一种以石墨烯为基质的热交换器芯片的成份组方及制造工艺的制作方法

本发明属于复合型导热膜体材料技术领域，涉及一种热交换器中的导热滤纸，特别涉及一种热交换器超导热石墨烯滤纸的成份组方及制造工艺。

背景技术：

超导热石墨烯滤纸是热回收新风机设备最核心元件热交换器的膜体，主要用于改善和处理密闭建筑与大气环境关于空气质量需求之间的矛盾及热量回收的节能环保型空气质量处理装置的重要核心材料；热交换器是热回收新风机最核心元件，既是空气分离的分子筛，又是能量传导的换热器，同时也是新风和排风多元分隔的气流通道。

空气质量处理装置主要用于改善密闭建筑环境和大气环境的空气质量和热回收利用，它主要结构包括风机动力模块、高中低过滤器模块、热交换器模块、空气检测模块、智能控制模块、箱体钣金件等等。热交换器就是新风系统在室内外空气置换过程中，室内排风的热量，以热传导传递给新风，由新风送回到室内，从而降低空调机组使用能耗，实现经济高效的新风运行。

目前，使用的热交换器普遍存在以下三个方面的问题：

（1）以植物长纤维纸为基体，导热系数30w/mk三氧化二铝、二氧化硅为主要成份的沸石分子筛为喷镀层材料的纳米级孔径滤纸，基体层在45g/m2,热传导效率低下，焓差效率普遍在50%以下，达不到国家标准；

（2）以pp无纺布为基材，以乳胶和沸石分子筛为喷镀层材料，同样存在热传导效率低下的问题；

（3）石墨烯乳胶薄膜，以pp乳胶基料，三氧化二铝、二氧化硅、石墨烯为辅料，短期导热效率高，过滤效果好，但，膜体材料径向拉应力和横向拉应力差异大，膜体易氧化，易撕裂，寿命短，膜体耐压性差，产品无法注塑聚合，产品稳定性差。

热交换器市场上存在3种造型：全纸质瓦楞交叉型，半塑瓦楞交叉型，纸塑逆向对流型。

（1）全纸质瓦楞交叉型热交换器，阻力大、强度低、易变形、易堵塞、需更换，是最为原始的第一代热交换器。

（2）半塑瓦楞交叉型热交换器，阻力大、易堵塞、该热交换器迎风面结构难以改变，内部阻力大，是第一代热交换器的改良版热交换器，是一款技术改进不够彻底的热交换器。

（3）纸塑逆向对流型热交换器，这是一款技术先进，结构合理的热交换器，采用导热滤纸和abs聚合注塑技术，实现了宽风道、高密度、多单元、免维护的热交换器，本热交换器的热交换效率相对较高、强度高、寿命长、风道隔离效果强，是目前最为理想的热交换器结构形式。但存在手工复膜，abs骨体大、片型厚，迎风面阻力大，密度不够，导热滤纸这一核心材料的膜体技术属于传统组方，影响热传导效率的提高，经过国家有关权威部门检测，热交换器在新风领域的热传导效率普遍在40~50%之间，热传导效率偏低，成为目前新风产业发展的技术瓶颈。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种利用植物纤维的稳定性，石墨烯材料的超导热性能，结合新风机的使用领域和技术性能要求，提供一种复合型导热膜体材料的制备方法，从而制备出超导热石墨烯滤纸；结合abs聚合注塑技术，空气流体力学原理，制备出合成超导热石墨烯滤纸的abs热交换器聚合体。

本发明可通过下列技术方案来实现：一种以石墨烯为基质的热交换器芯片，该热交换器通过热聚合注塑出导热芯片单片体骨架，单片体骨架通过凹片和凸片二个组合，共同构成了一个完整的热交换器单元，诸多热交换器单元组合，用塑料圆杆穿联热封，上下顶面贴密封棉后，加装提手和提手固定件，构成热交换器；

