一种石墨烯增强聚乙烯管的制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料领域，涉及一种石墨烯增强聚乙烯管的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯增强聚乙烯管的制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，涉及一种石墨烯增强聚乙烯管的制备方法
。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展以及社会进程不断推进，各行各业发展十分迅速，天然气
、
水利等能源产业纷纷崛起
。
管道运输不仅运输量大
、
高效低耗
、
安全可靠，还可实现自动控制，成为能源运输的主要形式
。
而管道运输通常采用长距离埋地铺设，为满足国民经济的需要，管道的口径不断增大，运输距离迅速增长，这就对管道的性能提出了更高的要求
。
[0003]聚乙烯管
(
简称
PE
管
)
具有优异的耐腐蚀性
、
耐热性
、
耐磨性
、
对输送介质无污染性
、
制造安装费用低
、
使用寿命长等材质特性，成为目前用量最大的管材之一，它被广泛用于水利
、
燃气
、
电力
、
通讯
、
煤矿等领域
。
但由于
PE
管强度低
、
易开裂
、
易氧化
、
易弯曲
、
易老化等缺点，使其在使用上受到限制
。
为此现急需对
PE
管进行改性，开发出刚柔并济的新型管材
。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种石墨烯增强聚乙烯管的制备方法
。
首先将石墨烯表面改性，加入聚乙烯树脂色母料，经喷雾干燥器雾化混合，然后利用热熔技术，挤压成型，最终冷却形成一种高强度
、
防老化
、
耐候性俱佳的石墨烯增强聚乙烯管
。
[0005]本专利技术的实现过程如下：
[0006]一种石墨烯增强聚乙烯管的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)
石墨烯的改性
[0008]将还原石墨烯水溶液和纳米氧化硅室温搅拌混合后静置，再加入偶联剂和润滑剂，然后超声搅拌
、
冷冻干燥得到氧化硅改性石墨烯粉体，即纳米陶瓷改性的石墨烯粉体；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述润滑剂为硬脂酸锌润滑剂；
[0009](2)
混合
[0010]将步骤
(1)
得到的氧化硅改性石墨烯粉体和聚乙烯树脂色母料拌合均匀，经喷雾干燥器处理后得到充分干燥的粒状混合料；
[0011](3)
挤出成型
[0012]步骤
(2)
得到的粒状混合料经模具挤压，利用热熔技术挤出成型，将挤出的纳米氧化硅改性的石墨烯增强聚乙烯管经水冷
、
定径
、
干燥后取出
。
[0013]进一步，步骤
(1)
的具体过程为：
[0014](I)
配制
1L
的
2mg/mL
的还原石墨烯水溶液，超声
1h
，获得还原石墨烯分散液，随后加入
0.01g
～
0.06g
的
50
～
100nm
的
SiO2粉末，超声
5min
后再进行
30min
的磁力搅拌，得到混合液1；
[0015](II)
将硅烷偶联剂
KH550
和硬脂酸锌润滑剂加入无水乙醇中充分溶解得到溶液1，其中，硅烷偶联剂
KH550
的加入量为混合液1质量的
0.1
％～
0.2
％，硬脂酸锌润滑剂的加入
量为混合液1质量的
0.01
％～
0.05
％；
[0016](III)
将步骤
(I)
得到的混合液1和步骤
(II)
得到的溶液1混合形成混合液2，然后采用真空抽滤的方式将混合液2用去离子水洗涤3～5次至中性；随后在冷冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化硅改性石墨烯粉体
。
[0017]进一步，步骤
(I)
中，超声的功率为
80W
；磁力搅拌的转速为
800
～
1000r/min。
[0018]进一步，步骤
(III)
中，冷冻干燥的条件是在
‑
70
～
‑
50℃
下冷冻1～
4h
后，冷阱腔内真空度＜
10Pa
干燥
48h。
[0019]进一步，步骤
(2)
的具体过程为：
[0020]将步骤
(1)
得到的氧化硅改性石墨烯粉体和聚乙烯树脂色母料按质量比1：
99
加入乙醇中，得到湿混溶液；将湿混溶液送入喷雾干燥器的塔顶，通过雾化器喷成雾状液滴，在氮气保护下与高温热风接触，得到充分干燥的粒状混合料
。
[0021]进一步，所述乙醇的量为氧化硅改性石墨烯粉体和聚乙烯树脂色母料的混合粉体体积的2～3倍
。
[0022]进一步，步骤
(3)
的具体过程为：
[0023]将步骤
(2)
得到的粒状混合料倒入到双螺杆机中通过螺杆剪切和挤压，再通过双螺杆机的加热融化，最后通过模头挤出，将挤出的纳米氧化硅改性的石墨烯增强聚乙烯管经水冷
、
定径
、60℃
干燥后取出
。
[0024]进一步，所述双螺杆机的挤出模头区的温度为
190℃。
[0025]本专利技术方法的设计思路：
[0026]石墨烯是碳原子以
sp2杂化形式连接的二维周期蜂窝状点阵结构，具有较高的抗拉强度
(
～
130GMPa)、
弹性模量
(
～
1.0TPa)、
比表面积
(
～
2600m2/g)、
电导率
(
～
108S
·
m
‑1)、
热导率
(
～
5000W
·
m
‑1·
K
‑1)
和稳定性
。
[0027]本专利技术就是利用石墨烯的小尺寸和二维片层的“碳”结构
(
与聚乙烯有相似的官能团
)
，开发一种高强度
、
防老化
、
耐候性和性价比俱佳的石墨烯增强聚乙烯管
。
石墨烯增强聚乙烯管具有优异的综合性能，设计寿命可达
50
年以上，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种石墨烯增强聚乙烯管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
石墨烯的改性将还原石墨烯水溶液和纳米氧化硅室温搅拌混合后静置，再加入偶联剂和润滑剂，然后超声搅拌
、
冷冻干燥得到氧化硅改性石墨烯粉体，即纳米陶瓷改性的石墨烯粉体；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述润滑剂为硬脂酸锌润滑剂；
(2)
混合将步骤
(1)
得到的氧化硅改性石墨烯粉体和聚乙烯树脂色母料拌合均匀，经喷雾干燥器处理后得到充分干燥的粒状混合料；
(3)
挤出成型步骤
(2)
得到的粒状混合料经模具挤压，利用热熔技术挤出成型，将挤出的纳米氧化硅改性的石墨烯增强聚乙烯管经水冷
、
定径
、
干燥后取出
。2.
根据权利要求1所述石墨烯增强聚乙烯管的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
的具体过程为：
(I)
配制
1L
的
2mg/mL
的还原石墨烯水溶液，超声
1h
，获得还原石墨烯分散液，随后加入
0.01g
～
0.06g
的
50
～
100nm
的
SiO2粉末，超声
5min
后再进行
30min
的磁力搅拌，得到混合液1；
(II)
将硅烷偶联剂
KH550
和硬脂酸锌润滑剂加入无水乙醇中充分溶解得到溶液1，其中，硅烷偶联剂
KH550
的加入量为混合液1质量的
0.1
％～
0.2
％，硬脂酸锌润滑剂的加入量为混合液1质量的
0.01
％～
0.05
％；
(III)
将步骤
(I)
得到的混合液1和步骤
(II...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，周兰燕，陈文革，
申请(专利权)人：陕西三原鑫满意塑胶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：