一种用于火电换热器的高导热ptfe管的制作方法

文档序号:9366441阅读:619来源:国知局
一种用于火电换热器的高导热ptfe管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高导热PTFE管,特别涉及一种用于火电换热器的高导热PTFE管。
【背景技术】
[0002] 换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节 能设备,是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标, 以满足过程工艺条件的需要,同时也提高能源利用率的主要设备之一。
[0003] 换热器广泛地应用于能源、化工、电力、冶金、医药和食品等行业;通常情况下,尤 其是在压力和温度较高的条件下大都采用金属材质的换热器。随着工业发展对换热器耐腐 蚀和抗结垢要求的逐步提高,新型换热器不断被开发出来;除了耐腐蚀性好但价格昂贵的 钛制换热器外,聚合物基材的换热器也得到迅速发展。上世纪七十年代,美国杜邦公司为 了解决制药和化工生产过程中因金属换热器腐蚀而造成的产品污染以及结垢问题,开发 了聚四氟乙烯管束式换热器,获得极大成功;同一时期,前苏联将聚丙烯用作核潜艇循环 热介质与冷却海水的热交换器材料,较好地解决了海水造成的腐蚀和结垢问题;此后,聚合 物基材的换热器逐步得到开发应用。
[0004] 目前,被大规模使用的商业化换热器的材质还是以不锈钢等金属为主。以金属作 为材质不可避免重量大、成本高等缺点,其在腐蚀性场合,更需要使用极其昂贵的特种金属 材料。而且,因为金属的不易加工、成型特性,使得换热器的制造过程比较繁琐。PTFE管换 热器具有优良的耐化学腐蚀性,但是PTFE的加工性能较差,不能像普通工程塑料一样熔融 挤出加工,此外,连接各个PTFE部件的焊接技术也存在不少难点。现有的聚丙烯(石墨改 性聚丙烯)换热器以管壳式为主,受其结构影响,单位体积的换热面积较小,换热效率不是 很高。因此,如何找到一种合适的材料,通过特殊的改性,通过特殊的设计制造高效换热设 备这个想法引起了广大研究工作者的关注。
[0005] 火电行业中换热器的热源常常是腐蚀性气体或液体,常规金属管换热器虽然换热 效率高但不耐腐蚀,而且容易结垢。常规工程塑料管换热器虽然不易结垢,但在高温的腐 性热源环境下易降解,而以PTFE材料制作成的换热管有优异的耐腐蚀性和热稳定性,所以 PTFE管换热器逐渐在火电行业中得到应用,但和普通塑料一样,PTFE存在导热系数低的弊 端,这需要更大的换热器尺寸来达到换热效果,这样大大增加了换热器的生产成本,而且还 会受到使用空间的限制。
[0006] 提高聚合物导热性能有两种方法,一是合成具有高热导率的结构聚合物,如通过 电子导热的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯,或者具有完整结晶结构的聚合物。二是用高导热填料 填充聚合物,如将BN、碳纤维和PBT共混制备导热高分子复合材料。合成本征导热的聚合物 材料生产工艺复杂、成本高、产量低,更适用于高精尖产业。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的在于提供一种用于火电换热器的高导热PTFE管,耐腐蚀、抗结垢, 可应用与火电换热器,它制备工艺简单,价格低廉,可以形成规模化生产,同时兼顾较佳的 导热性能与力学性能。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0009] -种用于火电换热器的高导热PTFE管,由以下步骤制备而得:
[0010] (1)混料:将100重量份的PTFE与10-50重量份的导热填料混匀,然后加入10-25 重量份的助剂混匀得基料;助剂为石脑油;
[0011] (2)熟化:基料在20-25°C下熟化18-20h;
[0012] (3)预压:对熟化后的基料进行预压处理得料坯;
[0013] (4)推压:料坯进入推压机推压成型得管坯,推压压力控制在50-140Mpa,推压速 度控制在0. 5_5m/min;
[0014] 推压速度太慢,产品易分解,甚至不能成型,生产效率低;速度太快,干燥不完全, 产品发黄。
