本發(fā)明屬于地面輻射采暖用地暖管領域，尤其是涉及一種高導熱防垢功能型阻氧地暖管。

背景技術：

在地面輻射采暖系統(tǒng)中，主要用到的管材的材質(zhì)有PE-X、PERT、PB等，而目前市場上地暖系統(tǒng)所用的普通塑料管材，它們都存在一定程度的透氧性。在采暖系統(tǒng)中，水中的氧氣會嚴重腐蝕采暖系統(tǒng)中的鍋爐，散熱器；同時氧氣進入管道會滋生細菌，最后在管壁形成生物粘泥，大大降低管道的導熱效率。于是，市面上出現(xiàn)了帶有阻氧層的地暖管。

隨著人們對采暖系統(tǒng)的要求不斷提高，各種功能型地暖管便應用而生。其中，石墨烯具有極高導熱系數(shù)，單層石墨烯的導熱系數(shù)可達5300W/m.K，近年來逐漸被用于散熱等方面，在散熱片中嵌入石墨烯或數(shù)層石墨烯可使得其局部熱點溫度大幅下降。同時，石墨烯/聚合物復合材料的高導熱性能的研究也越來越受到科研人員的重視，有研究表明，聚合物中加入5％的石墨烯后，復合材料的導熱系數(shù)比聚合物本體高出4倍。同時，石墨烯的加入能夠有效提高聚合物的熱降解溫度，提高聚合物的耐高溫性能，使由石墨烯制備的聚合物復合材料可以在較高溫度下使用。

與此同時，在地暖管的加工過程中，管道的內(nèi)壁會出現(xiàn)表面粗糙現(xiàn)象而使管內(nèi)壁不光滑，在實際運行過程中，會降低管道內(nèi)熱水流動速率，也會使水中的一些微生物附著，最終形成微生物粘泥。

目前，三層或五層阻氧地暖管的功能只有阻氧功能，而沒有高導熱以及防垢功能。市場上的石墨烯管并沒有對石墨烯在管道內(nèi)的復合進行優(yōu)化配置，不能在較少的添加量下達到最好的導熱效果。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種高導熱防垢功能型阻氧地暖管，以解決阻氧管導熱效率低下、不耐高溫以及管材內(nèi)壁表面不光滑的缺點。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種高導熱防垢功能型阻氧地暖管，包括內(nèi)層、外層、粘接膠層和阻氧層，所述的內(nèi)層包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0-1份、含氟聚合物：5-10份、聚合物基體：100份；所述的外層包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：1-10份、聚合物基體：100份；所述的粘接膠層包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.5-0.8份、熱熔膠：100份。上述各步需要將改性氧化石墨烯與樹脂基體混合均勻后再經(jīng)過雙螺桿擠出機造粒。

進一步的，所述改性氧化石墨烯由包括如下步驟制備而得：將氧化石墨烯分散在溶劑中超聲分散1-2h，得到氧化石墨烯膠體，在機械攪拌下在氧化石墨烯中加入表面改性劑，在60-90℃反應4-5h后，然后去離子水洗滌數(shù)次，干燥后研磨過篩即得改性氧化石墨烯。

進一步的，所述溶劑為水、丙酮、氯仿、四氫呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或甲苯。

進一步的，所述表面改性劑為有機胺、硅烷偶聯(lián)劑、十六烷基溴化銨、異氰酸酯或二異氰酸酯化合物。

進一步的，所述含氟聚合物為乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基樹脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚合物、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯中一種或兩種以上的混合物。

進一步的，所述聚合物基體為耐熱聚乙烯(PERT)、聚丁烯(PB)或交聯(lián)聚乙烯(PEX)。

進一步的，所述阻氧層為EVOH阻氧層。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明所述的高導熱防垢功能型阻氧地暖管具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明所述的高導熱防垢功能型阻氧地暖管內(nèi)層由含氟聚合物/聚合物基體或改性氧化石墨烯/含氟聚合物/聚合物基體復合材料組成；內(nèi)層通過第一粘接膠層連接阻氧層，為了適應耐高溫要求，對熱熔膠也進行了氧化石墨烯復合改性處理；阻氧層通過第二粘接膠層連接外層；外層由改性氧化石墨烯/聚合物基體復合材料組成。由于石墨烯以及氧化石墨烯的成本較高，所以在制備石墨烯/聚合物復合材料的過程中，借鑒功能梯度復合材料的理念，即通過控制構(gòu)成材料的要素，由一側(cè)向另一側(cè)呈連續(xù)梯度變化，使其內(nèi)部界面消失，從而獲得材料的性質(zhì)和功能相應于組成和結(jié)構(gòu)的變化而呈現(xiàn)梯度變化的非均質(zhì)材料。在地暖管的內(nèi)層、粘接層、外層加入的改性氧化石墨烯含量并不相同，在達到最好導熱性能的同時，其改性氧化石墨烯的用量盡可能的少。

本發(fā)明在現(xiàn)有技術中的阻氧管的基礎上，用表面改性后的氧化石墨烯對管道的內(nèi)層、粘接膠層、外層都進行了復合改性，使管材的導熱系數(shù)有了大幅度的提高；同時粘接膠層的熱穩(wěn)定性也有所提高。在內(nèi)層加入含氟聚合物可以使管道內(nèi)壁光滑而不易結(jié)垢。

