專利名稱：一種用于換熱器的復(fù)合材料中空纖維及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于換熱器的復(fù)合材料中空纖維及制備方法，屬于復(fù)合材料中空纖維換熱器的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)金屬換熱器耐腐蝕性較差、不易搬運(yùn)和安裝；稀有金屬與合金換熱器價(jià)格昂貴；石墨換熱器機(jī)械強(qiáng)度低，抗彎曲和拉伸強(qiáng)度弱和易脆裂等；玻璃換熱器的熱阻大，材料脆性大，導(dǎo)熱系數(shù)小。而高分子材料中的聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及其復(fù)合材料作為導(dǎo)熱材料制備的換熱器，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、不易結(jié)垢的特點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是管壁較厚O-50mm)熱阻較大、傳熱效率低。研究開發(fā)能夠克服現(xiàn)有換熱材料及其換熱器的缺點(diǎn)的新型技術(shù)是目前導(dǎo)熱材料和換熱器技術(shù)研究的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料中空纖維，該復(fù)合材料中空纖維具有管壁薄、熱阻小、機(jī)械強(qiáng)度高及導(dǎo)熱效率高的特點(diǎn)，用其作為導(dǎo)熱材料制備的換熱器換熱性能好、體積小、重量輕、耐腐蝕性好、易維護(hù)、不易結(jié)垢、安裝方便。本發(fā)明所述的換熱器所使用的導(dǎo)熱材料為上述的復(fù)合材料中空纖維。換熱器主體由復(fù)合材料中空纖維、殼體、封頭、封蓋組成，其特征還在于換熱器殼體、封蓋、封頭是由耐溫耐腐蝕的材料制成的，或者是具有耐腐蝕、耐溫內(nèi)襯的金屬構(gòu)件，根據(jù)不同工況換熱器的殼體可以設(shè)計(jì)成圓筒形、方形，沉浸式或其它形式；復(fù)合材料中空纖維通過封膠工藝與殼體結(jié)合在一起；殼體、封頭、封蓋之間有密封墊圈，通過耐腐蝕螺栓連接在一起。本發(fā)明復(fù)合材料中空纖維的制備是通過下述的技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。一種復(fù)合材料中空纖維，該中空纖維的內(nèi)徑為50 3000微米，壁厚5 1000微米，其特征在于該復(fù)合材料中空纖維由下列組分組成的(1)基質(zhì)材料25 99. 5%?；|(zhì)材料選自是聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、高密度聚乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺、尼龍等具有良好耐溫性能的高分子材料。(2)碳素填料0· 5 75%。碳素填料是指石墨類、碳纖維、碳納米管等具有良好導(dǎo)熱性的碳素材料。(3)輔助材料0 45%。輔助材料主要是指偶聯(lián)劑、增韌劑、分散劑、抗老化劑等。偶聯(lián)劑為馬來酸酐接枝聚丙烯、鋁酸酯等。其用量占總物料質(zhì)量的0 20%。增韌劑選自橡膠中的三元乙丙橡膠(EPDM)、二元乙丙橡膠(EPR)或茂金屬聚烯烴彈性體中的POE、POP或無機(jī)剛性粒子中的納米碳酸鈣、納米二氧化硅、滑石粉、云母等。其用量占總物料質(zhì)量的0 20%。分散劑為己烯基雙硬脂酰胺(EBS)、聚乙烯蠟等。其用量為總物料的0 5%。
上述復(fù)合材料中空纖維的制備方法，其特征在于其制備過程主要包括物料預(yù)混一熔融紡纖一纖維定型一纖維切割與整理；紡纖溫度120 600°C。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一、1.預(yù)混，物料配比聚丙烯石墨馬來酸酐接枝聚丙烯EBS = 60 40 15 0. 1。2.控制噴絲頭溫度220°C、氮?dú)馔ㄈ肓?5ml/min，機(jī)頭壓力6. 7MPa，熔融紡纖。3.中空纖維水冷定型。制得的聚丙烯復(fù)合中空纖維外徑691微米、拉伸強(qiáng)度 11. 56MPa、斷裂伸長(zhǎng)率 226. 45 %。4.通過封膠工藝制得管殼式、沉浸式等多種形式的聚丙烯導(dǎo)熱復(fù)合材料中空纖維換熱器。實(shí)施例二、1.預(yù)混，物料配比聚丙烯石墨馬來酸酐接枝聚丙烯EBS = 80 20 12 0. 1。2.控制噴絲頭溫度215°C、氮?dú)馔ㄈ肓?2ml/min，機(jī)頭壓力6. 7MPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例一同。制得的聚丙烯復(fù)合材料中空纖維外徑6M微米、拉伸強(qiáng)度35. 43MPa、斷裂伸長(zhǎng)率 408. 