法，其特征是，它包括(1)基体树脂干燥；(2)上料；(3)共混；(4)四段式单螺杆挤出成型；(5)氩气真空定径；(6)水槽冷却；(7)压缩空气吹扫；(8)牵引；(9)定尺切割；(10)盘管；(11)交联；(12)检验；(13)包装。所述步骤(1)基体树脂干燥为：对基体树脂进行干燥，以充分去除树脂中的水分，预防材料在挤出机中提前交联，要求干燥至含水量≤50ppm，优选的，干燥温度为92-95℃，干燥时间为1.5-2.0h/t。所述步骤(4)四段式单螺杆挤出成型为：将基体树脂和助剂经过上料、共混后，混合后的物料在四段式单螺杆反应挤出机中挤出成型；其中四段式单螺杆反应挤出机分为加料段、熔融段、均化段和反应段共4段。其螺杆直径≥80mm，螺杆长径比≥30，其中加料段温度为180-185℃，熔融段温度为200-210℃，均化段温度为210-220℃，反应段温度为225-230℃，机头温度为225-230℃。所述步骤(5)氩气真空定径为：步骤(4)反应段反应后的物料在四段式单螺杆反应挤出机的高温机头氩气真空定径，氩气真空定径中真空度为1.2-1.5bar。所述步骤(7)压缩空气吹扫为：快速吹干管材因过水冷却(水槽冷却)在外表面产生的附着水，压缩空气压力为3.5-4.0bar。所述步骤(8)牵引为：压缩空气吹扫后的管材再采用牵引机牵引，牵引速度为15-20m/min。所述步骤(11)交联为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低线膨胀系数的地暖加热管，其特征是，由基体树脂和助剂制成；基体树脂与助剂的质量比为100：0.76‑1.08；基体树脂的组分及重量份为：HDPE 85‑90份、LDPE 5.0‑7.5份、PPR 5.0‑7.5份；助剂的组分及重量份为：乙烯基三甲氧基硅烷0.20‑0.40份、过氧化二异丙苯0.030‑0.040份、二月桂酸二丁基锡0.50‑0.60份、抗氧剂1010 0.030‑0.040份。

【技术特征摘要】
1.一种低线膨胀系数的地暖加热管，其特征是，由基体树脂和助剂制成；基体树脂与助剂的质量比为100：0.76-1.08；基体树脂的组分及重量份为：HDPE85-90份、LDPE5.0-7.5份、PPR5.0-7.5份；助剂的组分及重量份为：乙烯基三甲氧基硅烷0.20-0.40份、过氧化二异丙苯0.030-0.040份、二月桂酸二丁基锡0.50-0.60份、抗氧剂10100.030-0.040份。2.根据权利要求1所述的一种低线膨胀系数的地暖加热管，其特征是，所述地暖加热管的公称外径为16-32mm。3.权利要求1或2所述的低线膨胀系数的地暖加热管的制备方法，其特征是，它包括：(1)基体树脂干燥；(2)上料；(3)共混；(4)四段式单螺杆挤出成型；(5)氩气真空定径；(6)水槽冷却；(7)压缩空气吹扫；(8)牵引；(9)定尺切割；(10)盘管；(11)交联；(12)检验；(13)包装。4.根据权利要求3所述的低线膨胀系数的地暖加热管的制备方法，其特征是，所述步骤(1)基体树脂干燥，要求干燥至含水量≤50ppm。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹承磊，侯登义，张斌，郭宇强，王相果，李宗港，亓小鹏，李萌，
申请(专利权)人：济南市热力工程公司，
类型：发明
国别省市：山东,37