附圖說明

圖1為實施例1-5所述的五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

除有定義外，以下實施例中所用的技術術語具有與本發(fā)明所屬領域技術人員普遍理解的相同含義。以下實施例中所用的試驗試劑，如無特殊說明，均為常規(guī)生化試劑；所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。

下面結(jié)合實施例及附圖來詳細說明本發(fā)明。

如圖1所示，一種五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管，由內(nèi)向外依次設置的內(nèi)層1、EVOH阻氧層3、外層5組成，內(nèi)層1通過第一粘接膠層2與EVOH阻氧層3粘接，EVOH阻氧層3通過第二粘接膠層4與外層5粘接。

實施例1

五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的內(nèi)層1、外層5、第一粘接膠層2和第二粘接膠層4中均使用了經(jīng)過表面改性的氧化石墨烯，該氧化石墨烯由如下步驟制備而得：將氧化石墨烯分散在DMF中超聲分散1h，得到氧化石墨烯膠體，在機械攪拌下在氧化石墨烯中加入有機胺，在90℃反應4個小時后，然后去離子水洗滌2-3次，干燥后研磨過篩即得改性氧化石墨烯。

其中：內(nèi)層1包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.5份、乙烯-四氟乙烯共聚物：5份、PERT：100份；所述的外層5包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：1份、PERT：100份；所述的第一粘接膠層2和第二粘接膠層4包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.5份、熱熔膠：100份。

該阻氧地暖管采用五層共擠工藝制備規(guī)格為D20S4.0的管材，其溫度控制和速度控制等與現(xiàn)有技術類似。

制得的五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的導熱率為0.73W/m·K，且制得的管材內(nèi)壁光滑。

實施例2

本實施例所用改性石墨烯的制備與實施例1相同。

其中：內(nèi)層1包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：1份、乙烯-四氟乙烯共聚物：10份、PERT：100份；所述的外層5包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：5份、PERT：100份；所述的第一粘接膠層2和第二粘接膠層4包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.8份、熱熔膠：100份。

該阻氧地暖管采用五層共擠工藝制備規(guī)格為D20S4.0的管材，其溫度控制和速度控制等與現(xiàn)有技術類似。

制得的五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的導熱率為0.98W/m·K，且制得的管材內(nèi)壁比實施例1制得的管材更光滑。

實施例3

五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的內(nèi)層1、外層5、第一粘接膠層2和第二粘接膠層4中均使用了經(jīng)過表面改性的氧化石墨烯，該氧化石墨烯由如下步驟制備而得：將氧化石墨烯分散在無水乙醇中超聲分散1h，得到氧化石墨烯膠體，在機械攪拌下在氧化石墨烯中加入硅烷偶聯(lián)劑KH560，在60℃反應4h后，然后去離子水洗滌2-3次，干燥后研磨過篩即得改性氧化石墨烯。

其中：內(nèi)層1包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.5份、乙烯-四氟乙烯共聚物：5份、PERT：100份；所述的外層5包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：1份、PERT：100份；所述的第一粘接膠層2和第二粘接膠層4包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.5份、熱熔膠：100份。

該阻氧地暖管采用五層共擠工藝制備規(guī)格為D20S4.0的管材，其溫度控制和速度控制等與現(xiàn)有技術類似。

制得的五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的導熱率為0.68W/m·K，同時制得的管材內(nèi)壁光滑。

實施例4

本實施例所用改性石墨烯的制備與實施例3相同。

其中：內(nèi)層1包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：1份、乙烯-四氟乙烯共聚物：10份、PERT：100份；所述的外層5包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：5份、PERT：100份；所述的第一粘接膠層2和第二粘接膠層4包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.8份、熱熔膠：100份。

該阻氧地暖管采用五層共擠工藝制備規(guī)格為D20S4.0的管材，其溫度控制和速度控制等與現(xiàn)有技術類似。

制得的五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的導熱率為0.83W/m·K，且制得的管材內(nèi)壁更光滑。

實施例5

五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的內(nèi)層1、外層5、第一粘接膠層2和第二粘接膠層4中均使用了經(jīng)過表面改性的氧化石墨烯，該氧化石墨烯由如下步驟制備而得：將氧化石墨烯分散在水中中超聲分散1-2h，得到氧化石墨烯膠體，在機械攪拌下在氧化石墨烯中加入十六烷基溴化銨，在80℃反應5個小時后，然后去離子水洗滌數(shù)次，干燥后即得改性氧化石墨烯。

其中：內(nèi)層1包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：1份、乙烯-四氟乙烯共聚物：10份、PERT：100份；所述的外層5包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：10份、PERT：100份；所述的第一粘接膠層2和第二粘接膠層4包括如下重量份數(shù)的組分：改性氧化石墨烯：0.8份、熱熔膠：100份。

該阻氧地暖管采用五層共擠工藝制備規(guī)格為D20S4.0的管材，其溫度控制和速度控制等與現(xiàn)有技術類似。

制得的五層的高導熱防垢功能型阻氧地暖管的導熱率為1.02W/m·K，且制得的管材內(nèi)壁光滑。

本發(fā)明的由改性氧化石墨烯復合制備的高導熱防垢功能型阻氧地暖管，相對于未添加改性石墨烯的阻氧地暖管，其導熱率提高在83％-175％之間；內(nèi)壁的光滑程度有較大提升，而且力學性能也大幅增加。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。