一种高导热型全热交换膜及其制备方法技术

提供了一种高导热型全热交换膜及其制备方法，还提供了一种全热交换芯体、一种全热交换器及一种空气处理机组。该高导热型全热交换膜包括导热亲水无纺碳纤维毡以及涂敷在该导热亲水无纺碳纤维毡上的亲水性高分子复合材料；其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡主要由亲水改性的碳纤维制成，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；所述全热交换膜具有10‑37W/(m·K)的导热系数。本发明专利技术的高导热型全热交换膜通过利用导热亲水碳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，提高了全热交换膜的透湿性和导热性。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热型全热交换膜及其制备方法
本专利技术属于高分子聚合物领域，涉及一种全热交换膜，特别是一种超高导热复合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。
技术介绍
新风换气装置技术近年来有较大提高，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。现有新风机的热交换芯块多采用铝芯块和纸芯块，铝芯块应用于显热交换器，无法进行湿度交换即潜热交换；纸芯块应用于全热交换器，但是一方面显热交换远低于铝芯，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，存在以下缺点：导热填料添加量较少时，不能形成连续的导热通路，对导热性能几乎无改善作用；填料添加量较多时，又往往阻塞高分子膜中的微孔，导致透湿率降低，同时也会大大降低膜的力学性能。因此，目前采用导热填料/高分子复合膜的技术，材料导热系数一般在0.2-1W/m·K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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术对材料和结构进行设计，使用碳纤维毡和高分子聚合物的复合薄膜，在保证膜较高透湿率即潜热交换效率的同时，大大提高其导热系数即显热交换效率，使全热交换有效提高，同时，还可大大提高膜的力学性能。本专利技术提供了一种高导热型全热交换膜，包括导热亲水无纺碳纤维毡以及涂敷在该导热亲水无纺碳纤维毡上的亲水性高分子复合材料；其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡主要由经亲水改性的碳纤维制成，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；所述全热交换膜具有10-37W/(m·K)的导热系数和554.2-1000g/m2的24小时水蒸气透过量。其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡的克重为10-50g/m2。其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡包括经亲水改性的短切碳纤维。通过用苯胺、阳离子聚丙烯酰胺或氧化剂处理碳纤维，实现高分子聚合物对碳纤维的包覆或使碳纤维轻度氧化，从而实现对碳纤维的亲水改性。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，所述吸湿性无机酸盐包括氯化钙和氯化镁中的至少一种。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或有机的硅氧烷等材料)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。本专利技术还提供了一种上述高导热型全热交换膜的制备方法，包括以下步骤：(a)对碳纤维进行亲水改性，并将其制成导热亲水无纺碳纤维毡；(b)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；(c)将所述亲水性高分子复合材料涂敷在所述导热亲水无纺碳纤维毡上，经干燥后得到所述全热交换膜。其中，步骤(b)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，所述导热亲水无纺碳纤维毡由亲水改性的短切碳纤维经过疏散、分散，采用湿法成型或粘合成型方法制成。其中，步骤(b)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(c)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。本专利技术还提供了一种全热交换芯体，其包括上述高导热型全热交换膜，且优选主要由上述高导热型全热交换膜制成，其中，将高导热型全热交换膜制成全热交换芯体的工艺和方法是公知的。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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高导热型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由经亲水改性处理形成的经亲水改性的碳纤维制成的高导热亲水无纺碳纤维布/毡，其可有效提高全热交换膜的显热交换性能。而以此高导热亲水无纺碳纤维布/毡为基材，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热型全热交换膜，包括导热亲水无纺碳纤维毡以及涂敷在该导热亲水无纺碳纤维毡上的亲水性高分子复合材料；其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡主要由经亲水改性的碳纤维制成，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；所述填料包括吸湿剂、阻燃剂和致孔剂；所述全热交换膜具有10‑37W/(m·K)的导热系数。

【技术特征摘要】
1.一种高导热型全热交换膜，包括导热亲水无纺碳纤维毡以及涂敷在该导热亲水无纺碳纤维毡上的亲水性高分子复合材料；其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡主要由经亲水改性的碳纤维制成，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；所述填料包括吸湿剂、阻燃剂和致孔剂；所述全热交换膜具有10-37W/(m·K)的导热系数。2.如权利要求1所述的高导热型全热交换膜，其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡的克重为10-50g/m2。3.如权利要求1所述的高导热型全热交换膜，其中，所述导热亲水无纺碳纤维毡包括经亲水改性的短切碳纤维。4.如权利要求1所述的高导热型全热交换膜，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％。5.如权利要求1所述的高导热型全热交换膜，其中，所述全热交换膜具有554.2-1000g/m2的24小时水蒸气透过量。6.如权利要求1所述的高导热型全热交换膜，其中，所述吸湿剂必须包括吸湿性无机酸盐。7.如权利要求1所述的高导热型全热交换膜，其中，所述致孔剂包括聚乙二醇。8.一种如权利要求1-7任一所述的高导热型全热交换膜的制备方法，包括以下步骤：(a)对碳纤维进行亲水改性，并将其制成导热亲水无纺碳纤维毡；(b)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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁征，宋波，李艳杰，
申请(专利权)人：北京恒通绿建节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11