本發明涉及管道材料技術領域，具體涉及一種石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材及其制備方法。
背景技術：
塑料管材是高科技復合而成的化學建材，而化學建材是繼鋼材、木材、水泥之后，當代新興的第四大類新型建筑材料。近年來，化學建材在我國取得了長足進步迅猛發展，尤其是新型環保塑料管材的廣泛使用，掀起了一聲替代傳統建材的革命。塑料管材因具有水流損失小、節能、節材、保護生態、竣工便捷等優點，目前廣泛應用于建筑給排水、城鎮給排水以及燃氣管等領域，成為新世紀城建管網的主力軍。
我國塑料管材發展很快，質量在不斷提高。目前，已初步形成以聚氯乙烯(pvc-u))管、聚乙烯(pe)管和聚丙烯(pp-r)管為主的塑料管產業。其中聚乙烯(pe)管由于其自身獨特的優點被廣泛的應用于建筑給水，建筑排水，埋地排水管，建筑采暖、燃氣輸配、輸氣管，電工與電訊保護套管、工業用管、農業用管等。其主要應用于城市供水、城市燃氣供應及農田灌溉。一般pe管材給水管道的應用范圍為低于40℃的溫度，無法用于熱水輸送管道。用于輸送熱水的管材在使用過程中不但需要承受高溫，而且需要承受一定的壓力，且管材常鋪設在地面底部，如果出現損壞，更換非常麻煩，因此，需要開發一種耐高溫、高強度的聚乙烯管材。
技術實現要素：
本發明的主要目的在于解決一般pe管材不耐高溫、容易破損的技術問題，提供了一種石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材及其制備方法，制備的管材耐高溫、強度高。
為了實現上述目的，本發明提供一種石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材，包括如下重量份的組分：己烯共聚高密度耐熱聚乙烯80～90份、石墨烯0.1～3份、含氟苯乙烯2～4份、偶聯劑2～4份、增塑劑6～8份、抗氧劑1～3份、潤滑劑2～4份、溶解劑10～30份、表面活性劑0.1～0.3份；
所述偶聯劑為苯基氨基甲基三甲氧基硅烷、二乙基氨基甲基三乙氧基硅烷、環己基氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基乙基三乙氧基硅烷中的一種；
所述增塑劑為磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、乙二醇二醋酸酯、三甘醇二醋酸酯中的一種；
所述抗氧劑為n-苯基-β-萘胺、亞磷酸三苯酯、硫代二丙酸月桂十八酯、2,4,6-三叔丁基苯酚中的一種；
所述潤滑劑為單硬脂酸甘油酯、硬脂酸正丁酯、甘油三酯中的一種；
所述溶解劑為二甲基甲酰胺或丙酮；
所述表面活性劑為八苯基八硅倍半氧烷。
進一步地，所述石墨烯的重量份為0.5份、1份、1.5份、2份或2.5份。
進一步地，所述己烯共聚高密度耐熱聚乙烯的重量份為85份。
進一步地，所述含氟苯乙烯的重量份為2.5份、3份或3.5份。
進一步地，所述溶解劑的重量份為15份、20份或25份。
進一步地，所述表面活性劑的重量份為0.2份。
上述石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將石墨烯粉體溶于溶解劑中，再加入表面活性劑，攪拌均勻后，30～50khz超聲40～60分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯、含氟苯乙烯、偶聯劑、增塑劑、抗氧劑、潤滑劑混合加熱至150℃～180℃，逐漸升溫至200℃～220℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于220℃～250℃下反應30～60分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在180℃～210℃，螺桿轉速控制在60～90rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
進一步地，步驟(1)所述攪拌時間為80～100min，轉速為2500～20000r/min。
進一步地，步驟(1)所述攪拌時間為90min，轉速為5000r/min。
進一步地，步驟(1)所述超聲時間為50分鐘。
本發明取得的技術效果：
采用己烯共聚高密度耐熱聚乙烯，相對密度0.941～0.965，強度達到pe100級，不但具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩定性好，而且具有較高的剛性和韌性，機械強度好，介電性能、耐環境應力開裂性能亦較好；石墨烯具有強度最高、韌性最高、耐磨防腐，耐高溫和優良的導電性能，只要少量的添加就會起到效果，且考慮到其分散效果，避免團聚現象發生，石墨烯的添加量不宜過大；采用八苯基八硅倍半氧烷，作為表面活性劑，不僅與己烯共聚高密度耐熱聚乙烯、石墨烯的相容性良好，而且也易溶于有機溶劑中，只需要少量的加入，可以有助于輔助石墨烯填料的分散，使其具有納米功能；采用含氟苯乙烯，起到物理交聯點的作用，通過氟苯之間的π-π堆積作用能夠提高熔融狀態下分子鏈之間的相互作用；采用氨基硅烷作為偶聯劑，不僅能夠促進成核，提高結晶溫度，還能和含氟苯乙烯起到協同作用，提高熔體強度；在管材制備過程中，將石墨烯粉體溶于溶解劑中，再加入表面活性劑超聲溶解，使石墨烯填料分散更加均勻，使其具有納米功能，制得管材表面更加光滑，光澤度更高；本發明中各原料相容性好，原料特性得到有效發揮，制備得到的管材具備高強度和耐熱性，高溫高壓下縱向回縮率≤2％，靜液壓狀態下的熱穩定性好，無泄露、無破損。
具體實施方式
下面結合實施例進一步詳細說明本發明技術方案。采用的己烯共聚高密度耐熱聚乙烯購自道達爾公司生產的xsenexrt70材料，八硅倍半氧烷購自上海百舜生物科技有限公司，石墨烯購自吉林吉大地球科學與地質開發股份有限公司，含氟苯乙烯購自寧波赫淳德化科技有限公司，其他組分購自張家港雅瑞化工有限公司。
實施例1石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將0.1份石墨烯粉體溶于10份二甲基甲酰胺中，再加入0.1份八苯基八硅倍半氧烷，轉速2500r/min攪拌100min，攪拌均勻后，超聲50分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯80份、含氟苯乙烯2份、苯基氨基甲基三甲氧基硅烷2份、磷酸三乙酯6份、n-苯基-β-萘胺1份、單硬脂酸甘油酯2份混合加熱至150℃，逐漸升溫至200℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于220℃下反應30分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在180℃，螺桿轉速控制在60rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
