本发明涉及复合管材，具体为一种uhmwpe/hdpe复合管材及其制备方法。
背景技术：
1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)是粘均分子量在150万以上的线形结构聚乙烯(普通聚乙烯的相对分子质量仅为2-30万)，分子量通常在100-500万，结晶度65％-85％，密度0.92-0.96g/cm3。极高的相对分子量，赋予了其超凡的使用性能，成为一种性能优良的新型热塑性工程塑料。由于其分子量极高，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其他工程塑料所无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、不粘附、不吸水等综合性能。因此用uhmwpe成型的管材可广泛用于粮食加工行业、化工、煤炭、矿山、电厂等行业，进行各种粉体、流体及固液混合物的耐磨、耐腐蚀输送，输送物如：面粉谷物、矿粉矿浆、砂土泥浆、电厂灰渣、化工原料、工业三废、石油燃气等，可用作电厂排灰管、清砂工程管道、水煤浆工程管道、矿石、矿砂运输管道等。
2、例如公告号为cn107189159a的发明专利公开了单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材及其制备方法，包括以下重量份数的原料：超高分子量聚乙烯100份、聚乙烯蜡2-3份、石墨1-2份、硬脂酸钙0.3-0.5份、高岭土10-15份和无水乙醇0.5-1份；本发明提高了管材力学性能和热性能，管材拉伸屈服强度≥22mpa，热变形温度≥110℃，维卡软化温度≥15℃，其他性能均能满足qb/t2668-2004标准要求，模压样片的拉伸强度和断裂伸长率高；提高管材热变形温度30℃以上，可应用于工况100℃时使用；该管材具有很好的耐高温性，可以满足输送高温物质的要求，但是由于其内壁的摩擦系数较大，在输送物质过程中，物质与内壁摩擦容易造成管材内壁的磨损，从而影响管材的使用，而且由于摩擦系数较大，导致物质在管材中的流动性较差，不利于物质的正常输送。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种uhmwpe/hdpe复合管材及其制备方法。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种uhmwpe/hdpe复合管材，所述复合管材包含如下重量份组分：80-100份超高分子量聚乙烯、50-70份高密度聚乙烯、20-30份酚醛改性环氧树脂聚合物、3-8份复合纳米颗粒、10-15份石墨负载纳米线、0.5-1.2份硬脂酸钙、8-13份高岭土、1-3份复合加工助剂。
4、作为本发明的进一步优选方案，所述超高分子量聚乙烯的分子量为300-400万；
5、所述高密度聚乙烯的分子量为20-30万；
6、所述复合加工助剂由质量比为1：(0.3-0.8)的油酸酰胺和油酸丁酯组成。作为本发明的进一步优选方案，所述石墨负载纳米线的制备方法如下：
7、1)将活性炭研磨成小颗粒后，放置于蒸馏水中煮沸，经盐酸、无水乙醇、蒸馏水的反复交替洗涤后，在100-110℃烘箱中干燥，然后与聚碳硅烷一起加入到正庚烷中，充分搅拌后形成悬浮液，经干燥后得到混合粉末，备用；
8、2)将石墨粉末加入到硝酸铁-酒精溶液中，超声分散20-30min，然后放置于马弗炉中干燥，得到预处理石墨粉末，然后将预处理石墨粉末和混合粉末分别放入陶瓷坩埚中，并置于管状刚玉炉中，其中，混合粉末靠近进气口，混合粉末靠近出气口，密封后，将刚玉管抽真空，持续通入氩气至常压，然后以恒定10-15sccm的氩气流速对管内反应进行保护，以10-15℃/min升温至1200-1260℃，并保温2-5h，自然冷却至室温后，将石墨粉末取出，加入到无水乙醇中，经超声洗涤后烘干，得到石墨负载纳米线。
9、作为本发明的进一步优选方案，步骤1)中，所述活性炭、聚碳硅烷、正庚烷的用量比例为(10-20)g：(2-5)g：(15-30)ml；
10、所述活性炭的粒径为0.5-1.0mm。
11、作为本发明的进一步优选方案，步骤2)中，所述石墨粉末、硝酸铁-酒精溶液的用量比例为(1-5)g：(60-80)ml；
12、所述硝酸铁-酒精溶液的浓度为10-15wt％；
13、所述预处理石墨粉末和混合粉末的质量比为1：(3-6)。
14、作为本发明的进一步优选方案，所述复合纳米颗粒的制备方法如下：
