一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管的制作方法

本发明涉及塑料管领域，尤其是一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管。

背景技术

塑料管一般是以合成树脂，也就是聚酯为原料、加入稳定剂、润滑剂、增塑剂等，以“塑”的方法在制管机内经挤压加工而成。与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，塑料管拥有质量轻，有较好的耐腐蚀性能，节省金属材料经济成本低廉，塑料管的内壁光滑减少了流体的输送阻力，运输方便，使用寿命长等优点。故而，塑料管备受到管道工程的关注，塑料管已经成为城市建设建筑给排水、城市电气传输、光缆护套和工业流体输送等领域应用的主要管材。

但是现有技术中的塑料管存在重量大、质量差的问题，在使用过程中塑料管容易发生破损氧化，降低了使用寿命。此外，由于塑料管的生产工艺落后，加工出来的塑料管抗拉强度、抗弯曲性能等机械性能差，不能满足人们的需求。

技术实现要素：

为了克服现有技术中塑料管存在的重量大、质量差、强度低、抗拉抗弯曲性能差等缺陷，本发明提供一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下重量份的原料制备而成：

所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下方法制备而成：

步骤一，碳纤维的制备：将纤维素纳米纤维置于管式炉中，然后通入保护气体，以2～5℃/min的升温速度升温至300～500℃并保温1～3h，再以5～10℃/min的升温速度升温至700～1000℃并保温0.5～2h，最后以5～10℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维；

步骤二，碳纤维插层石墨烯复合材料的制备：将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt％的分散液，利用功率为1200～1500w的超声波粉碎机对分散液进行处理，处理时间为60～120min，其中需要冰水浴将分散液的温度控制在20～30℃；然后向分散液中加入摩尔浓度为1～2mmol/l的氧化石墨烯溶液，常温常压磁力搅拌器上机械搅拌10～20min，利用功率为1500～1800w超声波粉碎机处理30～60min，得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液；再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入n2h4·h2o，搅拌分散均匀后，利用nh3·h2o调节体系的ph＝10，搅拌5～10min，将反应体系密封，加热到85～90℃，反应60～120min，用透析的方法用蒸馏水冲洗至中性，冷冻干燥即得纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料；最后将得到的纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料置于管式炉中，通入保护气体，以5～10℃/min的升温速度升温至700～1000℃并保温1～2h，以5～10℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维插层石墨烯复合材料；

步骤三，料物混合：称取所述重量份的聚氯乙烯、碳纤维、碳纤维插层石墨烯复合材料放入高速混合机中，混合均匀后，加入所述重量份的改性碳酸钙、丙烯酸酯、硬脂酸锌、抗氧化剂、润滑剂以及稳定剂，充分混合均匀后，得混合均匀的物料；

步骤四，挤出成型：将步骤三中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，通过挤出成型，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，即得轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管。

上述的一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。

上述的一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸甘油酯、硬脂酸钡中的一种。

上述的一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述稳定剂为钙锌稳定剂。

上述的一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述步骤二中纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的质量比为10～50:8～10。

上述的一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述步骤二中n2h4·h2o与氧化石墨烯的质量比为1:2～6。

与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果：

本发明的有益效果是，本发明轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管采用向塑料管材中添加碳纤维插层石墨烯的复合材料和改性碳酸钙，有效地消除了传统塑料管存在的重量大、质量差、强度低、抗拉抗弯曲性能差的缺陷。本发明的制备工艺设计合理，操作简单易行，不仅适合塑料管的大规模工业化生产，还能保证塑料管的高性能质量，能够广泛适用于给排水系统、采暖管道系统以及燃气输送系统等领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明碳纤维与石墨烯复合的sem图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的具体结构、工作原理的内容，下面结合附图对本发明做进一步的说明，但是以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的范围。对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据此附图和实施例获得其他的实施例，都属于本发明的保护范围。

【实施例1】

一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下重量份的原料制备而成：

所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下方法制备而成：

步骤一，碳纤维的制备：将纤维素纳米纤维置于管式炉中，然后通入保护气体，以2℃/min的升温速度升温至300℃并保温1h，再以5℃/min的升温速度升温至700℃并保温2h，最后以5℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维；

步骤二，碳纤维插层石墨烯复合材料的制备：将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt％的分散液，利用功率为1200w的超声波粉碎机对分散液进行处理，处理时间为120min，其中需要冰水浴将分散液的温度控制在20℃；然后向分散液中加入摩尔浓度为1mmol/l的氧化石墨烯溶液，常温常压磁力搅拌器上机械搅拌10min，利用功率为1500w超声波粉碎机处理60min，得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液；再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入n2h4·h2o，搅拌分散均匀后，利用nh3·h2o调节体系的ph＝10，搅拌5min，将反应体系密封，加热到85℃，反应120min，用透析的方法用蒸馏水冲洗至中性，冷冻干燥即得纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料；最后将得到的纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料置于管式炉中，通入保护气体，以5℃/min的升温速度升温至700℃并保温2h，以5℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维插层石墨烯复合材料；

