【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气储运工程中非金属管材领域，具体涉及一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材及制备方法。
技术介绍
1、目前，国内油田地面应用的非金属管道种类繁多，依据管体结构大体可以划分为三大类：塑料管、增强塑料管、内衬管。塑料管是指由聚烯烃材料挤塑成型的实壁管材，仅用于常压或低压输送，其中以聚乙烯类管材的用量最大。增强塑料管是以热塑性塑料作为内衬管，其中聚乙烯管材用量最大，并使用有机纤维、无机纤维或金属增强体提高承压能力。内衬管是使用聚乙烯类管材通过内穿插工艺对碳钢管道进行内防腐或腐蚀修复。目前，90％的内衬管材都采用高密度聚乙烯(hdpe)，而hdpe的气体阻隔性能较差，以hdpe作为内衬管输气时，气体渗透会导致hdpe内衬管起泡失效。因此，针对含有热塑性塑料管作为内衬管的非金属管材在输气领域的推广应用瓶颈，气体阻隔、气密封等关键技术难题亟待攻关。
2、目前针对输气领域对内衬管气体阻隔性要求高的现状，目前常用的做法是选择气体阻隔性好的聚合物材料作为内衬管，如聚偏氟乙烯(pvdf)、尼龙(pa)等。但是，上述的特种高性能材料目前全部依赖进口，价格昂贵且性价比较低。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材及制备方法，以解决目前使用高密度聚乙烯管材作为内衬管的非金属管材输气时气体阻隔性差的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
3、本专利技术提供一
4、进一步的，所述高密度聚乙烯的熔融指数为1.0～1.5g/10min，拉伸屈服强度大于或等于20mpa，断裂伸长率大于或等于500％，模量大于或等于800mpa。
5、进一步的，所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为0.5～1.5％。
6、进一步的，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。
7、进一步的，所述氧化石墨烯为层数小于5层，直径为10～50μm的微片；还原氧化石墨烯为氧化石墨烯经过还原后得到的层数小于5层，单层率大于30％，直径为10～50μm的微片。
8、进一步的，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成，所述主抗氧剂和辅抗氧剂重量比为1：(0.05～0.8)，所述主抗氧剂为受阻酚抗氧剂或硫酯类抗氧剂，所述辅抗氧剂为含磷的亚磷酸酯类抗氧剂。
9、进一步的，权利要求1至6中任一项所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于，包括：
10、s1：按照重量份数比，称取高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、石墨烯和抗氧剂预混，得到预混料；
11、s2：将预混料置于双螺杆挤出机料斗中干燥，分别设置双螺杆挤出机的六段机筒温度和挤出头温度；待机筒温度到达设定温度且稳定后，开始加料，在双螺杆挤出机熔融共混后挤出管材；
12、s3：管材挤出后进行管材定径，定径后的管材进行冷却，冷却后的管材经过切割机进行切割后得到高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材。
13、进一步的，所述预混是将高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、石墨烯和抗氧剂在高速混合机中预混，高速混合机转速大于或等于400r/min，混合时间大于或等于30min。
14、进一步的，所述石墨烯采用氧化石墨烯时，双螺杆挤出机的六段机筒温度和挤出头温度分别设置为160～165℃、175～185℃、180～190℃、190～200℃、195～205℃、200～210℃和190～195℃，主机转速为35～40r/min；
15、或者，所述石墨烯采用还原氧化石墨烯时，双螺杆挤出机的六段机筒温度和挤出头温度分别设置为155～160℃、180～185℃、180～190℃、190～200℃、195～205℃、200～215℃和190～195℃，螺杆主机转速为40～45r/min。
16、进一步的，所述s3中管材挤出后经过定径套进行管材定径，定径后的管材经过水喷淋冷却箱喷水冷却。
17、本专利技术至少具有以下有益效果：
18、1、本专利技术通过双螺杆挤出机将石墨烯与高密度聚乙烯熔融共混的方式，利用石墨烯片状形貌对气体的阻隔作用，提高高密度聚乙烯材料的阻隔性，在对目前的制管工艺不做根本改变的情况下，制备出具有高气体阻隔性、高性价比的高密度聚乙烯内衬管，可基于现有的高密度聚乙烯管材生产线进行大规模生产。可以有效提高以高密度聚乙烯为内衬管的非金属管材的气体阻隔性，促进该类非金属管材在油气田输气领域的推广应用。
19、2、本专利技术采用马来酸酐接枝高密度聚乙烯进行混合，可以提高石墨烯与高密度聚乙烯的相容性。
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1.一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材的原料按照质量分数，由100份的高密度聚乙烯，10～40份马来酸酐接枝聚乙烯，0.01～0.5份的石墨烯和0.01～0.2份的抗氧剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述高密度聚乙烯的熔融指数为1.0～1.5g/10min，拉伸屈服强度大于或等于20MPa，断裂伸长率大于或等于500％，模量大于或等于800MPa。
3.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为0.5～1.5％。
4.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。
5.根据权利要求4所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述氧化石墨烯为层数小于5层，直径为10～50μm的微片；还原氧化石墨烯为氧化石墨烯经过还原后得到的层数小于5层，单层率大于3
6.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成，所述主抗氧剂和辅助抗氧剂重量比为1：(0.05～0.8)，所述主抗氧剂为受阻酚抗氧剂或硫酯类抗氧剂，所述辅抗氧剂为含磷的亚磷酸酯类抗氧剂。
7.权利要求1至6中任一项所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于，所述预混是将高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、石墨烯和抗氧剂在高速混合机中预混，高速混合机转速大于或等于400r/min，混合时间大于或等于30min。
9.根据权利要求7所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于，所述石墨烯采用氧化石墨烯时，双螺杆挤出机的六段机筒温度和挤出头温度分别设置为160～165℃、175～185℃、180～190℃、190～200℃、195～205℃、200～210℃和190～195℃，主机转速为35～40r/min；
10.根据权利要求7所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于，所述S3中管材挤出后经过定径套进行管材定径，定径后的管材经过水喷淋冷却箱喷水冷却。
...【技术特征摘要】
1.一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材的原料按照质量分数，由100份的高密度聚乙烯，10～40份马来酸酐接枝聚乙烯，0.01～0.5份的石墨烯和0.01～0.2份的抗氧剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述高密度聚乙烯的熔融指数为1.0～1.5g/10min，拉伸屈服强度大于或等于20mpa，断裂伸长率大于或等于500％，模量大于或等于800mpa。
3.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为0.5～1.5％。
4.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。
5.根据权利要求4所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复合管材，其特征在于，所述氧化石墨烯为层数小于5层，直径为10～50μm的微片；还原氧化石墨烯为氧化石墨烯经过还原后得到的层数小于5层，单层率大于30％，直径为10～50μm的微片。
6.根据权利要求1所述的一种高气体阻隔性石墨烯/高密度聚乙烯复...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔鲁诗，李厚补，熊庆人，朱文峰，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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