专利名称：一种用于换热器的复合材料中空纤维及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于换热器的复合材料中空纤维及制备方法，属于复合材料中空纤维换热器的制备技术。
背景技术：
传统金属换热器耐腐蚀性较差、不易搬运和安装；稀有金属与合金换热器价格昂贵；石墨换热器机械强度低，抗弯曲和拉伸强度弱和易脆裂等；玻璃换热器的热阻大，材料脆性大，导热系数小。而高分子材料中的聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及其复合材料作为导热材料制备的换热器，具有化学稳定性好、耐腐蚀、不易结垢的特点，但其缺点是管壁较厚O-50mm)热阻较大、传热效率低。研究开发能够克服现有换热材料及其换热器的缺点的新型技术是目前导热材料和换热器技术研究的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料中空纤维，该复合材料中空纤维具有管壁薄、热阻小、机械强度高及导热效率高的特点，用其作为导热材料制备的换热器换热性能好、体积小、重量轻、耐腐蚀性好、易维护、不易结垢、安装方便。本发明所述的换热器所使用的导热材料为上述的复合材料中空纤维。换热器主体由复合材料中空纤维、壳体、封头、封盖组成，其特征还在于换热器壳体、封盖、封头是由耐温耐腐蚀的材料制成的，或者是具有耐腐蚀、耐温内衬的金属构件，根据不同工况换热器的壳体可以设计成圆筒形、方形，沉浸式或其它形式；复合材料中空纤维通过封胶工艺与壳体结合在一起；壳体、封头、封盖之间有密封垫圈，通过耐腐蚀螺栓连接在一起。本发明复合材料中空纤维的制备是通过下述的技术方案加以实现的。一种复合材料中空纤维，该中空纤维的内径为50 3000微米，壁厚5 1000微米，其特征在于该复合材料中空纤维由下列组分组成的(1)基质材料25 99. 5%。基质材料选自是聚丙烯、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、聚酰亚胺、尼龙等具有良好耐温性能的高分子材料。(2)碳素填料0· 5 75%。碳素填料是指石墨类、碳纤维、碳纳米管等具有良好导热性的碳素材料。(3)辅助材料0 45%。辅助材料主要是指偶联剂、增韧剂、分散剂、抗老化剂等。偶联剂为马来酸酐接枝聚丙烯、铝酸酯等。其用量占总物料质量的0 20%。增韧剂选自橡胶中的三元乙丙橡胶(EPDM)、二元乙丙橡胶(EPR)或茂金属聚烯烃弹性体中的POE、POP或无机刚性粒子中的纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、滑石粉、云母等。其用量占总物料质量的0 20%。分散剂为己烯基双硬脂酰胺(EBS)、聚乙烯蜡等。其用量为总物料的0 5%。
上述复合材料中空纤维的制备方法，其特征在于其制备过程主要包括物料预混一熔融纺纤一纤维定型一纤维切割与整理；纺纤温度120 600°C。
具体实施例方式实施例一、1.预混，物料配比聚丙烯石墨马来酸酐接枝聚丙烯EBS = 60 40 15 0. 1。2.控制喷丝头温度220°C、氮气通入量15ml/min，机头压力6. 7MPa，熔融纺纤。3.中空纤维水冷定型。制得的聚丙烯复合中空纤维外径691微米、拉伸强度 11. 56MPa、断裂伸长率 226. 45 %。4.通过封胶工艺制得管壳式、沉浸式等多种形式的聚丙烯导热复合材料中空纤维换热器。实施例二、1.预混，物料配比聚丙烯石墨马来酸酐接枝聚丙烯EBS = 80 20 12 0. 1。2.控制喷丝头温度215°C、氮气通入量12ml/min，机头压力6. 7MPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例一同。制得的聚丙烯复合材料中空纤维外径6M微米、拉伸强度35. 43MPa、断裂伸长率 408. 28%o实施例三、1.预混，物料配比聚丙烯石墨马来酸酐接枝聚丙烯EBS = 95 5 8 0. 