一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料，由如下质量份数的原料组成：碳纳米管母料20

【技术实现步骤摘要】
一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳纳米管改性聚烯烃材料领域，具体涉及一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料及其制备方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]碳纳米管(CNTs)是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管一维纳米材料。碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有优异的导电性能，且为一种高长径比的纳米碳材料。当CNTs添加到聚合物中成型时，CNTs容易随着聚合物熔体流动方向形成取向性，导致复合材料的性能具有更向异性。
[0004]塑料管道的运行状态的监测常规做法是通过在管路中外接压力表来实现，但对于长输管线尤其是埋地管线运行状态的监测是目前行业的难题。在管道中安装压力传感器、光电传感器等通过分布光纤式对信号进行传输、收集后分析的管道的运行情况是目前较为流行的监测方法，但该技术的投入成本高。专利号为ZL201910147997.6，ZL202110042251.6公开了采用短切碳纤维增强聚乙烯(PE
‑
CF)电熔接头实现自增强、自传感的非金属管道安全保障解决方案，在提高管道接头强度的同时，实现结构损伤状态的自监测，该技术方案不仅能实现无需外接传感器(Sensor
‑
Free)对管道运行参数与变形情况进行监测，而且能获得传统压力传感器、应变仪等无法监测到的管道材料自身损伤状态的变化，实现非金属复合管道结构健康状态的准确评估。但是在该技术方案中短切碳纤维增强聚乙烯(PE
‑
CF)电熔接头存在以下不足：(1)短切碳纤维的加入，虽然一定程度可以提升管件的爆破压力，但是导致管件的脆性大；(2)短切碳纤维增强聚乙烯(PE
‑
CF)电熔接头整体的电阻较低，安装在实际管路中，管路中的输送介质水及环境中的潮气、土壤中的环境均会影响短切碳纤维增强聚乙烯(PE
‑
CF)电熔接头电阻，需要对管件进行隔绝潮气的保护，否则监测的可靠性较差；(3)以碳纤维为导电剂，材料的成本高，且存在制备工艺复杂、设备投入大等问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料及其制备方法。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料，由如下质量份数的原料组成：碳纳米管母料20
‑
50份、聚烯烃基体43
‑
76.5份、导电炭黑3
‑
6份、功能助剂0.5
‑
1份；
[0008]所述碳纳米管母料由如下重量份的原料组成：碳纳米管6
‑
15份、聚烯烃基体71
‑
87
份、丙烯基弹性体增韧剂6
‑
12份、极性单体马来酸单酯1
‑
2份、有机过氧化物引发剂0.02
‑
0.1份。
[0009]本专利技术的第二个方面，提供一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料的制备方法，包括：
[0010]按照配比将碳纳米管母料、聚烯烃基体、导电炭黑、功能助剂混合均匀，利用双螺杆反应挤出机进行熔融共混、反应、挤出造粒。
[0011]本专利技术的第三个方面，提供一种压致阻变的聚烯烃复合管道，所述压致阻变的聚烯烃复合管道为三层共挤复合管道，内、外两层由聚烯烃挤出制备而成，中间层由上述压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料挤出制备而成；
[0012]所述聚烯烃复合管道的中间层管两端表面缠绕导电铜丝或铜箔，且导电铜丝或铜箔引出接线柱。
[0013]本专利技术的第四个方面，提供上述压致阻变的聚烯烃复合管道用于监测管材实时压力的方法，包括：
[0014](1)压致阻变的聚烯烃复合管道电阻
‑
压力曲线测试：选定特定长度的压致阻变的聚烯烃复合管道，将聚烯烃复合管道两端加上堵头，聚烯烃复合管道两端的接线柱连接可实时记录电阻的电阻仪，以2
‑
5MPa/min的速度对管进行加压，直到管道破裂，得到该段聚烯烃复合管道电阻
‑
压力特性曲线；