步骤三，料物混合：称取所述重量份的聚氯乙烯、碳纤维、碳纤维插层石墨烯复合材料放入高速混合机中，混合均匀后，加入所述重量份的改性碳酸钙、丙烯酸酯、硬脂酸锌、抗氧化剂、润滑剂以及稳定剂，充分混合均匀后，得混合均匀的物料；

步骤四，挤出成型：将步骤三中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，通过挤出成型，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，即得轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管。

所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；所述润滑剂为硬脂酸钙；所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述步骤二中纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的质量比为50:10；所述步骤二中n2h4·h2o与氧化石墨烯的质量比为1:2。

【实施例2】

一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下重量份的原料制备而成：

所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下方法制备而成：

步骤一，碳纤维的制备：将纤维素纳米纤维置于管式炉中，然后通入保护气体，以5℃/min的升温速度升温至500℃并保温1h，再以10℃/min的升温速度升温至1000℃并保温0.5h，最后以10℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维；

步骤二，碳纤维插层石墨烯复合材料的制备：将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt％的分散液，利用功率为1500w的超声波粉碎机对分散液进行处理，处理时间为60min，其中需要冰水浴将分散液的温度控制在30℃；然后向分散液中加入摩尔浓度为2mmol/l的氧化石墨烯溶液，常温常压磁力搅拌器上机械搅拌20min，利用功率为1800w超声波粉碎机处理60min，得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液；再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入n2h4·h2o，搅拌分散均匀后，利用nh3·h2o调节体系的ph＝10，搅拌10min，将反应体系密封，加热到90℃，反应60min，用透析的方法用蒸馏水冲洗至中性，冷冻干燥即得纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料；最后将得到的纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料置于管式炉中，通入保护气体，以10℃/min的升温速度升温至1000℃并保温1h，以10℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维插层石墨烯复合材料；

步骤三，料物混合：称取所述重量份的聚氯乙烯、碳纤维、碳纤维插层石墨烯复合材料放入高速混合机中，混合均匀后，加入所述重量份的改性碳酸钙、丙烯酸酯、硬脂酸锌、抗氧化剂、润滑剂以及稳定剂，充分混合均匀后，得混合均匀的物料；

步骤四，挤出成型：将步骤三中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，通过挤出成型，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，即得轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管。

所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；所述润滑剂为硬脂酸甘油酯；所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述步骤二中纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的质量比为40:8；所述步骤二中n2h4·h2o与氧化石墨烯的质量比为1:6。

【实施例3】

一种轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管，所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下重量份的原料制备而成：

所述轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管由以下方法制备而成：

步骤一，碳纤维的制备：将纤维素纳米纤维置于管式炉中，然后通入保护气体，以5℃/min的升温速度升温至400℃并保温2h，再以10℃/min的升温速度升温至800℃并保温1h，最后以10℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维；

步骤二，碳纤维插层石墨烯复合材料的制备：将纤维素纳米纤维分散在水溶液中配制成1wt％的分散液，利用功率为1400w的超声波粉碎机对分散液进行处理，处理时间为80min，其中需要冰水浴将分散液的温度控制在25℃；然后向分散液中加入摩尔浓度为1mmol/l的氧化石墨烯溶液，常温常压磁力搅拌器上机械搅拌15min，利用功率为1800w超声波粉碎机处理40min，得到均匀分散的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液；再向得到的纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的分散液中加入n2h4·h2o，搅拌分散均匀后，利用nh3·h2o调节体系的ph＝10，搅拌8min，将反应体系密封，加热到90℃，反应80min，用透析的方法用蒸馏水冲洗至中性，冷冻干燥即得纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料；最后将得到的纤维素纳米纤维插层石墨烯复合材料置于管式炉中，通入保护气体，以10℃/min的升温速度升温至900℃并保温1h，以10℃/min的降温速度降至室温，即得碳纤维插层石墨烯复合材料；

步骤三，料物混合：称取所述重量份的聚氯乙烯、碳纤维、碳纤维插层石墨烯复合材料放入高速混合机中，混合均匀后，加入所述重量份的改性碳酸钙、丙烯酸酯、硬脂酸锌、抗氧化剂、润滑剂以及稳定剂，充分混合均匀后，得混合均匀的物料；

步骤四，挤出成型：将步骤三中混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，通过挤出成型，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，即得轻质高强的碳纤维石墨烯塑料管。

所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；所述润滑剂为硬脂酸钡；所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述步骤二中纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的质量比为50:8；所述步骤二中n2h4·h2o与氧化石墨烯的质量比为1:4。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。