本发明属于高分子聚合物复合材料领域，尤其涉及亲水性、高热导率复合材料，具体为一种全热交换膜及其制备方法，还涉及一种包括该全热交换膜的全热交换芯体，一种包括全热交换芯体的全热交换器以及一种包括全热交换芯体的空气处理机组。
背景技术：
随着人们对空气品质的要求和被动楼技术的发展，提高能源利用率并改善空气质量成为绿色建筑领域关注焦点之一。在新风机使用过程中，对于新风处理的能耗往往占空调总能耗的30％以上。新风换气装置技术近年来有较大提高，其一般是将新风管道与室内排风管道进行热交换来实现节约能源的效果。使用全热交换器，通过新鲜空气与排出的混浊空气在全热交换膜上进行能量和湿度交换，可对建筑内空气能量及湿度进行调节和回收，从而有效实现建筑物节能减排的目标。因此，全热交换技术逐渐成为了建筑节能领域重点研究方向之一。
目前，现有新风机的热交换芯块多采用铝芯快和纸芯块，铝芯块应用于显热交换器，无法进行湿度即潜热交换；纸芯块应用于全热交换器，但是一方面显热交换不如铝芯，另一方面容易霉变、堵塞和滋生细菌，降低了空气品质，使用寿命也比较短。
在以上背景下，近年来有技术希望通过使用高导热填料来提高全热交换膜的导热系数，进而赋予透湿膜一定的显热交换能力。对此，目前主要采用的技术路线有两种：
(1)高导热纸芯。采用高导热填料加入到纸浆中，提高纸芯的全热交换效率。例如：
申请号为CN201410590943.4的中国专利申请中公开了一种高导热性石墨烯复合导热过滤材料，采用水溶性石墨烯和纸浆，其含量配比为水溶性石墨烯≤2％、纸浆≥98％，常温下均匀混合后采用造纸工艺成型为板状或用模具成型。
(2)高导热高分子芯。以树脂和高导热填料为原料，以不同方法成型制备全热交换膜，提高高分子芯的全热交换效率。例如：
申请号为CN201210332671.9的中国专利申请公开了一种热交换异相复合薄膜及其制备方法，该热交换异相复合薄膜由高聚物、非金属无机物和高导热导电材料组成，其中非金属无机物以晶相粉粒分散在高聚物基体中，形成多相固态薄膜；高聚物具有可溶性或可熔性，非金属无机物具有层状、网状或孔状结构，高导热导电材料具有层状、管状或其它晶格结构，并且高导热导电材料质量占高聚物和非金属无机物总质量的1％～10％。
申请号为CN201610118814.4的中国专利申请公开了一种管状中空纤维膜、制备方法及应用，其中该纤维膜为中空管状结构，管壁由外向内依次包括皮层和多孔支撑层，其中，皮层的材质为聚乙烯醇，且皮层的厚度为5-20μm，多孔支撑层中含有导热材料，导热材料占多孔支撑层总质量的40-60％。
申请号为CN201310120456.7的中国专利申请中公开了一种高导热透湿膜及其制备方法。高导热透湿膜包括膜基材及高导热填料，高导热填料在膜基材和高导热填料总量中的含量为1-10wt％。
但是以上方法在实际操作过程中，主要缺陷有两点：
(1)导热填料与基材均匀复合，尽管提高了一定的显热交换效率，但是导热填料会阻塞微孔，影响水分子透过膜，反而降低了潜热交换效率。
(2)导热填料使用量少时，不能在基材中形成骨架或网络，导热率提高有限；而导热填料使用量多时，造成基材缺陷较多，使力学性能大大下降，膜寿命严重受限。
为此，市场需要一种新的全热交换膜，其可以在不降低潜热交换率的前提下，有效提高显热交换效率。
技术实现要素：
针对上述技术背景和技术问题。本发明目的为开发一种新的全热交换膜，旨在不降低潜热交换率的前提下，有效提高显热交换效率。针对这一目的，本发明采用高导热亲水性复合纤维为基材形成导热亲水纤维网络作为骨架或基材，再在该骨架或基材上涂敷亲水性高分子复合材料形成全热交换膜。
本发明提供了一种全热交换膜，包括导热亲水多孔结构膜以及涂敷在该导热亲水多孔结构膜上的亲水性高分子复合材料；其中，所述导热亲水多孔结构膜主要由导热亲水复合纤维通过无纺布工艺或压合工艺制成，所述导热亲水复合纤维包括亲水性纤维和高导热填料，所述亲水性高分子复合材料包括亲水性高分子材料和填料。
其中，所述导热亲水多孔结构膜为导热亲水无纺布。
其中，所述导热亲水无纺布的克重为30-50g/m2，优选为40g/m2。
其中，所述导热亲水复合纤维由熔融纺丝法或溶液纺丝法制成。
其中，所述亲水性纤维包括再生纤维和亲水性合成纤维中的至少一种。
其中，所述再生纤维包括粘胶纤维，所述亲水性合成纤维包括经亲水改性处理后的涤纶、腈纶、锦纶或丙纶中的至少一种。
