1.本技术涉及高分子材料领域，主要涉及一种辐射交联聚乙烯管材。
背景技术：
2.聚乙烯（polyethylene，简称pe）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀。聚乙烯材料的应用非常广阔，其中管材领域是聚乙烯应用领域中的一个重要方面。目前，聚乙烯管材的制备方法主要包括硅烷交联法、过氧化物交联法和辐射交联法，其中，辐射交联法为物理交联方法，无需化学交联试剂，利用高能射线（高能电子束或者γ射线）进行辐射交联，采用此方法生产的聚乙烯管材为辐射交联聚乙烯管（pe-xc管）。辐射交联聚乙烯管材是目前国内外市场上级别最高的地暖管材，具有卫生环保、性能优异和使用寿命长等优点，是新一代的绿色管材的代表，能够在-70~110℃和0.6~2mpa压力下长期使用，寿命达到50年以上。但是，辐射交联聚乙烯管材的导热系数较低，目前市面上的辐射交联聚乙烯管材的导热系数在0.45w/m
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k左右，因此，作为地暖管材使用时存在热交换效率较低的问题，为了实现对热能资源的高效利用，如何提高辐射交联聚乙烯管材的导热性能一直是本领域技术人员的研发重点之一。
3.因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现要素：
4.鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种辐射交联聚乙烯管材，旨在解决现有辐射交联聚乙烯管材的导热系数较低的问题。
5.本技术的技术方案如下：一种辐射交联聚乙烯管材，其中，按照重量份数计，包括以下原料：聚乙烯100份；热辐射材料5~50份；热传导材料5~50份；其中，所述热辐射材料为辐射发射率大于0.5的材料；所述热传导材料为导热系数在20w/m
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k以上的材料。
6.本技术的辐射交联聚乙烯管材，添加有热辐射材料和热传导材料，通过同时采用热辐射和热传导两种热交换方式来提高辐射交联聚乙烯管材的热交换效率，当本技术的辐射交联聚乙烯管材用作地暖管材使用时，可以大大提升其热交换效率，实现对热能资源的高效利用。
7.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述辐射交联聚乙烯管材，按照重量份数计，包括以下原料：所述聚乙烯100份；所述热辐射材料10~20份；
所述热传导材料30~40份；所述热辐射材料为云母粉、氧化石墨、远红外陶瓷粉、尖晶石型金属氧化物中的一种或两种以上；所述热传导材料为氮化铝、碳化硅、氧化铝、石墨烯、碳纳米管中的一种或两种以上。
8.采用以上比例制备得到的辐射交联聚乙烯管材，能有效提升管材的热交换效率。
9.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述热辐射材料为云母粉。
10.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述云母粉的粒径为500nm~10μm。
11.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述云母粉的粒径为1~10μm。
12.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述热传导材料为氮化铝粉和氧化铝粉的组合。
13.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述氮化铝粉和所述氧化铝粉的重量比为1:3~5。
14.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述氮化铝粉和所述氧化铝粉的粒径为1~20μm。
15.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、耐热聚乙烯或线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的组合。
16.所述的辐射交联聚乙烯管材，其中，所述聚乙烯采用所述高密度聚乙烯与所述茂金属聚乙烯的组合，所述高密度聚乙烯与所述茂金属聚乙烯之间的重量比为70~90：10~30。
17.有益效果：本技术的辐射交联聚乙烯管材，添加有热辐射材料和热传导材料，通过同时采用热辐射和热传导两种热交换方式来提高辐射交联聚乙烯管材的热交换效率，当本技术的辐射交联聚乙烯管材用作地暖管材使用时，可以大大提升其热交换效率，实现对热能资源的高效利用。
具体实施方式
18.本技术提供一种辐射交联聚乙烯管材，为使本技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
