[发明专利]一种低线膨胀系数的地暖加热管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低线膨胀系数的地暖加热管及其制备方法。它由质量比为100：0.76‑1.08的基体树脂和助剂，经基体树脂干燥、上料、共混、四段式单螺杆挤出成型、氩气真空定径、水槽冷却、压缩空气吹扫、牵引、定尺切割、盘管和交联制成；基体树脂为：HDPE、LDPE和PPR；助剂为：乙烯基三甲氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二月桂酸二丁基锡和抗氧剂。采用三种基体树脂共混获得最佳性能匹配，加入较低量助剂抑制了管材的过度交联；采用较大长径比的四段式单螺杆挤出机，提高了接枝反应效率，通过控制温度、湿度、时间，水解交联更充分。该管材具有高韧性、高塑性、低膨胀系数，方便施工，能广泛应用在地板辐射供暖领域。

技术领域

本发明属于塑料管材生产技术领域，具体涉及一种低线膨胀系数的地暖加热管及其制备方法。

背景技术

“低温热水地面辐射供暖”，简称“地暖”，是以温度不高于60℃的热水为热媒，在暗埋于地面以下的加热管中循环流动，加热整个地板，通过地面以辐射和对流的热传递方式向室内供热的一种供暖方式，由于该供暖方式具有卫生、舒适、节能、节省空间等优点，被广泛应用。根据中华人民共和国行业标准《辐射供暖供冷技术规程》(JGJ142-2012)的规定，采用的地暖加热管大都是塑料管材，交联聚乙烯(PE-X)管便是其中最常用的一种全塑管材，根据中华人民共和国国家标准《冷热水用交联聚乙烯管道系统第2部分：管材》(GB/T18992.2-2003)的定义，该种管材按交联工艺的不同分为过氧化物交联聚乙烯(PE-X_a)管材、硅烷交联聚乙烯(PE-X_b)管材、电子束交联聚乙烯(PE-X_c)管材和偶氮交联聚乙烯(PE-X_d)管材四种类型。

硅烷交联工艺是使聚乙烯和乙烯基硅烷在螺杆挤出机中通过接枝反应制得可交联的硅烷接枝聚乙烯管材，然后在硅醇缩聚催化剂的作用下，将它水解并缩聚而制得含有Si-O-Si交联键的交联聚乙烯，在微观结构上，交联后形成一种三维立体构象，赋予管材耐高温高压的特性。目前的硅烷交联聚乙烯主要用于生产电缆的绝缘层或生产热水管。

目前硅烷交联聚乙烯(PE-X_b)管材较成熟的生产技术通常分为两步法和一步法。两步法是将聚乙烯树脂、硅烷、引发剂和抗氧剂、催化剂分别在挤出机中制备成甲、乙两种组份的母料，然后将甲、乙两种母料按一定比例在另一台挤出机中混合后制成管材，再进行水解交联反应。一步法是将所用的原材料如聚乙烯树脂、硅烷交联剂、抗氧剂、催化剂、过氧化物引发剂等分别计量后，在挤出机中混配，加热塑化，接枝成型为硅烷枝接的聚乙烯管材，再水解交联。上述两种工艺制得的管材的性能是相同的，但由于工艺路线有区别，设备不同，因而在实际生产中的应用范围也有所不同。两步法工艺由于将接枝聚合物和交联催化剂分别单独制备，两种复配料都有一定的保质期，不适合长期储存，同时增加了设备投入，增加了成本。与之相比，一步法因工艺流程短，设备投入小，更有利于大规模工业化生产。

在地暖实际施工中，常用的加热管外径规格范围是16mm-25mm，整盘管材无接头呈回折型或平行型暗埋在地板中，敷设间距为10-30cm，因此，转角、折弯处大量存在，硅烷交联聚乙烯虽然是塑性材料，但经过交联后，分子结构发生转变，较之普通聚乙烯，柔性变差，弹性模量变大，使管材不易弯折，抗弯曲性能变差，交联度越高，这种缺点越明显，在施工中，容易导致施工困难，若弯曲半径过小，会造成折弯处“死折”，即管内空间变窄，影响供热效果，甚至导致泄漏。加热管被埋置在地板下水泥混凝土中，管内水温一般为35-60℃，温差范围较大，若管材的线膨胀系数较高，因尺寸变化产生内应力，则很容易造成地面龟裂现象产生。工程实践证明，水温越高，加热管越长，产生的温度变形越大，龟裂产生的概率越高。因此，硅烷交联聚乙烯加热管的交联度和线膨胀系数均不能过高，否则会影响工程质量，但目前的产品标准和施工规范中对线膨胀系数都没有要求，对交联度指标也没有上限限制。