28%o實(shí)施例三、1.預(yù)混，物料配比聚丙烯石墨馬來酸酐接枝聚丙烯EBS = 95 5 8 0. 1。2.控制噴絲頭溫度210°C、氮?dú)馔ㄈ肓縧Oml/min，機(jī)頭壓力6. 7MPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例一同。制得的聚丙烯復(fù)合材料中空纖維外徑643微米、拉伸強(qiáng)度45. 64MPa、斷裂伸長(zhǎng)率 560. 45%o實(shí)施例四、1.預(yù)混，物料配比聚偏氟乙烯碳纖維馬來酸酐接枝聚丙烯納米碳酸鈣= 80 20 12 15。2.控制噴絲頭溫度245°C、氮?dú)馔ㄈ肓縃ml/min，機(jī)頭壓力11. 5MPa，熔融紡纖。3.中空纖維水冷定型，即得聚偏氟乙烯復(fù)合材料中空纖維。制得的中空纖維外徑為746微米，拉伸強(qiáng)度11. 15MPa，斷裂伸長(zhǎng)率100. 68%。4.通過封膠工藝制得管殼式、沉浸式等多種形式的聚偏氟乙烯復(fù)合材料中空纖維換熱器。實(shí)施例五、1.預(yù)混，物料配比聚偏氟乙烯碳纖維馬來酸酐接枝聚丙烯納米碳酸鈣= 90 10 8 10。2.控制噴絲頭溫度255°C、氮?dú)馔ㄈ肓?6ml/min，機(jī)頭壓力12. OMPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例四同。
制得的聚偏氟乙烯復(fù)合材料中空纖維外徑734微米，拉伸強(qiáng)度17. 29MPa,斷裂伸長(zhǎng)率 104. 85%。實(shí)施例六、1.預(yù)混，物料配比聚偏氟乙烯碳纖維馬來酸酐接枝聚丙烯納米碳酸鈣= 9 5 · 5 · 6 · 5 ο2.控制噴絲頭溫度260°C、氮?dú)馔ㄈ肓?9ml/min，機(jī)頭壓力12. 8MPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例四同。制得的聚偏氟乙烯復(fù)合材料中空纖維外徑705微米，拉伸強(qiáng)度22. 34MPa,斷裂伸長(zhǎng)率 107. 37%。實(shí)施例七、1.預(yù)混，物料配比聚全氟乙丙烯碳納米管三元乙丙橡膠(EPDM)鋁酸酯= 99 1 10 8。2.控制噴絲頭溫度310°C、氮?dú)馔ㄈ肓?2ml/min，機(jī)頭壓力13. 6MPa，熔融紡纖。3.中空纖維水冷定型，即得聚全氟乙丙烯復(fù)合材料中空纖維。制得的中空纖維外徑729微米，拉伸強(qiáng)度21. 38MPa，斷裂伸長(zhǎng)率129. 54%。4.通過封膠工藝制得管殼式、沉浸式聚全氟乙丙烯導(dǎo)熱復(fù)合材料纖維與換熱器。實(shí)施例八、1.預(yù)混，物料配比聚全氟乙丙烯碳納米管三元乙丙橡膠(EPDM)鋁酸酯= 99.4 0.6 8 6。2.控制噴絲頭溫度306°C、氮?dú)馔ㄈ肓?0ml/min，機(jī)頭壓力13. 6MPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例七同。制得的聚全氟乙丙烯復(fù)合材料中空纖維外徑703微米，拉伸強(qiáng)度21. 86MPa,斷裂伸長(zhǎng)率133. 67%。實(shí)施例九、1.預(yù)混，物料配比聚全氟乙丙烯碳納米管三元乙丙橡膠(EPDM)鋁酸酯= 99.8 0. 2 7 6。2.控制噴絲頭溫度300°C、氮?dú)馔ㄈ肓?0ml/min，機(jī)頭壓力14. 8MPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例七同。制得的聚全氟乙丙烯復(fù)合材料中空纖維外徑694微米，拉伸強(qiáng)度23. 94MPa,斷裂伸長(zhǎng)率136. 15%。實(shí)施例十、1.預(yù)混，物料配比聚四氟乙烯碳纖維馬來酸酐接枝聚丙烯二元乙丙橡膠 =70 30 15 8。2.控制噴絲頭溫度370°C、氮?dú)馔ㄈ肓?0ml/min，機(jī)頭壓力14. 6MPa熔融紡纖。3.纖維水冷定型，即得聚四氟乙烯復(fù)合材料中空纖維。制得的中空纖維外徑735 微米，拉伸強(qiáng)度12. 27MPa，斷裂伸長(zhǎng)率108. 43%%。4.通過封膠工藝制得管殼式、沉浸式等多種形式的聚四氟乙烯復(fù)合材料中空纖維換熱器。實(shí)施例i^一、