19.本技术提供一种辐射交联聚乙烯管材，按照重量份数计，包括以下原料：聚乙烯100份；热辐射材料5~50份；热传导材料5~50份；其中，热辐射材料为辐射发射率大于0.5的材料，如云母粉、氧化石墨、远红外陶瓷粉、尖晶石型金属氧化物（如mnfe2o4、cufe2o4）等；热传导材料为导热系数在20w/m
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k以上的材料，如氮化铝、碳化硅、氧化铝、石墨烯、碳纳米管等。
20.传统的地暖管材主要是通过热传导的方式进行热交换，本技术的辐射交联聚乙烯管材，添加有热辐射材料和热传导材料，除了热传导以外还增加了热辐射的方式，通过同时
采用热辐射和热传导两种热交换方式来提高辐射交联聚乙烯管材的热交换效率，使其导热系数可以提高至1.2w/m
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k左右，这样当本技术的辐射交联聚乙烯管材用作地暖管材使用时，可以大大提升其热交换效率，实现对热能资源的高效利用。
21.地暖进水温度标准一般在60℃以内，家庭使用温度一般设置在30℃到50℃之间。由于温度变化会影响材料的辐射发射率，在本技术中，实际上选用的是在温度30-60℃时其辐射发射率大于0.5的材料。在本技术优选实施例方案中，热辐射材料优选为云母粉，因为此原料容易购得且原料成本低，而且，添加云母粉还有助于热辐射材料和热传导材料均匀分布在聚乙烯中，防止热辐射材料和热传导材料团聚，以确保辐射交联聚乙烯管材热交换效率的提升。在本技术日以前，云母粉、氧化石墨、远红外陶瓷粉等材料，由于其导热系数较低，一般用于制备隔热材料，但在本技术中则利用其辐射发射率高的特点，通过热辐射的热交换形式来提高辐射交联聚乙烯管材的热交换效率。进一步地，云母粉的粒径优选为500nm~10μm，采用此粒径范围的云母粉可以很好的与聚乙烯混合，进一步云母粉的粒径优选为1~10μm，采用此粒径范围的云母粉的成本相对较低。需要说明的是，本技术中对于云母粉的来源并没有特殊限制，采用市售商品即可。由于辐射热是由物体沿直线向外射出，辐射不需要任何介质，因此，只要添加有热辐射材料就能提高管材的热交换效率，在本技术中，热辐射材料的用量优选为10~20份。
22.在本技术方案中，导热系数是指材料在20℃下测的导热系数。关于热传导材料的选择，石墨烯、碳纳米管的导热性能非常好，但是其成本昂贵，用于辐射交联聚乙烯管材时会大大增加管材的生产成本，不利于管材的推广。而且，申请人在实验过程中发现，可能由于石墨烯粉体存在堆叠效应，不能充分发挥其导热优势，对管材导热率的提升效果并没有达到预期的效果。在本技术优选实施例方案中，热传导材料优选为氮化铝粉和氧化铝粉的组合。若只加入较少的热传导材料，由于其在聚乙烯中的分布较为分散，不能形成导热链或导热网络，对管材导热率的提升效果不大，因此，在本技术中热传导材料的用量优选为30~40份，其中，氮化铝粉和氧化铝粉的重量比优选为1:3~5。氮化铝的导热系数为170w/m
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k，而氧化铝的导热系数为30w/m
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k左右，但是氮化铝的价格比氧化铝的价格要高出几倍，最初申请人的设想为降低管材成本，用氧化铝与氮化铝混合，但意外地发现，即使在管材中混入较高比例的氧化铝粉，其导热性能也与只加入氮化铝的管材的导热性能相差不大。推测其原理为较高比例的氧化铝粉可以在管材中形成导热网络，而穿插在导热网络中的氮化铝粉可以发挥其优异的热传导性能，且穿插在导热网络中的云母粉也会通过热辐射的方式将周围的热量传递到温度较低物体中，三者协同作用以提高导热网络的热交换效率。因此，采用此比例搭配的氮化铝粉和氧化铝粉，可以在较低成本下有效提升管材的导热率。进一步地，氮化铝粉和氧化铝粉的粒径优选为1~20μm，采用此粒径范围的氮化铝粉和氧化铝粉可以很好的与聚乙烯混合。需要说明的是，本技术中对于氮化铝粉和氧化铝粉的来源并没有特殊限制，采用市售商品即可。
23.进一步地，聚乙烯可以为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、耐热聚乙烯或线性低密度聚乙烯中的一种或两种以上的组合。在本技术实施例方案中，聚乙烯采用高密度聚乙烯与茂金属聚乙烯的组合，高密度聚乙烯与茂金属聚乙烯之间的重量比为70~90：10~30，在本技术实施例方案中，高密度聚乙烯与茂金属聚乙烯之间的重量比为80：20。由于在本技术方案中添加了较高含量的热辐射材料和热传导材料，为了保证
