專利名稱：高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器用耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和耐熱性能兼優(yōu)的聚乙烯塑料管。
背景技術(shù)：
大多數(shù)塑料的耐腐蝕性能優(yōu)秀，在許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，如化工過(guò)程中所使 用的許多塑料容器，塑料管道等，塑料已成為不可替代的主要材料。在工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的金 屬材料，雖然力學(xué)性能、耐熱性能和傳熱性能都很好，但因其耐腐蝕性差，使用壽命短，污染 被處理的介質(zhì)，給應(yīng)用帶來(lái)很大困難；尤其是近年發(fā)展迅速的污水源熱泵、海水源熱泵和土 壤源熱泵，換熱器的需求量很大，設(shè)計(jì)使用壽命要求十幾年到幾十年，多數(shù)金屬管道都難以 勝任，這些恰恰就是塑料的優(yōu)勢(shì)。聚乙烯塑料是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最為廣泛、價(jià)格低廉的 一種塑料品種，它耐酸、耐堿、常溫下沒(méi)有任何一種溶劑可以溶解它、抵抗刮擦能力強(qiáng)、低溫 沖擊韌性極佳、脆化溫度-50°C以下，超高分子量聚乙烯更是一種可以用于液氮環(huán)境下的塑 料品種。聚乙烯管材已成為第一大塑料管材品種，廣泛用于上下水、燃?xì)?、電線電纜護(hù)套、化 工和礦山等領(lǐng)域，其優(yōu)勢(shì)超過(guò)絕大多數(shù)塑料管道，特別是上下水管道、燃?xì)夤艿?，其設(shè)計(jì)使 用壽命為50年，歐洲也已開(kāi)始制造和應(yīng)用設(shè)計(jì)使用壽命100年的聚乙烯管道。普通的聚乙烯管材沖擊韌性、耐腐蝕性、抗蠕變能力、使用壽命、可焊性等都比較 適合做換熱工程中所用的換熱器及管道等。目前市場(chǎng)上用做換熱器的塑料管就有普通聚乙 烯管、導(dǎo)熱聚丙烯管和少量導(dǎo)熱聚乙烯管，它們均在換熱工程中發(fā)揮了重要作用。導(dǎo)熱聚丁 烯管和導(dǎo)熱交聯(lián)聚乙烯管也在研制中。但是，這些塑料管仍然存在許多不足之處，如普通聚乙烯管和導(dǎo)熱聚乙烯管它 們有一個(gè)共同的先天不足就是耐熱性很差，連續(xù)工作溫度一般不超過(guò)40°C。工作溫度超 過(guò)40°C，其承壓能力和使用壽命均將急劇下降。另外，普通高密度聚乙烯管的導(dǎo)熱系數(shù)僅 0. 4w/m. k左右，傳熱效率低下。計(jì)算得知，若將聚乙烯管的導(dǎo)熱系數(shù)提高到1. 00w/m. k時(shí)， 在豎直地埋管地源熱泵系統(tǒng)中，導(dǎo)熱聚乙烯管比普通聚乙烯管單位管長(zhǎng)的換熱能力在冬制 熱夏制冷工況下提高幅度均大于15% ；導(dǎo)熱聚丙烯管耐熱性較好，但彈性模量高，柔性差， 沖擊韌性差，使其應(yīng)用受到很大限制，用于上述幾種熱泵系統(tǒng)則更加困難；導(dǎo)熱聚丁烯管耐 熱性較好，但對(duì)缺口敏感，抗劃擦能力差，透氧率和價(jià)格過(guò)高，其開(kāi)發(fā)難度很大；導(dǎo)熱交聯(lián)聚 乙烯管綜合性能很好，但其熱熔焊接性極差，PE-Xc管不可焊接，PE-Xa管、PE-Xb管雖可焊 接，但長(zhǎng)期性能不詳，因此其應(yīng)用也受到很大限制。如果能將聚乙烯塑料的耐熱性和導(dǎo)熱系 數(shù)提高，保留其固有的可焊性及其他物理、化學(xué)、機(jī)械性能，則其將全面超過(guò)導(dǎo)熱交聯(lián)聚乙 烯管，用其制成換熱器，使用壽命、傳熱效率、節(jié)能效果等也都會(huì)超過(guò)以往任何一種導(dǎo)熱塑 料管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和耐熱性兼優(yōu)的聚乙烯塑料管，采 用這種塑料管，可以制成各種形式和結(jié)構(gòu)，用途不同的熱交換器，如列管式換熱器、蛇管式
3換熱器，污水源熱泵、海水源熱泵用的螺旋管式換熱器，土壤源熱泵系統(tǒng)中所用U型管式換 熱器，可廣泛用于如大壩修筑的混凝土冷卻管，冰蓄冷空調(diào)導(dǎo)熱管，地面輻射供冷、供暖盤 管，化工過(guò)程、食品藥品生產(chǎn)過(guò)程中等。本發(fā)明的技術(shù)方案以近年市場(chǎng)上出現(xiàn)的耐腐蝕性能、耐熱性能、抗蠕變性能、可焊性和低溫下柔韌性 均佳的耐熱聚乙烯(PE-RT)樹(shù)脂為基礎(chǔ)材料，對(duì)其進(jìn)行共混改性，以提高其較低的導(dǎo)熱系 數(shù)。通過(guò)在基材樹(shù)脂中添加高熱導(dǎo)率的組份做導(dǎo)熱改性劑，采用熔融共混的技術(shù)方法制成 導(dǎo)熱塑料管的原料，再擠出成型為導(dǎo)熱塑料管?；蛘卟捎枚嘟M分、多層共擠技術(shù)擠出成型為 多層復(fù)合導(dǎo)熱塑料管。這種導(dǎo)熱塑料管材繼承了基材樹(shù)脂的耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、低溫柔 韌性和可焊接性及其它主要物理、化學(xué)、力學(xué)性能，導(dǎo)熱系數(shù)的提高可達(dá)基材樹(shù)脂(PE-RT) 的2倍以上，進(jìn)而可以加工成各種形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。