1.本发明涉及燃气管道技术领域，尤其涉及一种高强度聚乙烯燃气管道及其制备方法。
背景技术：
2.随着城市化进程的不断加快，城市居民数量的日益增加，对燃气工程等市政基础设施的要求也不断提高。燃气管作为输送可燃气体的专用管道，必须具备安装方便、连接可靠、耐腐蚀、不堵气、柔软性好、使用寿命长，可以任意弯曲而不变形、不阻气等特点，因此，对于燃气管道的材质提出了更高的要求。其中，聚乙烯(pe)管作为目前中国的市政管材，呈现出强劲的发展势头。
3.聚乙烯本身具有较高的电阻，能够达到10
10
‑
10
20
欧姆，在作为燃气管使用时，燃气和管材发生摩擦，容易在管材上积聚静电，如果积聚的静电不能及时导出，容易产生爆炸，存在着极大的安全隐患。因此，在制备聚乙烯燃气管时，往往需要在聚乙烯基体内加入抗静电剂，但是传统的抗静电剂，大多属于小分子，添加进入聚乙烯基体内后，不仅不稳定，容易析出，而使用无机小分子导电填料也存在和聚乙烯相容性不好，导致聚乙烯的力学性能降低的问题。
技术实现要素：
4.针对上述问题，本发明的目的在于设计提供一种高强度聚乙烯燃气管道及其制备方法，在原料中使用了复合抗静电助剂，和基体材料之间不仅具有较好的相容性，同时还具有良好的分散性和稳定性。
5.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
6.一种高强度聚乙烯燃气管道，所述燃气管道的原料中添加了复合抗静电助剂，所述复合抗静电助剂是在碳纳米纤维上接枝丙烯酸后，与氧化石墨烯复合而成。
7.本发明的燃气管道，使用了复合抗静电助剂，首先，氧化石墨烯和碳纳米纤维均具有较好的导电性能，能够将基体材料中产生的静电荷及时导出，其次，通过丙烯酸接枝碳纳米纤维，一方面，在碳纳米纤维的表面引入丙烯酸分子链，形成刷毛状的结构，有利于碳纳米纤维表面能和极性的降低，增加和聚乙烯基体材料之间的相容性，另一方面，通过丙烯酸的引入，在和氧化石墨烯进行复合的时候，通过丙烯酸的插层效果，不仅能够增加氧化石墨烯的层间距，从而降低氧化石墨烯的团聚效应，同时还能够将碳纳米纤维和氧化石墨烯结合起来，形成网络状的结构，不仅更有利于静电荷的导出，同时还能够使得碳纳米纤维和氧化石墨烯之间起到相互的牵制作用，进而在一定程度上提高了复合抗静电助剂在基体材料中的分散性和稳定性。
8.另外，本发明中的复合抗静电助剂，所使用的氧化石墨烯和碳纳米纤维还能够对基体聚乙烯材料起到补强的作用，由于其和基体材料的相容性增加、分散性和稳定增加，因此，更有利于提高基体材料的力学性能。
9.进一步，所述燃气管道包括以下重量份原料：聚乙烯60
‑
80份、苯乙烯马来酸酐共聚物15
‑
22份、乙撑双油酸酰胺5
‑
8份、复合抗静电助剂15
‑
20份、阻燃剂2
‑
10份、聚乙烯蜡2
‑
3份、抗氧化剂0.4
‑
0.6份、硅烷偶联剂1
‑
2份。
10.进一步，所述燃气管道包括以下重量份原料：聚乙烯70份、苯乙烯马来酸酐共聚物18份、乙撑双油酸酰胺6份、复合抗静电助剂16份、阻燃剂6份、聚乙烯蜡3份、抗氧化剂0.5份、硅烷偶联剂1份。
11.进一步，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、可膨胀石墨中的一种或一种以上。
12.进一步，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中的任意一种。
13.此外，本发明还公开了上述一种高强度聚乙烯燃气管道的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：
14.s1：按照配比分别称取聚乙烯、苯乙烯马来酸酐共聚物、乙撑双油酸酰胺、复合抗静电助剂、阻燃剂、聚乙烯蜡、抗氧化剂和硅烷偶联剂；
15.s2：将聚乙烯和苯乙烯马来酸酐共聚物加入高速混合机中，搅拌混匀后，升温至110
‑
120℃，保温30min，然后加入乙撑双油酸酰胺、复合抗静电助剂，于1000
‑
1100r/min转速下搅拌混合20
‑
40min，加入阻燃剂、聚乙烯蜡、抗氧化剂和硅烷偶联剂，于1200
‑
1400r/min的转速下搅拌混匀，得到混合物料；
16.s3：将混合物料置于单螺杆挤出机中，在料筒温度为180
‑
185℃，机头温度为220
‑
225℃，牵引速度为0.8
‑
1.5m/min，主机转速为25
‑
30r/min的条件下挤出成型，得到成品。
17.进一步，所述复合抗静电助剂的制备方法为：
18.接枝：取丙烯酸搅拌溶解于去离子水中，调节ph至5
‑
6得到丙烯酸溶液，将经过预处理碳纳米纤维加入丙烯酸溶液中，超声分散后，加入引发剂，于70