實施例2石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將0.5份石墨烯粉體溶于20份二甲基甲酰胺中，再加入0.2份八苯基八硅倍半氧烷，轉速4000r/min攪拌95min，攪拌均勻后，超聲40分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯82份、含氟苯乙烯2.5份、二乙基氨基甲基三乙氧基硅烷3份、磷酸三丁酯7份、亞磷酸三苯酯2份、硬脂酸正丁酯3份混合加熱至165℃，逐漸升溫至205℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于230℃下反應40分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在200℃，螺桿轉速控制在80rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
實施例3石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將1份石墨烯粉體溶于30份二甲基甲酰胺中，再加入0.1份八苯基八硅倍半氧烷，轉速5000r/min攪拌90min，攪拌均勻后，超聲60分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯85份、含氟苯乙烯3份、環己基氨基丙基三甲氧基硅烷4份、乙二醇二醋酸酯8份、硫代二丙酸月桂十八酯3份、甘油三酯4份混合加熱至180℃，逐漸升溫至220℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于240℃下反應60分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在210℃，螺桿轉速控制在90rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
實施例4石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將1.5份石墨烯粉體溶于10份丙酮中，再加入0.2份八苯基八硅倍半氧烷，轉速8000r/min攪拌85min，攪拌均勻后，超聲45分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯88份、含氟苯乙烯3.5份、氨基乙基三乙氧基硅烷2份、三甘醇二醋酸酯6份、2,4,6-三叔丁基苯酚1份、單硬脂酸甘油酯4份混合加熱至150℃，逐漸升溫至200℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于240℃下反應60分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在200℃，螺桿轉速控制在90rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
實施例5石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將2份石墨烯粉體溶于20份丙酮中，再加入0.2份八苯基八硅倍半氧烷，轉速10000r/min攪拌85min，攪拌均勻后，超聲55分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯86份、含氟苯乙烯3份、苯基氨基甲基三甲氧基硅烷2份、磷酸三丁酯7份、n-苯基-β-萘胺2份、單硬脂酸甘油酯4份混合加熱至150℃，逐漸升溫至200℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于240℃下反應60分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在200℃，螺桿轉速控制在90rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
實施例6石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將2.5份石墨烯粉體溶于30份丙酮中，再加入0.3份八苯基八硅倍半氧烷，轉速15000r/min攪拌80min，攪拌均勻后，超聲60分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯90份、含氟苯乙烯3.5份、二乙基氨基甲基三乙氧基硅烷4份、磷酸三丁酯8份、亞磷酸三苯酯3份、甘油三酯2份混合加熱至180℃，逐漸升溫至220℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于250℃下反應30分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在210℃，螺桿轉速控制在60rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
實施例7石墨烯增強耐熱聚乙烯復合管材的制備方法，包括以下步驟：
(1)將3份石墨烯粉體溶于30份丙酮中，再加入0.3份八苯基八硅倍半氧烷，轉速20000r/min攪拌80min，攪拌均勻后，超聲50分鐘，得到前料1；
(2)將己烯共聚高密度耐熱聚乙烯90份、含氟苯乙烯4份、環己基氨基丙基三甲氧基硅烷3份、三甘醇二醋酸酯7份、亞磷酸三苯酯2份、甘油三酯3份混合加熱至165℃，逐漸升溫至210℃，得到前料2；
(3)將步驟(1)的前料1與步驟(2)的前料2混合、攪拌，并于220℃下反應45分鐘，并將溶解劑蒸發除去，得到石墨烯基聚乙烯復合材料；
(4)將步驟(3)的石墨烯基聚乙烯復合材料置入單螺桿擠出機，加工溫度控制在180℃，螺桿轉速控制在75rpm，擠出，得到耐熱聚乙烯管材。
實施例8縱向回縮率測定
試驗方法：取實施例1～7的管材，截取每個實施例長(200±20)mm的管段各3個作為試樣，在試樣上劃兩條相距100mm的圓周標線，并使其一標線距任一端至少10mm。將試樣完全浸泡在液浴槽中，保持管段上端距液面至少30mm，(23±2)℃下液浴至少2小時，測量標線間距l0，精確至0.25mm；將液浴溫度升至(100±2)℃，液浴4小時，取出管段垂直懸掛，待完全冷卻至(23±2)℃，測量標線間距li，精確至0.25mm。
結果計算：按照公式rli＝|l0-li︱/l0×100％計算三個試樣rli的算術平均值，其結果為管材的縱向回縮率rl。通過計算，實施例1～7管材的縱向回縮率rl≤2％。
實施例9靜液壓狀態下的熱穩定性
試驗方法：取實施例1～7的管材，截取每個實施例長(300±20)mm的管段各3個作為試樣，在試樣兩端裝上密封接頭，并與壓力裝置相連，壓力裝置持續均勻地向試樣施加壓力，壓力達到2.4mpa時放置烘箱中，在溫度(110±2)℃下持續施壓8750h。
試驗結果：實施例1～7的管材試樣均無破裂、無滲漏。
顯然，上述實施例僅僅是為了清楚的說明所作的舉例，在上述說明的基礎上還可以做出其他形式的變動或變化。因此，由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍屬于本發明的保護范圍之內。