管材的力学性能，在本技术中采用高密度聚乙烯与茂金属聚乙烯的组合，通过添加部分的茂金属聚乙烯，以保证管材的力学性能符合gb/t 18992 .2-2003要求。需要说明的是，本技术中对于高密度聚乙烯与茂金属聚乙烯的来源并没有特殊限制，采用市售商品即可。
24.进一步地，本技术提供的辐射交联聚乙烯管材，按照重量份数计，还可以包括以下原料：抗氧化剂0-3份。
25.通过添加抗氧化剂提升管材的阻氧性能，延长聚乙烯管材的使用寿命。
26.本技术中还提供上述辐射交联聚乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：将热辐射材料、热传导材料混合均匀后加入到聚乙烯中，混合后挤出造粒，得到母粒；将母粒挤出成管状，得到管材坯体；采用高能电子加速器或者
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co-γ射线对管材坯体进行辐照交联，得到辐射交联聚乙烯管材。
27.挤出造粒时，挤出温度可以为180-220℃；将母粒挤出成管状时，挤出温度可以为180-220℃。辐照交联过程中，辐照剂量为80～140kgy。辐射交联聚乙烯管材的制备方法为现有技术，在此不赘述。
28.以下通过具体实施例对本技术作进一步说明。
29.在本技术实施例中所选用的原料均为市售商品。
30.实施例1将100重量份云母粉（粒径为10μm）、70重量份氮化铝粉（粒径为5μm）、280重量份氧化铝粉（粒径为10μm）混合均匀得到混合粉体，将800重量份高密度聚乙烯与200重量份茂金属聚乙烯混合均匀，加入混合粉体，混合均匀后加入造粒机中，挤出温度为200℃，挤出造粒得到母粒；将母粒加入挤出机中挤出成管状，挤出温度为210℃，得到管材坯体，壁厚4.0mm，管径32mm；采用
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co-γ射线对管材坯体进行辐照交联，辐照剂量为120kgy。
31.实施例2实施例2与实施例1的制备工艺相同，区别在于原料的用量不同。将200重量份云母粉（粒径为10μm）、80重量份氮化铝粉（粒径为5μm）、320重量份氧化铝粉（粒径为10μm）混合均匀得到混合粉体，将700重量份高密度聚乙烯与300重量份茂金属聚乙烯混合均匀，加入混合粉体，混合均匀后加入造粒机中，挤出温度为200℃，挤出造粒得到母粒；将母粒加入挤出机中挤出成管状，挤出温度为210℃，得到管材坯体，壁厚4.0mm，管径32mm；采用
60
co-γ射线对管材坯体进行辐照交联，辐照剂量为120kgy。
32.实施例3实施例3与实施例1的制备工艺相同，区别在于原料的用量不同。将300重量份云母粉（粒径为10μm）、60重量份氮化铝粉（粒径为5μm）、240重量份氧化铝粉（粒径为10μm）混合均匀得到混合粉体，将700重量份高密度聚乙烯与300重量份茂金属聚乙烯混合均匀，加入混合粉体，混合均匀后加入造粒机中，挤出温度为200℃，挤出造粒得到母粒；将母粒加入挤出机中挤出成管状，挤出温度为210℃，得到管材坯体，壁厚4.0mm，管径32mm；采用
60
co-γ射线对管材坯体进行辐照交联，辐照剂量为120kgy。
33.实施例4
将100重量份云母粉（粒径为10μm）、350重量份氮化铝粉（粒径为5μm）混合均匀得到混合粉体，将800重量份高密度聚乙烯与200重量份茂金属聚乙烯混合均匀，加入混合粉体，混合均匀后加入造粒机中，挤出温度为200℃，挤出造粒得到母粒；将母粒加入挤出机中挤出成管状，挤出温度为210℃，得到管材坯体，壁厚4.0mm，管径32mm；采用
60
co-γ射线对管材坯体进行辐照交联，辐照剂量为120kgy。
34.将实施例1~4制备得到的辐射交联聚乙烯管材，按照gb/t 18992.2-2003测试其力学性能。将实施例1~4制备得到母粒挤出成厚度为4.0mm的板状，经过同样的辐射交联处理后，按照gb/t22588-2008标准测试其导热系数，结果见表1。
35.表1地暖测试：测试对象为实施例1的辐射交联聚乙烯管材（后续简称测试例）和某品牌同尺寸的地暖管材（后续简称对照例），地暖管的管间距同样为16cm；选择同样面积的房间，测试采暖面积为100m2，铺设同样的木地板；使用同样的锅炉为菲斯曼24kw，设定出水温度为60℃，设定采暖温度为20℃；测试时外界温度3~10℃。测试例房间和对照例房间同时开启地暖，测试例房间开启11小时后达到指定温度，用气20方；对照例开启12小时后达到指定温度，用气22方；当达到指定温度20℃后，将两个测试房间的地暖24小时运转5天，测试例房间总烧气量为85方，平均每天烧气17方，对照例房间总烧气量为93方，平均每天烧气约19方。通过此测试可以看到，本技术所提供的辐射交联聚乙烯管材确实有效提升地暖管的热交换效率，节省能源消耗。
36.应当理解的是，本技术的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本技术的保护范围。