其中，所述高导热填料包括石墨烯、碳纤维、碳纳米管、石墨、金属粉末中的至少一种。
其中，所述高导热填料的含量为导热亲水多孔结构膜总重量的0.1-20％，优选为3-10％。
其中，所述亲水性高分子材料包括聚丙烯酸、高聚合度聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基丙烯酰胺以及其它亲水改性处理后的热塑性高分子聚合物中的一种或几种的混合物。
其中，所述填料的添加总量为亲水性高分子复合材料总重量的0.1-5％，优选0.5-3％。
其中，所述填料包括吸湿剂、阻燃剂和致孔剂。
其中，所述吸湿剂包括吸湿性无机酸盐、吸湿性有机酸盐、吸湿性多价醇、吸湿性高分子中的一种或多种混合物。
其中，所述吸湿性有机酸盐包括乳酸钙和吡络烷酮羟酸钠中的至少一种。
其中，所述吸湿性多价醇包括甘醇。
其中，所述吸湿性高分子包括淀粉及其改性物、聚谷氨酸、醋酸乙烯、羧甲基纤维素中的至少一种。
其中，所述吸湿剂必须包括吸湿性无机酸盐。
其中，所述阻燃剂包括无机系阻燃剂和有机系阻燃剂中的至少一种。
其中，所述无机系阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化镁、三氧化二锑、硅系阻燃剂(可为无机的二氧化硅，也可为有机的硅氧烷等)中的至少一种。
其中，所述有机系阻燃剂包括聚磷酸锑、溴化铵、氯化聚烯烃中的至少一种。
其中，所述致孔剂包括聚乙二醇，优选聚乙二醇-2000。
其中，所述全热交换膜具有1.725-3.922W/(m·K)的导热系数和492.0-1231.4g/m2的24小时水蒸气透过量。
本发明还提供了一种上述全热交换膜的制备方法，包括以下步骤：
(a)将亲水性纤维和高导热填料制成导热亲水复合纤维；
(b)通过无纺布工艺或压合工艺，主要由所述导热亲水复合纤维制成导热亲水多孔结构膜；
(c)在一定温度下，在溶剂中溶解亲水性高分子材料，然后加入填料，进行恒温搅拌，均匀分散后形成亲水性高分子复合材料；
(d)将所述亲水性高分子复合材料涂敷在所述导热亲水多孔结构膜上，经干燥后得到所述全热交换膜。
其中，步骤(c)中所述溶剂选自丙酮、水、乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二醇二甲醚中的一种或几种的混合溶剂。
其中，步骤(c)中所述溶解和所述恒温搅拌的温度为40-90℃，搅拌时间为2-24小时。
其中，步骤(d)中的涂敷方法包括流延法、压延法、模压法、蒸发溶剂法中的至少一种。
本发明还提供了一种全热交换芯体，其包括上述全热交换膜，优选主要由上述全热交换膜制成，其中，将全热交换膜制成全热交换芯体的工艺和方法是公知的。
本发明还提供了一种全热交换器，包括上述全热交换芯体，还包括壳体、设置在所述壳体上的新风进风口、新风出风口、排风进风口、排风出风口，所述全热交换芯体设置于所述壳体内。
本发明还提供了一种空气处理机组，包括上述全热交换芯体，还包括机组箱体，设置在所述机组箱体上的新风进风口、新风出风口、排风进风口、排风出风口，所述全热交换芯体设置于所述机组箱体内。
本发明提供了一种新的亲水性高导热全热交换膜及其制备方法，还提供了一种由所述全热交换膜制成的全热交换芯体，一种包括所述全热交换芯体的全热交换器以及一种包括所述全热交换芯体的空气处理机组。该膜的网络骨架结构或基材结构为主要由导热亲水复合纤维通过无纺布工艺或压合工艺制成的导热亲水多孔结构膜，其可有效提高膜的传热性能，有利于显热交换。而以此导热亲水多孔结构膜为基材，所涂敷的亲水性高分子复合膜有利于水分子在表面的吸附和在垂直方向上的扩散，其中所添加的吸湿剂、阻燃剂和致孔剂有助于进一步提高亲水性高分子复合膜的透湿性。
由此，本发明的全热交换膜在保证了高透湿度的情况下，有效提高了全热交换膜的显热交换能力。其中，主要由导热亲水复合纤维构成的多孔结构膜的高导热亲水纤维网络结构在负责传热的同时，给全热交换膜提供了较高的机械强度，可使全热交换膜寿命大大高于纸膜和纯高分子膜。
具体实施方式
实施例1
采用以下步骤制备了实施例1的全热交换膜，所述步骤包括：
(1)采用含5wt.％石墨烯的粘胶纤维为原料，加工为克重35g/m2、厚度为260μm的无纺布；