‑
75℃温度下保温反应2
‑
4h，反应完成后过滤，滤饼加入无水乙醇中浸洗30min，然后用蒸馏水浸泡3h，清洗完成后烘干，得到丙烯酸接枝的改性碳纳米纤维；
19.复合：取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散2h后加入甲基橙，超声处理1h后，加入氯化铁，再超声分散处理30min后，加入改性碳纳米纤维，于65
‑
70℃温度下保温、搅拌反应1h后，降至室温，于1
‑
4℃温度下静置10
‑
12h，解冻后过滤，滤饼先后用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗干净后，真空干燥得到复合抗静电助剂。
20.在与氧化石墨烯复合的过程中，以甲基橙和氯化铁为模板，先撑大氧化石墨烯的层间距，有利于后续的丙烯酸插层。
21.进一步，所述碳纳米纤维的预处理为：取碳纳米纤维置于混酸溶液中，超声分散后，升温至110
‑
120℃，保温回流4
‑
6h，自然冷却至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至中性后，真空干燥。
22.进一步，所述混酸溶液为浓硝酸和浓硫酸的混合溶液，所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3。
23.经过混酸氧化处理的碳纳米纤维，表面引入的大量的羟基基团，一方面有利于后续的丙烯酸的接枝反应，另一方面，结合其高长径比的结构特征，有利于形成连续的高导电通道，从而能够在一定程度上提高基体材料的抗静电效果。
24.本发明的有益效果：
25.本发明的一种高强度聚乙烯燃气管道，在原料中使用了复合抗静电助剂，和传统的抗静电剂相比，有效提高了和基体之间的相容性，以及在基体中的分散性和稳定性，制备得到的燃气管道不仅具有良好的抗静电效果，且具有较好的力学性能。
具体实施方式
26.以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
27.实施例一
28.复合抗静电助剂的制备
29.预处理：取碳纳米纤维置于混酸溶液中，其中混酸溶液是由浓硫酸和浓硝酸按照体积比为3:1进行混合后制得，超声分散后，升温至110
‑
120℃，保温回流4
‑
6h，优选的升温至120℃，保温回流5h，自然冷却至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至中性后，于80℃下真空干燥，得到经过预处理的碳纳米纤维。
30.接枝：取丙烯酸搅拌溶解于去离子水中，调节ph至5
‑
6得到质量分数为65％的丙烯酸溶液，将1/2倍丙烯酸质量的经过预处理碳纳米纤维加入丙烯酸溶液中，超声分散后，加入1.5％丙烯酸质量的过二硫酸铵，于75℃温度下保温反应4h，反应完成后过滤，滤饼加入无水乙醇中浸洗30min，然后用蒸馏水浸泡3h，清洗完成后烘干，得到丙烯酸接枝的改性碳纳米纤维；
31.复合：按照5g/l的固液比取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散2h后加入甲基橙，超声处理1h后，加入氯化铁，氧化石墨烯和甲基橙、氯化铁的质量比为0.1:0.2:11，再超声分散处理30min后，加入2倍氧化石墨烯质量的改性碳纳米纤维，于70℃温度下保温、搅拌反应1h后，降至室温，于2℃温度下静置12h，解冻后过滤，滤饼先后用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗干净后，真空干燥得到复合抗静电助剂。
32.燃气管道的制备
33.s1：按照配比分别称聚乙烯70份、苯乙烯马来酸酐共聚物18份、乙撑双油酸酰胺6份、复合抗静电助剂16份、阻燃剂可膨胀石墨6份、聚乙烯蜡3份、抗氧化剂168 0.5份和硅烷偶联剂1份；
34.s2：将聚乙烯和苯乙烯马来酸酐共聚物加入高速混合机中，搅拌混匀后，升温至115℃，保温30min，然后加入乙撑双油酸酰胺、复合抗静电助剂，于1100r/min转速下搅拌混合40min，加入可膨胀石墨、聚乙烯蜡、抗氧化剂168和硅烷偶联剂，于1400r/min的转速下搅拌混匀，得到混合物料；
35.s3：将混合物料置于单螺杆挤出机中，在料筒温度为185℃，机头温度为220℃，牵引速度为1.5m/min，主机转速为30r/min的条件下挤出成型，得到成品。
36.实施例二
37.复合抗静电助剂的制备
38.预处理与实施例一相同。
39.接枝：取丙烯酸搅拌溶解于去离子水中，调节ph至5