其特征在于，导热芯片包括骨架、基体层和功能层，所述的基体层为滤纸的质量主体部分，承担导热滤纸的基础性物质载体，主要材料为植物长纤维、水、阻燃剂和杀菌剂，所述的功能层是滤纸发挥核心功能分子筛和热传导功能的技术性能核心，其主要材料包括了3m分子筛粉剂，三氧化二铝粉剂、液态石墨烯和导热型丙烯酸脂，所述的骨架包括凹片和凸片扣合成型，其材料为abs，通过热聚合注塑。

在上述的一种以石墨烯为基质的热交换器芯片中，所述的凹片和凸片上分别同心开设有若干个凹孔和凸孔。

在上述的一种以石墨烯为基质的热交换器芯片中，所述凹孔和凸孔的数量为8个，所述凹孔的直径为7mm，所述凸孔的直径为5.5mm。

在上述的一种以石墨烯为基质的热交换器芯片中，该导热芯片的迎风面，风道出入口均采用薄型骨架坡角导流风道出入口的构造。

使得骨架材料减少，膜体层数量增加，热交换器采用翅片式热交换器，双尖交叉、主区逆向隔膜对流的气流组织方式进行高密度空间的焓差气流热传导。

在上述的一种以石墨烯为基质的热交换器芯片中，所述骨架的双尖部位采用圆角倒边结构，进行减阻匀流处理。

一种以石墨烯为基质的热交换器芯片的成份组方及制造工艺；

其特征在于，利用植物纤维的稳定性，石墨烯材料的超导热性能，从而制备出超导热石墨烯滤纸，石墨烯导热系数5300，比表面积2630㎡/g，以超薄和超导热特性提高滤纸的导热性能，滤纸的基体层以植物长纤维为主，功能层以特性材料为主；

石墨烯滤纸的具体组方，以1000kg浆板为计量比例数据，水200kg，3m分子筛粉剂2.0kg，三氧化二铝粉剂1.0kg,液剂石墨烯0.5kg，导热型丙烯酸脂2kg,lm-8088纸张专用阻燃粉剂80.0kg，杀菌剂2.0kg，制造出含水量6%，厚度为0.07～0.09mm，滤纸纸张克重在35g/㎡的复合型超导热石墨烯滤纸；

制造工艺包括，

1、打浆，打浆机内加入水及植物浆板，把植物浆板打成针状木浆，通过对木浆反复的梳理、打压、曲折、拉直的工艺工序，增加纤维的韧性；

2、造浆，在打浆完成时，加入阻燃剂、杀菌剂，继续造浆；

3、出纸，待造浆结束，将木浆注入造纸机内，出纸，出纸后通过一次干燥、纸面喷涂、二次干燥的工序，制造出超导热石墨烯滤纸；

4、纸面喷涂，喷剂材料包括3m分子筛粉剂、三氧化二铝粉剂、液剂石墨烯、导热型丙烯酸脂，本喷剂材料经过超声波震动仪高频震动1小时，达到均匀喷剂，纸面喷涂的涂层，即是超导热石墨烯滤纸的功能层；

5、成型，将超导热石墨烯滤纸用刀模在压横机上切纸成型形成导热芯片基体层；

6、组合，结合abs聚合注塑技术，空气流体力学原理，制备出合成超导热石墨烯滤纸热交换器的骨架，abs颗粒在220℃热力温度下经过50秒时间加热后，开门取片，冷却，削割注塑点，达到表面平整，石墨烯滤纸以凹片和凸片二个单片体扣合，共同构成了一个完整的热交换器芯片。

与现有技术相比，本发明具有75%超高导热性、3nm超微过滤性、耐湿性、可聚合性、抗菌性、抗氧化性、使用寿命大于20年的高稳定性及长效功能的特点，十分符合新风装置的使用，是新风装置最为核心的产品技术要素。

附图说明

图1是本石墨烯滤纸成份结构示意图。

图2使本热交换器芯片凹片和凸片的组合结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2所示，本发明专利的超导热石墨烯滤纸，属于复合型超导热石墨烯滤纸，利用石墨烯导热系数5300，比表面积2630㎡/g，以超薄和超导热特性提高滤纸的导热性能，本发明滤纸的基体层以植物长纤维为主，功能层以组方特性材料为主。