15、1)将水滑石、全氟辛基磺酸钾加入到去离子水中，搅拌分散均匀，然后加入适量的稀硝酸调节体系ph值至4-5，在室温下反应70-75h，经过滤、干燥后得到插层水滑石；
16、2)将插层水滑石分散于n,n-二甲基乙酰胺中，超声分散4-6h，经离心后，得到纳米片分散液，然后加入纳米氧化铝，继续超声分散2-5h，再经高速搅拌1-3h，离心分离后烘干，得到复合纳米颗粒。
17、作为本发明的进一步优选方案，所述水滑石、全氟辛基磺酸钾、去离子水的用量比例为(2-5)g：(1.8-2.3)g：(500-800)ml；
18、所述插层水滑石、n,n-二甲基乙酰胺、纳米氧化铝的用量比例为(3-5)g：(100-120)ml：(1-2)g。
19、作为本发明的进一步优选方案，所述酚醛改性环氧树脂聚合物的制备方法如下：
20、将环氧树脂和相当于环氧树脂质量10-30％的酚醛混合，在45-50℃下搅拌，待二者充分混合均匀30-40min后停止加热搅拌，倒入模具中，在150-160℃下固化30-50min，以及200-210℃下固化120-150min，即可得到酚醛改性环氧树脂聚合物。
21、一种uhmwpe/hdpe复合管材的制备方法，所述复合管材的制备方法如下：
22、1)将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和石墨负载纳米线一同加入搅拌机中，并将搅拌的温度控制在60-65℃，搅拌3-5min后，再向其中加入复合加工助剂，将搅拌温度控制在92-98℃，搅拌2-4min后出料，然后与硬脂酸钙、高岭土一起加入到挤出机中，经加温、加压，模具成型、定性，连续生产挤出，得到半成品管材；
23、2)以酚醛改性环氧树脂聚合物为基体，将复合纳米颗粒经预处理后，加入到酚醛改性环氧树脂体系中，控制在45-50℃下搅拌30-50min后形成均一体系，然后将均一体系喷涂到半成品管材内壁，在100-110℃下固化2-3h，再经125-130℃固化1-2h以及150-160℃固化2-3h，然后随炉空冷至室温，即可得到所需的复合管材。
24、作为本发明的进一步优选方案，所述复合纳米颗粒的预处理方法如下：
25、将1-3g硅烷偶联剂a-172溶解于200-300ml浓度为92-95wt％的乙醇溶液中，用乙酸调节体系ph值至4-5，经磁力搅拌器上搅拌2-3h使其充分水解，再将5-12g复合纳米颗粒缓慢加入其中，在60-65℃恒温条件搅拌2-5h，然后放置干燥箱中100-120℃烘干即可。
26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27、本发明中，通过先驱体热解常压化学气相沉淀法，在石墨表面生长一层竹节状纳米线多孔层，从而制得石墨负载纳米线，通过将石墨负载纳米线引入到管材基体中，由于石墨负载纳米线呈竹节状，存在结点，使得裂纹会沿着弯曲的纳米线表面偏转扩展，使得裂纹扩展阻力大大增加，从而可以有效减少应力并缓解其在裂纹的尖端处集中，抑制了裂纹的进一步扩展，从而可以显著提高管材的断裂韧性，随着断裂韧性的提升，会阻碍脆性断裂和晶粒的拔出，从而可以减少管材表面磨屑的产生，同时石墨负载纳米线会吸收大量的断裂能，从而可以减少管材表面分层断裂的形成，从而有助于提高管材的耐磨性，降低磨损量。
28、本发明中，利用全氟辛基磺酸钾经由离子交换插层修饰水滑石，将其在n,n-二甲基乙酰胺中剥离，形成片层结构的插层水滑石，向其中加入纳米氧化铝，经超声处理以及高速搅拌，使得纳米氧化铝嵌入到插层水滑石的片层中，形成复合纳米颗粒，通过将复合纳米颗粒经硅烷偶联剂a-172修饰处理后，加入到酚醛改性环氧树脂聚合物中，经搅拌形成均一体系，并喷涂到半成品管材内壁上，经固化后，在管材内壁形成减磨层，减磨层中，酚醛树脂的引入使得固化物分子结构中苯环基团增多，从而使其硬度增加，而且，复合纳米颗粒会限制聚合物大分子链的移动和滑动，使其硬度得到进一步增加，从而有助于提高减磨层的承载能力，进一提高其耐磨性，有助于减少磨屑的产生，同时，复合纳米颗粒在减磨层中能够有效的传递周围的剪切应力，使得连接基底可以产生局部屈服并吸收更多的能量，从而进一步提高减磨层的耐磨性，使得复合管材具有优异的耐磨性。
29、本发明中，通过将特制的石墨负载纳米线引入到复合管材基体中，并且将由复合纳米颗粒和酚醛改性环氧树脂聚合物配制的均一体系喷涂到管材内壁，可以显著提高管材的断裂韧性，阻碍脆性断裂和晶粒的拔出，从而可以减少管材表面磨屑的产生，从而有助于提高管材的耐磨性，同时，形成的减磨层具有高硬度表面以及优异的承载能力，从而可以进一步提高复合管材的耐磨性，使得复合管材具有高耐磨性，可以更好的承载物资的输送。