[0015] (5)烧结:管坯进入烧结炉内,经过干燥段干燥,然后烧结段烧结处理;
[0016] (6)冷却:步骤(5)处理后的管坯再淬火冷却后收卷。
[0017] 作为优选,步骤(1)中将100重量份的PTFE与20-50重量份的导热填料混匀的混 合速度为25-50r/min,混合时间为15-25min。控制混匀参数比较关键,混合时间短,混合不 均匀,混合时间长,速度过快,PTFE会纤维化,严重影响产品质量。
[0018] 现有技术都是PTFE悬浮细粉的导热改性,目前还没有人对PTFE分散树脂的导热 改性,本发明首次对PTFE分散树脂进行导热改性。由于PTFE分散树脂本身特点和其管材 的生产工艺问题,导热填料的添加改性存在抗压和抗渗透下降的问题,改性有较大的难度, 本发明导热通过填料的种类选择、粒径的选择、填料的表面处理、填料的用量控制,很好的 解决了以上问题,达到了PTFE管的使用要求。
[0019] 作为优选,所述导热填料为碳纤维粉、石墨或氮化硼,碳纤维粉、石墨及氮化硼细 度为 5-30ym。
[0020] 作为优选,所述导热填料为碳纳米管与纳米氮化硼复合导热材料。
[0021] 本发明的导热填料为针对推压工艺而特定选择的,不是所有导热填料都合适,由 于推压工艺要在金属腔中推压,压力大,导热填料要特定选择硬度低,表面光滑的种类且耐 酸腐蚀要好,碳纤维粉、石墨、氮化硼,硬度较低,表面光滑,适合推压,在推压时不会损伤推 压机金属内壁,而如导热填料氮化铝硬度较高且表面尖锐,推压时极易损伤推压机金属内 壁而不适用。再如导热填料氧化铝粉,不耐酸腐蚀也不行,氮化硅硬度太高易损伤推压机金 属内壁。
[0022] 作为优选,所述碳纳米管与纳米氮化硼复合导热材料由由60% -70%的改性碳纳 米管和30-40%的纳米氮化硼粉组成;所述改性碳纳米管的制备方法如下:
[0023] (1)改性碳纳米管制备:将碳纳米管粉加入质量浓度30-40%的二甲基甲酰胺 溶液中搅拌混合均匀得预混液,将预混液与酸溶液按照1:3-5的体积比混合,机械搅拌 30-50min,过滤,分别用水和无水乙醇洗涤碳纳米管,然后在50-60°C下真空干燥3-4h得改 性碳纳米管;所述酸溶液为质量浓度为5-10%的硝酸溶液与质量浓度为10-15%的磷酸溶 液按照1:2-3体积比的混合物;
[0024] (2)复合:将纳米氮化硼粉加质量浓度为3-5%的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液中, 硅烷偶联剂用量为纳米氮化硼粉重量的1-2%,通氮气条件下,60-70°C下加热50-60min, 然后加入改性碳纳米管混合20-30min,无水乙醇洗涤3-4次,最后80-100°C下真空干燥 3-5h,粉碎得碳纳米管与氮化硼复合导热材料。
[0025] 通过将碳纳米管加入质量浓度30-40%的二甲基甲酰胺溶液中,能够使得碳纳米 管分散均匀,这样利于后续的酸溶液氧化改性。酸溶液能够使得碳纳米管亲水性降低,亲油 性增加,从而提高碳纳米管与PTFE的结合力。纳米氮化硼粉通过硅烷偶联剂处理,一能提 高与PTFE的结合力,二能增强在高碳纳米管表面的附着力。
[0026] 碳纳米管与氮化硼复合导热材料由60% -70%的改性碳纳米管和30-40%的纳米 氮化硼粉组成,碳纳米管本身具有较好得散热性能,能提高材料的导热性能,同时碳纳米管 表面光滑,不会对推压机金属内壁产生损伤;碳纳米管的使用在提高导热效果的同时还能 增强产品的强度,以克服填料加入后导致PTFE管抗压强度降低的问题。纳米氮化硼粉具 有优异的导热性能,改性碳纳米管在PTFE基体中连成网状,形成骨架,为纳米氮化硼粉提 供分散基体,纳米氮化硼粉附着在碳纳米管壁上,形成高效散热网,从而提高产品的导热性 能。
[0027] 作为优选,步骤(1)中导热填料改性处理后再与PTFE混合,导热填料改性处理 的方法为:将质量浓度为1-3 %的硅烷偶联剂无水乙醇溶液与导热填料混合20-30min,然 后再加入质量浓度为3-5 %的铝酸酯偶联剂无水乙醇溶液在混合20-30min,过滤,过滤物 在80-
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