[发明专利]氟塑料换热结构的制备方法

说明书

一种氟塑料换热结构的制备方法，其特征是它包括如下步骤：选取高导热碳纤维丝束为原料，选取两块不锈钢平板作为模板，将上述不锈钢模板其中一块平放；选取氟塑料薄膜裁剪成矩形，平铺于不锈钢模板之上；将聚丙烯塑料薄膜平铺于氟塑料薄膜之上；采用激光打孔机通过不锈钢模板中心区域的通孔在氟塑料薄膜、聚丙烯薄膜上打出通孔；将高导热碳纤维丝束通孔中穿过，依次通过氟塑料薄膜层、聚丙烯薄膜层、氟塑料薄膜层、聚丙烯薄膜层、氟塑料薄膜层，直至穿过下面的不锈钢模板通孔；将上下不锈钢模板连通中间夹着的氟塑料薄膜、聚丙烯薄膜以及孔中的碳纤维一起移入一个市售的氟塑料烧结炉；烧结完成后将其卷曲焊接，可得管状氟塑料换热结构。

本申请是申请日为2016年7月1日，申请号为2016105068090，名称为氟塑料换热结构的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种氟塑料换热结构，具体涉及一种利用高导热碳纤维强化换热的氟塑料换热结构，属于强化换热技术领域。

背景技术

氟塑料并不是很好的换热材料，但是由于它耐腐蚀防老化，在一些特殊的应用场合，也常常被用来制造换热器。氟塑料换热器已广泛用于烟气余热回收、海水淡化、化工、酸洗、电镀、医药、阳极氧化等领域。氟塑料的导热系数很低，比金属差2~4个数量级，所以总传热系数只有普通管壳式换热器的1/5~1/3。

碳纤维（CF）导热系数非常高，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的导热系数约为30~150 W/（m×K），而中间相沥青（MPP）基碳纤维的导热系数约为120~950 W/（m×K）。CF的导热性能优异，人们自然会想到用它作填料制备高导热复合材料，尤其是高导热氟塑料。然而，很多研究发现，向氟塑料里添加碳纤维并没有很显著地提复合材料的导热系数，例如：文献（Thermal conductivity of PTFE composites filled with graphite particles andcarbon fibers. Computational Materials Science. 2015, Vol. 102, pp. 45-50.）制备了聚四氟乙烯（PTFE）、石墨和碳纤维复合材料，导热系数最高仅达到1.35 W/（m×K），只是PTFE的5倍；文献（Synergistic improvement of thermal conductivity in polymercomposites filled with pitch based carbon fiber and graphene nanoplatelets.Polymer Testing. 2015, Vol. 45, pp. 132-138.）采用沥青基碳纤维（550W/（m×K））、纳米石墨烯（3000W/（m×K））和环丁烯对苯二酸酯制备出导热系数呈各向异性的复合材料，导热系数最高值仅达到5.6 W/（m×K）。上述研究成果似乎与我们对碳纤维、石墨烯改进塑料换热性能的期待有很大差距，极有可能是因为碳纤维、石墨烯的导热具有各向异性的特点，例如，文献（High thermal conductivity phase change composite with percolatingcarbon fiber network. Applied Energy. 2015, Vol. 154, pp. 678-685.）显示，XN-100碳纤维的轴向导热系数是900 W/ （m×K），径向导热系数只有10W/（m×K）。如果CF在复合材料内是杂乱无序排列的，径向互相接触的碳纤维之间的导热很可能会成为材料内部导热的主要热阻，轴向上纤维如果不是一个连续的碳链，声子传播在传播通道上发生散射和反射，对于导热也是十分不利的，所以即使是由纯碳纤维制成的管材，也不一定是高效的换热材料。