(2)取10g聚乙烯醇，加入100ml水并保持90℃持续密封搅拌2小时溶解；随后加入0.05g氯化钙、0.05g氢氧化钙和0.1g聚乙二醇-2000，保温70℃持续搅拌2小时至添加物分散均匀，随后静置脱泡12小时；
(3)将步骤(2)得到的混合物均匀涂敷在无纺布表面，在80℃鼓风干燥箱内保持8小时干燥；得到全热交换膜。
对上述全热交换膜进行水蒸气透过率测试，测试方法依据国标GB1037-88。在测试温度为38℃，透过面相对湿度为90％的条件下，得到24小时水蒸气透过量为841.5g/m2。
对上述全热交换膜湿膜进行导热性能测试，导热系数为1.725W/(m·K)。
实施例2
(1)采用含20wt.％石墨的亲水腈纶为原料，加工为克重50g/m2、厚度为350μm的无纺布；
(2)取20g聚乙烯吡咯烷酮，加入150ml N-甲基吡咯烷酮并保持60℃密封持续搅拌4小时溶解；随后加入0.2g氯化镁、0.1g氢氧化铝和0.1g聚乙二醇-2000，保温40℃持续搅拌8小时至添加物分散均匀；随后静置脱泡12小时；
(3)将步骤(2)得到的混合物均匀涂敷在无纺布表面，在60℃鼓风干燥箱内保持12小时干燥；得到全热交换膜。
对上述全热交换膜进行水蒸气透过率测试，条件与实施例1相同，得到24小时水蒸气透过量为492.0g/m2。
对上述全热交换膜湿膜进行导热性能测试，导热系数为3.922W/(m·K)。
实施例3
(1)采用含20wt.％石墨的粘胶纤维为原料，加工为克重45g/m2、厚度为300μm的无纺布；
(2)取20g聚丙烯酸，加入80ml乙醇并保持40℃密封持续搅拌2小时溶解；随后加入0.05g氯化镁、0.1g吡咯烷酮羟酸钠、0.1g溴化铵和0.2g聚乙二醇-2000，保温40℃持续搅拌12小时至添加物分散均匀；随后静置脱泡12小时；
(3)将步骤(2)得到的混合物均匀涂敷在无纺布表面，在80℃鼓风干燥箱内保持6小时干燥；得到全热交换膜。
对上述全热交换膜进行水蒸气透过率测试，条件与实施例1相同，得到24小时水蒸气透过量为981.5g/m2。
对上述全热交换膜湿膜进行导热性能测试，导热系数为2.205W/(m·K)。
实施例4
(1)采用含10wt.％碳纳米管的亲水改性涤纶纤维为原料，加工为克重40g/m2、厚度为300μm的无纺布；
(2)取20g聚二甲基丙烯酰胺，加入150ml丙酮并保持50℃密封持续搅拌2小时溶解；随后加入0.05g氧化铝、0.1g羧甲基纤维素、0.2g三氧化二锑和0.05g聚乙二醇-2000，保温50℃持续搅拌8小时至添加物分散均匀；随后静置脱泡12小时；
(3)将步骤(2)得到的混合物均匀涂敷在无纺布表面，在60℃鼓风干燥箱内保持10小时干燥；得到全热交换膜。
对上述全热交换膜进行水蒸气透过率测试，条件与实施例1相同，得到24小时水蒸气透过量为881.5g/m2。
对上述全热交换膜湿膜进行导热性能测试，导热系数为1.835W/(m·K)。
实施例5
(1)采用含10wt.％碳纤维的亲水改性丙纶纤维为原料，加工为克重40g/m2、厚度为300μm的无纺布；
(2)取5g聚二甲基丙烯酰胺和10g聚丙烯酸，加入150ml乙醇并保持40℃密封持续搅拌4小时溶解；随后加入0.01g氧化钙、0.01g聚谷氨酸、0.02g聚磷酸锑和0.1g聚乙二醇-2000，保温40℃持续搅拌12小时至添加物分散均匀；随后静置脱泡12小时；
(3)将步骤(2)得到的混合物均匀涂敷在无纺布表面，在80℃鼓风干燥箱内保持12小时干燥；得到全热交换膜。
对上述全热交换膜进行水蒸气透过率测试，条件与实施例1相同，得到24小时水蒸气透过量为1231.4g/m2。
对上述全热交换膜湿膜进行导热性能测试，导热系数为1.732W/(m·K)。
表1总结了本发明实施例1-5的全热交换膜与申请号为CN201210332671.9和CN201310120456.7的中国专利申请中的全热交换膜的比较。由表1可以看出，与现有技术相比，本发明的全热交换膜通过利用导热亲水纤维网络作为全热交换膜的基材或骨架、且在该基材或骨架上涂敷亲水性高分子复合材料，大幅提高了全热交换膜的透湿性和导热性。
表1 本发明的全热交换膜与现有技术的对比
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。