1。2.控制喷丝头温度210°C、氮气通入量lOml/min，机头压力6. 7MPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例一同。制得的聚丙烯复合材料中空纤维外径643微米、拉伸强度45. 64MPa、断裂伸长率 560. 45%o实施例四、1.预混，物料配比聚偏氟乙烯碳纤维马来酸酐接枝聚丙烯纳米碳酸钙= 80 20 12 15。2.控制喷丝头温度245°C、氮气通入量Hml/min，机头压力11. 5MPa，熔融纺纤。3.中空纤维水冷定型，即得聚偏氟乙烯复合材料中空纤维。制得的中空纤维外径为746微米，拉伸强度11. 15MPa，断裂伸长率100. 68%。4.通过封胶工艺制得管壳式、沉浸式等多种形式的聚偏氟乙烯复合材料中空纤维换热器。实施例五、1.预混，物料配比聚偏氟乙烯碳纤维马来酸酐接枝聚丙烯纳米碳酸钙= 90 10 8 10。2.控制喷丝头温度255°C、氮气通入量16ml/min，机头压力12. OMPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例四同。
制得的聚偏氟乙烯复合材料中空纤维外径734微米，拉伸强度17. 29MPa,断裂伸长率 104. 85%。实施例六、1.预混，物料配比聚偏氟乙烯碳纤维马来酸酐接枝聚丙烯纳米碳酸钙= 9 5 · 5 · 6 · 5 ο2.控制喷丝头温度260°C、氮气通入量19ml/min，机头压力12. 8MPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例四同。制得的聚偏氟乙烯复合材料中空纤维外径705微米，拉伸强度22. 34MPa,断裂伸长率 107. 37%。实施例七、1.预混，物料配比聚全氟乙丙烯碳纳米管三元乙丙橡胶(EPDM)铝酸酯= 99 1 10 8。2.控制喷丝头温度310°C、氮气通入量22ml/min，机头压力13. 6MPa，熔融纺纤。3.中空纤维水冷定型，即得聚全氟乙丙烯复合材料中空纤维。制得的中空纤维外径729微米，拉伸强度21. 38MPa，断裂伸长率129. 54%。4.通过封胶工艺制得管壳式、沉浸式聚全氟乙丙烯导热复合材料纤维与换热器。实施例八、1.预混，物料配比聚全氟乙丙烯碳纳米管三元乙丙橡胶(EPDM)铝酸酯= 99.4 0.6 8 6。2.控制喷丝头温度306°C、氮气通入量20ml/min，机头压力13. 6MPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例七同。制得的聚全氟乙丙烯复合材料中空纤维外径703微米，拉伸强度21. 86MPa,断裂伸长率133. 67%。实施例九、1.预混，物料配比聚全氟乙丙烯碳纳米管三元乙丙橡胶(EPDM)铝酸酯= 99.8 0. 2 7 6。2.控制喷丝头温度300°C、氮气通入量20ml/min，机头压力14. 8MPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例七同。制得的聚全氟乙丙烯复合材料中空纤维外径694微米，拉伸强度23. 94MPa,断裂伸长率136. 15%。实施例十、1.预混，物料配比聚四氟乙烯碳纤维马来酸酐接枝聚丙烯二元乙丙橡胶 =70 30 15 8。2.控制喷丝头温度370°C、氮气通入量20ml/min，机头压力14. 6MPa熔融纺纤。3.纤维水冷定型，即得聚四氟乙烯复合材料中空纤维。制得的中空纤维外径735 微米，拉伸强度12. 27MPa，断裂伸长率108. 43%%。4.通过封胶工艺制得管壳式、沉浸式等多种形式的聚四氟乙烯复合材料中空纤维换热器。实施例i^一、