1.預(yù)混，物料配比聚四氟乙烯碳纖維馬來酸酐接枝聚丙烯二元乙丙橡膠 =85 15 10 6。2.控制噴絲頭溫度368°C、氮?dú)馔ㄈ肓?8ml/min，機(jī)頭壓力14. 8MPa熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例十同。得的聚四氟乙烯復(fù)合材料中空纖維外徑719微米，拉伸強(qiáng)度17. 92MPa,斷裂伸長(zhǎng)率 110. 34%。實(shí)施例十二、1.預(yù)混，物料配比聚四氟乙烯碳纖維馬來酸酐接枝聚丙烯二元乙丙橡膠 =95 ； 5 ； 6 ； 6。2.控制噴絲頭溫度363°C、氮?dú)馔ㄈ肓?8ml/min，機(jī)頭壓力14. 6MPa熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例十同。制得的聚四氟乙烯復(fù)合材料中空纖維外徑710微米，拉伸強(qiáng)度23. 62MPa,斷裂伸長(zhǎng)率 113. 22%。實(shí)施例十三、1.預(yù)混，物料配比高密度聚乙烯石墨馬來酸酐接枝聚丙烯聚乙烯蠟= 60 40 15 0. 1。2.控制噴絲頭溫度150°C、氮?dú)馔ㄈ肓?5ml/min，機(jī)頭壓力8. 2MPa，熔融紡纖。3.纖維水冷定型，即得高密度聚乙烯復(fù)合材料中空纖維。制得的中空纖維外徑 710微米、拉伸強(qiáng)度10. 09MPa、斷裂伸長(zhǎng)率202. 56%。4.通過封膠工藝制得管殼式、沉浸式等多種形式的聚乙烯導(dǎo)熱復(fù)合材料中空纖維換熱器。實(shí)施例十四、1.預(yù)混，物料配比高密度聚乙烯石墨馬來酸酐接枝聚丙烯聚乙烯蠟= 80 20 12 0. 1。2.控制噴絲頭溫度160°C、氮?dú)馔ㄈ肓?3ml/min，機(jī)頭壓力8. OMPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例十三同。制得的高密度聚乙烯導(dǎo)熱復(fù)合材料中空纖維外徑659微米、拉伸強(qiáng)度117. 46MPa、 斷裂伸長(zhǎng)率385. 14%。實(shí)施例十五、1.預(yù)混，物料配比高密度聚乙烯石墨馬來酸酐接枝聚丙烯聚乙烯蠟= 90 10 8 0.1。2.控制噴絲頭溫度165°C、氮?dú)馔ㄈ肓?2ml/min，機(jī)頭壓力8. 2MPa，熔融紡纖。其它步驟與實(shí)施例十三同。制得的高密度聚乙烯導(dǎo)熱復(fù)合材料中空纖維外徑580微米、拉伸強(qiáng)度20. 46MPa、 斷裂伸長(zhǎng)率473. 89%。
權(quán)利要求
1.一種高分子復(fù)合材料中空纖維，其特征在于高分子復(fù)合材料中空纖維是以具有良好耐溫耐腐蝕性能以及良好機(jī)械性能的高分子材料為基質(zhì)材料，添加具有良好導(dǎo)熱性的碳素材料以及輔助材料進(jìn)行熔融擠出而制備的復(fù)合材料導(dǎo)熱中空纖維。
2.按權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合材料中空纖維，其特征在于制備過程中所添加的輔助材料主要包括偶聯(lián)劑、增韌劑、分散劑、抗老化劑。
3.按權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合材料中空纖維，其特征在于基質(zhì)材料、碳素材料、輔助材料占物料總重量的百分比分別為25 99. 5%、0. 5 75%、0 45%。
4.按權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合材料中空纖維，其特征在于其制備過程主要包括 物料預(yù)混一熔融紡纖一纖維定型一纖維切割與整理；紡纖溫度120 600°C。
5.按權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合材料中空纖維，其特征在于中空纖維的內(nèi)徑為50 3000微米，壁厚5 1000微米。
6.一種使用包括如權(quán)利要求1所述的高分子復(fù)合材料中空纖維的換熱器，其特征在于換熱器的主體是由高分子復(fù)合材料中空纖維、殼體、封頭、封蓋組成；換熱器殼體、封蓋、封頭是由耐溫耐腐蝕的高分子材料、金屬以及經(jīng)過防腐處理的金屬制成的；高分子復(fù)合材料中空纖維通過封膠工藝與殼體結(jié)合在一起；封蓋與殼體及封頭之間密封連接；換熱器上分別設(shè)有冷熱流體的進(jìn)出口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換熱器用復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于高分子復(fù)合材料中空纖維是以具有良好耐溫耐腐蝕性能的高分子材料為基質(zhì)材料，添加具有良好導(dǎo)熱性的碳素材料以及輔助材料進(jìn)行熔融擠出而制備的復(fù)合材料導(dǎo)熱中空纖維；由其而制備的換熱器的主體由高分子復(fù)合材料中空纖維、殼體、封頭、封蓋組成。本發(fā)明的高分子復(fù)合材料中空纖維及其換熱器具有中空纖維傳熱系數(shù)高、換熱器換熱效率高、抗腐蝕性強(qiáng)、體積小重量輕、易維護(hù)、成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)D01F6/48GK102260931SQ20101018683
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者叢凱麗, 張鵬碩, 王麗, 秦余春, 董為毅 申請(qǐng)人:天津膜科力科技有限公司