專利名稱：多層復合導熱塑料管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種換熱器用耐腐蝕性能、導熱性能兼優的多層復合塑料管。
背景技術：
大多數塑料的耐腐蝕性能優秀，在許多領域中得到廣泛應用，如化工過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。在工業領域，傳統的金屬材料，雖然力學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，給應用帶來很大困難；尤其是近年發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，設計使用壽命要求十幾年到幾十年，多數金屬管道都難以勝任。這些恰恰就是塑料的優勢。聚乙烯塑料是目前產量最大、應用最為廣泛、價格低廉的一種塑料品種，它耐酸、耐堿、常溫下沒有任何一種溶劑可以溶解它、抵抗刮擦能力強、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、燃氣、電線電纜護套、化工和礦山等領域，其優勢超過絕大多數塑料管道，特別是上下水管道、燃氣管道，其設計使用壽命為50年，歐洲也已開始制造和應用設計使用壽命100年的聚乙烯管道。目前市場上用做換熱器的塑料管有普通聚乙烯管和少量導熱聚乙烯管。普通高密度聚乙烯管的導熱系數僅O. 4w/m.k左右，傳熱效率低下。計算得知，若塑料管的導熱系數λ彡I. 00w/m.k時，在豎直地埋管地源熱泵系統中，導熱聚乙烯管比普通聚乙烯管單位管長的換熱能力在冬夏季制熱制冷工況下提高幅度均大于15 %。因此，在換熱工程中，采用導熱塑料管比采用普通塑料管具有更明顯的經濟效益和社會效益。導熱聚乙烯管材沖擊韌性、耐腐蝕性、抗蠕變能力、使用壽命、可焊性等都更適合 做換熱工程中所用的換熱器及管道等。導熱聚乙烯管材的制造方法，目前主要是采用對管道級聚乙烯樹脂采取共混填充方法進行改性，添加大量高熱導率的金屬或無機材料，可以是添加單純的粉體、纖維或者它們的晶須，也可以是粉體、纖維和晶須同時加入。高熱導率的金屬或無機材料包括銅、鋁、石墨、氮化鋁、氧化鈹、氧化鎂、碳化硅等的粉體、纖維或者它們的晶須等。添加量一般需要達到20 (wt) % 40 (wt) %，或者更多。這些導熱聚乙烯管管壁為單層均質材料組成，管材的導熱系數提高了，但存在下述缺陷大量填充的高熱導率的金屬或無機材料使制成的管材表面產生浮色、導熱塑料管表面的耐腐蝕性能降低了、一些金屬纖維或者無機纖維產生外露，影響產品外觀等。
發明內容
本發明的目的在于提供一種耐腐蝕性、導熱性兼優的多層復合導熱塑料管，其內外表面不會產生浮色，纖維狀填充劑也不會外露。采用這種導熱塑料管，可以制成各種形式和結構，用途不同的熱交換器，如列管式換熱器、蛇管式換熱器，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，冰蓄冷空調導熱管，輻射供冷供熱盤管，化工過程、食品藥品生產過程中所用換熱器等。本發明的技術方案是采用多組分多層共擠出技術，使制成的導熱塑料管的管壁為多層結構，每ー層都有特定的功能。如管材內表面層需與所輸送的介質接觸，要求這ー層的耐腐蝕性要好；管材的外表面層在搬運、安裝過程中可能會受到刮擦，要求其抗刮擦能力要強；內外表面層還都要求其不會產生浮色，沒有纖維外露缺陷；管壁的中間層采用高熱導率材料，以保證整體管材具有高的熱導率；并且三層之間相容劑要好，與同批管材之間熱熔焊接性要好等。在本發明中，所述基材樹脂必須是管道級的樹脂。所述導熱改性劑可以是導熱系數高的任何材料的微粉體、纖維或它們的晶須等，如銅、鋁、石墨、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、碳纖維等。但導熱改性劑的表面必須進行活化處理，配方中應含有分散劑、增強劑、增韌劑、增容劑等。熔融共混エ藝及所用設備包括開煉機或密煉機或連續密煉機或雙螺桿擠出機組。物料經熔融共混造粒后，可由擠管機組擠出成型導熱塑料管，也可以通過熔融共混制成 具有導熱性的濃縮母粒，再用基材樹脂摻混稀釋后擠出成型導熱塑料管。當采用連續密煉機或雙螺桿擠出機進行熔融共混時，亦可采用本發明者發明的導熱塑料管的制造方法(申請號200910181023. 6)，直接進行管材成型、エ藝流程短，制造過程中能耗也最低，對降低生產成本極為有利。
具體實施例方式實施例⑴配方
HDPE100 導熱助劑20 40 偶聯劑 0.4 1.0 抗氧劑適量 分散劑適量 增強劑適量 增容劑適量
增韌劑適量 其它助劑適量(2)采用偶聯劑對導熱助劑表面進行活化處理；(3)上述各組份摻混后在連續密煉機造粒機組上熔融共混塑化拉條切粒，制得HDPE導熱塑料管原料；(4)在三組分三層共擠管材擠出機組上，以HDPE導熱塑料管原料為管壁的中間層、內外壁層可以采用管道級HDPE樹脂，也可以在管道級HDPE樹脂中添加適量改進劑，經擠管機組擠出成型得多層復合導熱塑料管。(5)將基材為HDPE的多層復合導塑料管管段熱熔焊接連接，并按GB/T13663-2000《給水用聚こ烯管材》標準進行常規性能測試，各項性能通過。(6)測定多層復合導熱塑料管導熱系數直接由被測試管材的管壁上取樣，并壓平、磨平，樣品規格為20x20x3 4mm，測試儀器采用Hot Disk熱常數分析儀_2500s，測試 方法為IS022007-2 :2008，導熱系數大于I. 00w/m. k。
權利要求
1.一種多層復合導熱塑料管，其特征在于，管壁由三種不同組分的材料復合而成，三種不同組分的材料具有不同功能。
2.根據權利要求I所述的多層復合導熱塑料管，所述三種不同組分的材料，其特征在于，管壁內表面層主要為耐腐蝕性好的聚乙烯塑料，或添加有適量其它助劑。
3.根據權利要求I所述的多層復合導熱塑料管，所述三種不同組分的材料，其特征在于，管壁外表面層主要為抗刮擦能力強的聚乙烯塑料，或添加有適量其它助劑。
4.根據權利要求I所述的多層復合導熱塑料管，所述三種不同組分的材料，其特征在于，管壁中間層主要為填充了高熱導率材料的管道級聚乙烯樹脂。
全文摘要
一種多層復合導熱塑料管，其特征在于，管壁由三種不同組分的材料復合而成，三種不同組分的材料具有不同功能，其中管壁的內表面主要為耐腐蝕性好、外表面主要為抗刮擦能力強的聚乙烯塑料層，管壁的中間主要為高熱導率的聚乙烯塑料層，這種多層復合導熱塑料管，克服了單組分單層均質導熱塑料管采用金屬導熱改性劑時管壁表面耐腐蝕性降低、采用無機粉體導熱改性劑時管壁表面產生浮色、采用金屬纖維或者無機纖維導熱改性劑時管壁表面出現纖維外露的弊端，這種管材可直接用于土壤源熱泵、水源熱泵系統和輻射供暖供冷系統做熱交換管，提高了系統的傳熱能力，也可經焊接加工成不同形式不同結構的熱交換器，廣泛用于化工、食品、醫藥制造過程。
文檔編號F28F21/06GK102759293SQ20111010433
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者于東明, 劉學超, 吳曉芬, 夏成文, 張君, 秦嵐, 韓英民 申請人:天津軍星管業集團有限公司