具体技术方案是打浆机内加入水及植物浆板，把植物浆板打成针状木浆，通过对木浆反复的梳理、打压、曲折、拉直等工艺工序，增加纤维的韧性。在造浆基本完成时，加入阻燃剂、抗菌剂，继续造浆，待造浆结束，将木浆注入造纸机内，出纸，出纸后通过一次干燥、纸面喷涂、二次干燥的工序，制造出本发明专利的超导热石墨烯滤纸。

纸面喷涂环节的喷剂材料包括3m分子筛粉剂、液剂石墨烯、导热型丙烯酸脂，本喷涂材料经过超声波震动仪高频震动1小时，达到均匀喷剂。纸面喷涂的涂层，即是本发明超导热石墨烯滤纸的功能层。

具体组方：以1吨浆板为计量比例数据：4包浆板，每包250kg，水200kg，3m分子筛粉剂2.0kg，三氧化二铝粉剂1.0kg,液剂石墨烯0.5kg，导热型丙烯酸脂2.0kg,lm-8088纸张专用阻燃粉剂80.0kg，杀菌剂2.0kg，制造出含水量6%，厚度在0.07～0.09mm，滤纸纸张克重在35g/㎡的复合型超导热石墨烯滤纸。

超导热石墨烯滤纸结构及热交换器聚合体的结构方案：本发明专利超导热石墨烯滤纸，采用分层复合结构。一层为基体层，是滤纸的质量主体部分，承担导热滤纸的基础性物质载体，主要材料为植物长纤维、水、阻燃剂、杀菌剂；二层为功能层，是滤纸发挥核心功能分子筛和热传导功能的技术性能核心，其主要材料包括了3m沸石活性分子筛粉剂，三氧化二铝粉剂、液态石墨烯，导热性丙烯酸脂材料。

将超导热石墨烯滤纸用刀模在压横机上切纸成型，整理打包，备用。

热交换器骨架材料采用abs，采用注塑聚合技术，采用密片距1mm气流风道的高度，20mm宽风道、1mm*2mm细骨架的主骨体架构，促使abs骨架等非功能性主体材料最小化，同步实现风道多元化。

8个直径7mm凹孔d1/5.5mm凸孔d2的穿杆孔部位孔直径系热交换器芯片凹片和和凸片的大小孔套孔扣合部位。

芯体迎风面，风道出入口均采用薄型骨体坡角导流风道出入口的构造，使得骨体材料减少，膜体层数量增加，热交换器采用翅片式热交换器，双尖交叉、主区逆向隔膜对流的气流组织方式进行高密度空间的焓差气流热传导。

在模具设计加工工艺上，对气流通道的abs骨架进行了圆角倒边，消除了剪刀效应，避免了膜体被剪切开裂。同时在热交换器的双尖部位，进行减阻匀流处理，减少内部阻力及气流全压损耗，同时促使了焓差气流充分的热传导和分子筛净化隔离效率。

产品全部实现注塑机热力聚合的机械化作业，减少了人工覆膜的手工作业环节。将成型的超导热石墨烯滤纸挂到热注塑机上，然后注塑机关门加热注塑，abs颗粒在220℃热力温度下经过50秒时间加热后，开门取片，冷却，削割注塑点，保持热交换器单元表面平整。

经计量称重测定，翅片六边形热交换器单元规格为495*198*3mm,(实质双风道高度2mm),重量为22g/片的超薄型热交换器单元凹片单片体。

同样的过程，热聚合注塑出超薄型热交换器单元凸片单片体，凹片和凸片二个单片体组合，共同构成了一个完整的热交换器单元。诸多热交换器单元组合，用塑料圆杆穿联热封，热交换器上下顶面贴密封棉后，加装提手和提手固定件，构成热交换器。本发明专利，同时涵盖了另一个规格尺寸375*220*3mm(实质双风道高度2mm)，质量18.5g/片的热交换器单元凸片体或凹片体。涵盖了在此技术组方基础上和产品结构创意的不同规格尺寸的热交换器单元。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。