1.预混，物料配比聚四氟乙烯碳纤维马来酸酐接枝聚丙烯二元乙丙橡胶 =85 15 10 6。2.控制喷丝头温度368°C、氮气通入量18ml/min，机头压力14. 8MPa熔融纺纤。其它步骤与实施例十同。得的聚四氟乙烯复合材料中空纤维外径719微米，拉伸强度17. 92MPa,断裂伸长率 110. 34%。实施例十二、1.预混，物料配比聚四氟乙烯碳纤维马来酸酐接枝聚丙烯二元乙丙橡胶 =95 ； 5 ； 6 ； 6。2.控制喷丝头温度363°C、氮气通入量18ml/min，机头压力14. 6MPa熔融纺纤。其它步骤与实施例十同。制得的聚四氟乙烯复合材料中空纤维外径710微米，拉伸强度23. 62MPa,断裂伸长率 113. 22%。实施例十三、1.预混，物料配比高密度聚乙烯石墨马来酸酐接枝聚丙烯聚乙烯蜡= 60 40 15 0. 1。2.控制喷丝头温度150°C、氮气通入量15ml/min，机头压力8. 2MPa，熔融纺纤。3.纤维水冷定型，即得高密度聚乙烯复合材料中空纤维。制得的中空纤维外径 710微米、拉伸强度10. 09MPa、断裂伸长率202. 56%。4.通过封胶工艺制得管壳式、沉浸式等多种形式的聚乙烯导热复合材料中空纤维换热器。实施例十四、1.预混，物料配比高密度聚乙烯石墨马来酸酐接枝聚丙烯聚乙烯蜡= 80 20 12 0. 1。2.控制喷丝头温度160°C、氮气通入量13ml/min，机头压力8. OMPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例十三同。制得的高密度聚乙烯导热复合材料中空纤维外径659微米、拉伸强度117. 46MPa、 断裂伸长率385. 14%。实施例十五、1.预混，物料配比高密度聚乙烯石墨马来酸酐接枝聚丙烯聚乙烯蜡= 90 10 8 0.1。2.控制喷丝头温度165°C、氮气通入量12ml/min，机头压力8. 2MPa，熔融纺纤。其它步骤与实施例十三同。制得的高密度聚乙烯导热复合材料中空纤维外径580微米、拉伸强度20. 46MPa、 断裂伸长率473. 89%。
权利要求
1.一种高分子复合材料中空纤维，其特征在于高分子复合材料中空纤维是以具有良好耐温耐腐蚀性能以及良好机械性能的高分子材料为基质材料，添加具有良好导热性的碳素材料以及辅助材料进行熔融挤出而制备的复合材料导热中空纤维。
2.按权利要求1所述的高分子复合材料中空纤维，其特征在于制备过程中所添加的辅助材料主要包括偶联剂、增韧剂、分散剂、抗老化剂。
3.按权利要求1所述的高分子复合材料中空纤维，其特征在于基质材料、碳素材料、辅助材料占物料总重量的百分比分别为25 99. 5%、0. 5 75%、0 45%。
4.按权利要求1所述的高分子复合材料中空纤维，其特征在于其制备过程主要包括 物料预混一熔融纺纤一纤维定型一纤维切割与整理；纺纤温度120 600°C。
5.按权利要求1所述的高分子复合材料中空纤维，其特征在于中空纤维的内径为50 3000微米，壁厚5 1000微米。
6.一种使用包括如权利要求1所述的高分子复合材料中空纤维的换热器，其特征在于换热器的主体是由高分子复合材料中空纤维、壳体、封头、封盖组成；换热器壳体、封盖、封头是由耐温耐腐蚀的高分子材料、金属以及经过防腐处理的金属制成的；高分子复合材料中空纤维通过封胶工艺与壳体结合在一起；封盖与壳体及封头之间密封连接；换热器上分别设有冷热流体的进出口。
全文摘要
本发明涉及一种换热器用复合纤维的制备方法，其特征在于高分子复合材料中空纤维是以具有良好耐温耐腐蚀性能的高分子材料为基质材料，添加具有良好导热性的碳素材料以及辅助材料进行熔融挤出而制备的复合材料导热中空纤维；由其而制备的换热器的主体由高分子复合材料中空纤维、壳体、封头、封盖组成。本发明的高分子复合材料中空纤维及其换热器具有中空纤维传热系数高、换热器换热效率高、抗腐蚀性强、体积小重量轻、易维护、成本低等特点。
文档编号D01F6/48GK102260931SQ20101018683
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者丛凯丽, 张鹏硕, 王丽, 秦余春, 董为毅 申请人:天津膜科力科技有限公司