當(dāng)輸送介質(zhì)為水、設(shè)計(jì)使用壽命為 50年時(shí)，其連續(xù)工作溫度可達(dá)70°C，設(shè)計(jì)使用壽命為6年時(shí)，其連續(xù)工作溫度可達(dá)90°C，短 期(1年)連續(xù)工作溫度可達(dá)110°c。所述基材樹(shù)脂必須是耐熱聚乙烯(PE-RT)樹(shù)脂，其組 成可以是乙烯與任何一種α烯烴的共聚物，如乙烯與辛烯、乙烯與己烯、乙烯與丁烯的共 聚物等，并且以II型PE-RT樹(shù)脂為首選。所述導(dǎo)熱改性劑可以是導(dǎo)熱系數(shù)高的任何材料的 微粉體、纖維或晶須等，如銅、鋁、石墨、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、碳纖維等。但導(dǎo)熱改性劑的 表面必須進(jìn)行活化處理，配方中應(yīng)含有分散劑、增強(qiáng)劑、增韌劑、增容劑等組分。熔融共混工 藝及所用設(shè)備包括開(kāi)煉機(jī)或密煉機(jī)或連續(xù)密煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)組。物料經(jīng)熔融共混造粒 后，可由擠管機(jī)組(單組分或者多組分、單層或者多層復(fù)合)擠出成型為導(dǎo)熱塑料管，也可 以通過(guò)熔融共混制成具有導(dǎo)熱性的濃縮母粒，再用基材樹(shù)脂摻混稀釋后擠出成型為導(dǎo)熱塑 料管。當(dāng)采用連續(xù)密煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混時(shí)，亦可采用本發(fā)明者發(fā)明的導(dǎo)熱 塑料管的制造方法(申請(qǐng)?zhí)?00910181023. 6)，直接進(jìn)行管材擠出成型、工藝流程短，制造 過(guò)程中能耗也最低，對(duì)降低生產(chǎn)成本極為有利。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例(1)配方
權(quán)利要求
1.一種高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管，其特征在于，它是以耐熱聚乙烯樹(shù)脂(PE-RT)為 基礎(chǔ)材料，添加了適量的高熱導(dǎo)率的導(dǎo)熱材料和其他助劑等，通過(guò)熔融共混改性并經(jīng)擠出 成型為高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管，其特征在于，是多層復(fù)合高熱導(dǎo) 率耐熱聚乙烯塑料管，其內(nèi)外表面和中間層分別采用不同組份、具有不同功能的高熱導(dǎo)率 耐熱聚乙烯塑料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述多層復(fù)合高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管，所述管材內(nèi)外表面和 中間層分別采用不同組份、具有不同功能的耐熱聚乙烯制成，其特征在于，中間層以高熱導(dǎo) 率、高力學(xué)性能為主要功能，以耐熱聚乙烯為基礎(chǔ)材料，添加了易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)和使材料得 到增強(qiáng)的金屬纖維、碳纖維或者鍍鋁鍍銀等高熱導(dǎo)率材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述多層復(fù)合高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管，所述管材內(nèi)外表面和中 間層分別采用不同組成、具有不同功能的耐熱聚乙烯制成，其特征在于，管材的內(nèi)表面以耐 熱聚乙烯為基礎(chǔ)材料，添加了耐腐蝕性優(yōu)秀的高熱導(dǎo)率材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述多層復(fù)合高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管，所述管材內(nèi)外表面和中 間層分別采用不同組成、具有不同功能的耐熱聚乙烯制成，其特征在于，管材的外表面以耐 熱聚乙烯為基礎(chǔ)材料，添加的導(dǎo)熱材料為不含易外露的金屬纖維或者鍍鋁、鍍銀的玻璃纖 維等。
全文摘要
一種高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管，其特征在于，它是由耐腐蝕性、耐熱性兼優(yōu)的耐熱聚乙烯樹(shù)脂與導(dǎo)熱系數(shù)高的導(dǎo)熱材料及其它助劑通過(guò)熔融共混改性后擠出成型的，可以是單組份單層、也可以是多組分多層的高熱導(dǎo)率耐熱聚乙烯塑料管，其導(dǎo)熱系數(shù)為基礎(chǔ)樹(shù)脂-耐熱聚乙烯的2倍以上，當(dāng)輸送介質(zhì)為水時(shí)，在70℃下連續(xù)工作設(shè)計(jì)壽命可達(dá)50年，短期(六年)工作溫度可達(dá)90℃，(一年)工作溫度可達(dá)110℃，這種管材可直接用于土壤源熱泵、海水源熱泵系統(tǒng)、污水源熱泵系統(tǒng)和輻射供冷、供暖系統(tǒng)做熱交換管，提高了系統(tǒng)的傳熱能力，也可經(jīng)焊接加工成不同形式不同結(jié)構(gòu)的熱交換器，用于介質(zhì)溫度較高的化工、食品、醫(yī)藥制造過(guò)程。
文檔編號(hào)F16L9/12GK102128316SQ20111010432
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者于東明, 劉學(xué)超, 吳曉芬, 夏成文, 張君, 秦嵐, 韓英民 申請(qǐng)人:天津軍星管業(yè)集團(tuán)有限公司