‑
6得到质量分数为65％的丙烯酸溶液，将1/2倍丙烯酸质量的经过预处理碳纳米纤维加入丙烯酸溶液中，超声分散后，加入0.7％丙烯酸质量的过二硫酸铵，于70℃温度下保温反应3h，反应完成后过滤，滤饼加入无水乙醇中浸洗30min，然后用蒸馏水浸泡3h，清洗完成后烘干，得到丙烯酸接枝的改性碳
纳米纤维；
40.复合：按照3g/l的固液比取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散2h后加入甲基橙，超声处理1h后，加入氯化铁，氧化石墨烯和甲基橙、氯化铁的质量比为0.1:0.2:10，再超声分散处理30min后，加入2倍氧化石墨烯质量的改性碳纳米纤维，于65℃温度下保温、搅拌反应1h后，降至室温，于4℃温度下静置10h，解冻后过滤，滤饼先后用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗干净后，真空干燥得到复合抗静电助剂。
41.燃气管道的制备
42.s1：按照配比分别称聚乙烯60份、苯乙烯马来酸酐共聚物22份、乙撑双油酸酰胺5份、复合抗静电助剂15份、阻燃剂氢氧化铝2份、聚乙烯蜡2份、抗氧化剂1010 0.4份和硅烷偶联剂1份；
43.s2：将聚乙烯和苯乙烯马来酸酐共聚物加入高速混合机中，搅拌混匀后，升温至120℃，保温30min，然后加入乙撑双油酸酰胺、复合抗静电助剂，于1050r/min转速下搅拌混合30min，加入氢氧化铝、聚乙烯蜡、抗氧化剂1010和硅烷偶联剂，于1300r/min的转速下搅拌混匀，得到混合物料；
44.s3：将混合物料置于单螺杆挤出机中，在料筒温度为180℃，机头温度为220℃，牵引速度为0.8m/min，主机转速为25r/min的条件下挤出成型，得到成品。
45.实施例三
46.复合抗静电助剂的制备
47.预处理与实施例一相同。
48.接枝：取丙烯酸搅拌溶解于去离子水中，调节ph至5
‑
6得到质量分数为65％的丙烯酸溶液，将1/2倍丙烯酸质量的经过预处理碳纳米纤维加入丙烯酸溶液中，超声分散后，加入1％丙烯酸质量的过二硫酸铵，于75℃温度下保温反应2h，反应完成后过滤，滤饼加入无水乙醇中浸洗30min，然后用蒸馏水浸泡3h，清洗完成后烘干，得到丙烯酸接枝的改性碳纳米纤维；
49.复合：按照4g/l的固液比取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散2h后加入甲基橙，超声处理1h后，加入氯化铁，氧化石墨烯和甲基橙、氯化铁的质量比为0.1:0.2:12，再超声分散处理30min后，加入3倍氧化石墨烯质量的改性碳纳米纤维，于65℃温度下保温、搅拌反应1h后，降至室温，于1℃温度下静置11h，解冻后过滤，滤饼先后用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗干净后，真空干燥得到复合抗静电助剂。
50.燃气管道的制备
51.s1：按照配比分别称聚乙烯80份、苯乙烯马来酸酐共聚物15份、乙撑双油酸酰胺8份、复合抗静电助剂20份、阻燃剂氢氧化镁10份、聚乙烯蜡3份、抗氧化剂1076 0.6份和硅烷偶联剂2份；
52.s2：将聚乙烯和苯乙烯马来酸酐共聚物加入高速混合机中，搅拌混匀后，升温至110℃，保温30min，然后加入乙撑双油酸酰胺、复合抗静电助剂，于1100r/min转速下搅拌混合20min，加入氢氧化镁、聚乙烯蜡、抗氧化剂1076和硅烷偶联剂，于1200r/min的转速下搅拌混匀，得到混合物料；
53.s3：将混合物料置于单螺杆挤出机中，在料筒温度为185℃，机头温度为225℃，牵引速度为1m/min，主机转速为28r/min的条件下挤出成型，得到成品。
54.对实施例一～实施例三制备得到的管材进行表面电阻率以及力学性能的测试，其中表面电阻率按照《gb/t1410
‑
2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》进行检测，测试结果如表1所示：
55.表1
56.项目实施例一实施例二实施例三表面电阻率/ω5.34
×
1064.29
×
1064.87
×
106拉伸强度/mpa32.429.831.7断裂伸长率/％291313304环刚度/kn/m226.724.325.6
57.通过表1的数据可以看出，本发明制备得到的聚乙烯燃气管具有良好的抗静电性能，同时也具有较强的力学性能。
58.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。