[0015](2)管材实时压力监测：在需要监测管道运行状态的位置，将上述特定长度压致阻变的聚烯烃复合管道连接到管路中，实时监测压致阻变的聚烯烃复合管道的电阻，根据实时的电阻来反推管材的实时压力。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017](1)将碳纳米管、马来酸单酯、过氧化物引发剂、聚烯烃基体通过反应接枝改性制备了碳纳米管母料，借助反应过程在聚烯烃分子链接枝马来酸单酯极性单体，接枝的马来酸单酯的酯基、羧基与碳纳米管表面的羰基、羟基相互作用，在双螺杆的剪切力作用下实现了碳纳米管的均匀分散；然后与导电炭黑共混造粒，接枝在聚烯烃上的马来酸酯也促进了导电炭黑的分散，制备出了由纤维状、颗粒导电剂复配、对压力敏感的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料。
[0018](2)本专利技术通过三层共挤的方式将碳纳米管改性聚烯烃管道专用料置于聚烯烃管道的中间，利用中间层纳米碳/聚烯烃组合物的碳纳米管、纳米导电炭黑形成的导电网络对压力敏感性，受内压后导电填料碳纳米管、纳米导电炭黑的距离增大引起电阻显著增大的特性，通过测试复合管电阻
‑
压力曲线的对应关系，再根据监测电阻来反推管路中的压力，利用压致阻变的原理实现了对管道运行状态的监测。
[0019](3)本专利技术通过三层共挤的方式将碳纳米管改性聚烯烃管道专用料置于聚烯烃管道的中间，利用内层、外层聚烯烃原理的高绝缘性，有效的避免了管道中输送介质如水及外层埋地环境、架空空气中潮气对电阻测试的干预性，提高了电阻测试的准确性，从而提升了复合管道运行状态监测的可靠性。
[0020](4)本专利技术碳纳米管改性聚烯烃管道专用料以碳纳米管、纳米导电炭黑为导电剂，并添加马来酸酐接枝改性的弹性体增韧剂，解决了前期碳纤维增强的聚乙烯材料脆性大的问题；同时，通过三层共挤出的方式，仅仅将碳纳米管改性聚烯烃管道专用料置于复合管道
的中间，避免了导电填料的引入对复合管道的承压能力的不利影响。
[0021](5)本专利技术压致阻变的复合管道，通过三层共挤将纳米碳/聚烯烃组合物置于管道的中间，中层层的厚度控制在2
‑
6mm，且直接将压致阻变的复合管道的长度控制在0.1
‑
1米，直接通过热熔、电熔等通用连接方式接入管路中，并在需要监测运行状态的位置接入本专利技术的压致阻变的复合管道，相对前期利用PE/CF材料制备自增强、自传感管件，有效降低了材料的成本。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料，其特征在于，由如下质量份数的原料组成：碳纳米管母料20
‑
50份、聚烯烃基体43
‑
76.5份、导电炭黑3
‑
6份、功能助剂0.5
‑
1份；所述碳纳米管母料由如下重量份的原料组成：碳纳米管6
‑
15份、聚烯烃基体71
‑
87份、丙烯基弹性体增韧剂6
‑
12份、极性单体马来酸单酯1
‑
2份、有机过氧化物引发剂0.02
‑
0.1份。2.如权利要求1所述的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料，其特征在于，所述碳纳米管母料的制备方法为：按照质量比将碳纳米管、聚烯烃基体、丙烯基弹性体增韧剂、极性单体马来酸单酯、有机过氧化物引发剂混合均匀，利用双螺杆反应挤出机进行熔融共混、接枝反应、挤出造粒，优选的，所述熔融共混、反应、挤出造粒挤出的温度为180
‑
210℃。3.如权利要求1所述的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料，其特征在于，所述聚烯烃基体为管道级聚乙烯、管道级聚丙烯；或，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或多种；或，所述导电炭黑为中的一种；或，所述丙烯基弹性体增韧剂为陶氏化学的VERSIFY
TM
、埃克森美孚的Vistamaxx
TM
中的一种；或，所述极性单体马来酸单酯为马来酸单甲酯、马来酸单乙酯、马来酸单丁酯、马来酸单辛酯中的一种；或，所述有机过氧化物为叔丁基过氧化异丙苯、2,5
‑
二叔丁基过氧化
‑
2,5
‑
二甲基已烷、双(叔丁基过氧化异丙基)苯中的一种；或，功能助剂为抗氧剂、紫外光老化剂、润滑剂中的一种或几种。4.如权利要求1所述的碳纳米管改性聚烯烃管道专用料，其特征在于，所述压致阻变的碳纳米管改性的聚烯烃管道专用料的体积电阻率小于1.0*106Ω
·
cm。5.一种压致阻变的碳纳米管改性聚烯烃管道专...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍金奎，倪奉尧，王晓峰，孔涛，孙之状，孔智勇，刘智博，施建峰，姚日雾，赵国辰，初建，
申请(专利权)人：山东东宏管业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：