[发明专利]一种由石墨烯增强的塑料管材及其制备方法

说明书

本发明涉及塑料管材领域，公开了一种由石墨烯增强的塑料管材及其制备方法。包括如下制备过程：（1）采用乳化剂处理无机纳米多孔微球后加入石墨烯分散液；（2）静电纺丝制得带负电的纳米纤维并分散在石墨烯分散液中，制得无机纳米多孔微球/纳米纤维/石墨烯复合材料；（3）洗涤、干燥；（4）进一步与聚丙烯、乙烯/辛烯共聚物、表面改性碳酸钙、硬脂酸锌共混、挤出，即得石墨烯增强的塑料管材。本发明通过无机纳米多孔微球与纳米纤维进行自组装并吸附石墨烯，在塑料基体中近似颗粒的分散，可直接添加应用于增强塑料管材，同时制备工艺简单，操作方便，生产效率高，制得的增强塑料管材力学性能优异，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及塑料管材领域，公开了一种由石墨烯增强的塑料管材及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平、环保意识的提高以及对健康的关注,在给排水领域掀起了一场建材行业的绿色革命。塑料管材与传统金属管道相比,具有自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、卫生安全、水流阻力小、使用寿命长、安装方便等特点，受到了管道工程界的青睐并占据了相当重要的位臵，形成一种势不可当的发展趋势。

塑料管材虽然应用极为广泛，但其普遍存在刚性低、易发生蠕变等缺陷，故需要通过改性手段对其进行增强。连续纤维增强热塑性塑料管材是一种增强纤维沿周向以一定角度缠绕或沿轴向平行排列的热塑性塑料管材。连续纤维增强热固性塑料管材是早已广泛生产和使用的管材。连续纤维增强热塑性塑料管材通常大多是采用缠绕成型的，而纤维沿轴向平行排列增强的较少。缠绕成型的热塑性塑料管材通常是连续纤维增强热塑性树脂基预浸带缠绕增强塑料管材。以上工艺虽然可制得增强塑料管材，但是关于步骤繁琐，影响了生产效率。

近年来，石墨烯由于其独特的结构和优异的物理化学性能使得其成为了材料研究领域的热点，各种基于石墨烯的复合材料和功能材料也层出不穷。若将纳米纤维与石墨烯结合起来，则可显著提升塑料管材的力学性能；且直接添加简化了生产工艺，提升效率。因此，利用石墨烯增强塑料管材的研究受到重视。

中国发明专利申请号201610813560.8公开了一种碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材及其制备方法。该塑料管材由以下重量份数的原料制备而成：聚丙烯40~60份，聚丙烯接枝马来酸酐4~8份，乙烯/辛烯共聚物3~6份，碳纤维5~8份，表面改性的轻质碳酸钙10~15份，改性石墨烯2~5份，抗氧剂1010 0.2~1份，超支化聚酯分散剂1~2份，硬脂酸锌1~1.5份。上述原料加入高速混合机内混合，再进入双螺杆挤出机共混、挤出、冷却、切粒，最后在注塑机中成型即制得碳纤维/石墨烯协同增强增韧的塑料管材。该发明方法操作简单，所制得的塑料管材质量轻、强度好、耐腐蚀、使用寿命长，能够广泛用于给水、热水管道系统、采暖管道系统、空调管道等领域。

中国发明专利申请号201710678459.0公开了一种复合塑料管材，包括：一主体，主体包括加强复合层，加强复合层为PVC层外围加设有一石墨烯改性塑料而成型，PVC层由PVC为原料制成的管状基材，石墨烯改性塑料由以下质量份数的原料制成：PA12为40-60份、玻璃纤维为30-50份、石墨烯为0.8-3份、纳米氧化锌为0.5-1.5份、表面活性剂为0.3-2份、分散剂为0.1-2份、偶联剂为0.5-2.5份、抗氧剂为0.1-0.6份。该案将石墨烯的优越特性应用于塑料之中，使得经改性后的塑料具有独特的综合力学性能和安全性能，结合PVC层，从而达到更佳的防穿刺效果，可以选择PVC层作为管材内层，硬性的石墨烯改性塑料在外，具有双重防护左右，且耐腐蚀、耐高温性能好，可以应用在塑料管道等领域。

根据上述，现有方案中用于增强塑料管材的技术方法，存在步骤繁琐，生产效率低，并且增强效果不佳等缺点，而利用石墨烯增强塑料管材的工艺方法不成熟，力学性能增强不理想，本发明提出了一种由石墨烯增强的塑料管材及其制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的增强塑料管材的技术方法，存在步骤繁琐，生产效率低，并且增强效果不佳等缺点，而利用石墨烯增强塑料管材的工艺方法不成熟，力学性能增强不理想。