一种高分子复合材料换热管改善导热性能的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子复合材料换热管改善导热性能的制备方法。现有技术中平行于挤出方向的换热管方向导热性能好，而垂直于挤出方向的导热性能差。本发明专利技术方法的挤出模具的模具体进料口后方具有一段圆筒形的进料筒，模芯的头部为圆柱形，模芯的头部伸入模具体的进料筒内；在模具体与模芯之间设置螺旋状的进料通道，设置的螺旋状的进料通道为等截面的管状。高分子复合材料在模具内沿螺旋状的进料通道以螺旋方式流动并形成周向旋转，通过材料在模具内的螺旋流动和旋转不断改变挤出方向。本发明专利技术熔融的高分子复合材料通过螺旋状的进料通道进入挤出模具，使充填物在换热管中排列方向呈现更多径向排列，使换热管径向导热性增强，改善了换热管导热性能。

A Method of Preparing Heat Exchanger Tube of Polymer Composite Material for Improving Thermal Conductivity

【技术实现步骤摘要】
一种高分子复合材料换热管改善导热性能的制备方法
本专利技术属于高分子材料加工
，具体是高分子复合材料换热管挤出加工领域，涉及一种高分子复合材料换热管改善导热性能的制备方法。
技术介绍
高分子材料聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)等，具有很好的耐腐蚀性，在换热领域得到了应用。但这些材料导热系数低，使用这些高分子材料换热元件的设备存在效率低、体积庞大、投资成本高问题。在高分子材料中充填具有良好导热性能的物质，加工合成为高分子复合材料，既能够较大幅度提高材料的导热性能指标，还可以保持高分子材料耐腐蚀好的优点。片状石墨、石墨烯、碳纤维等材料通常被用作改善导热性能的高分子复合材料中的充填物。由于这些充填物在导热性能上具有很强的各向异性，充填在高分子材料内成为复合材料被成型为换热管后，管材也具有很强的各向异性。使用中发现，充填这些充填物的高分子复合材料换热管材表面的圆周向和轴向导热系数较高、而管材的径向(厚度方向)导热系数较低。在实际工程应用中，不同温度的流体介质分别在换热管内外形成对流，高低温流体介质被换热管隔离，流体介质的热交换主要是通过换热管径向(壁厚方向)的热传导实现的，所以换热管(换热元件)和设备的换热效率取决于换热管的径向导热性能。经分析认为，换热管导热性能各向异性的方向也与管材挤出加工模具和工艺过程相关，在管材成型过程中，平行于挤出方向的换热管方向导热性能好，而垂直于挤出方向的导热性能差。这种各向异性将导致高分子复合材料中充填物的优良导热特性没有充分得到利用，与金属材质相比较，高分子复合材料换热管的导热性能仍较差。专利技术内容本专利技术的目的是为了解决上述
技术介绍
中提出的问题，提供一种高分子复合材料换热管改善导热性能的制备方法，使换热管材料的径向(厚度方向)导热系数得到提高，高分子复合材料充填物的优良导热特性得到更好地利用。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：所述的高分子复合材料包括基材和充填物；所述的基材为高分子材料聚丙烯、聚苯硫醚、可溶性聚四氟乙烯中的一种；所述的充填物为片状石墨、石墨烯和碳纤维材料中的一种或多种组合；所述的高分子复合材料中基材与充填物的重量比为1:4～9:1。将熔融的高分子复合材料通过挤出模具挤出，拉伸、冷却后形成高分子复合材料换热管。所述的挤出模具，包括模具体和模芯。所述的模具体进料口后方沿进料方向具有一段圆筒形的进料筒，模芯的头部为圆柱形；模芯的圆柱形头部的外径与模具体的圆筒形进料筒的内径匹配，模芯的头部伸入模具体的进料筒内；在模具体与模芯之间设置螺旋状的进料通道，使高分子复合材料在模具内沿螺旋状的进料通道以螺旋方式流动并形成周向旋转，通过材料在模具内的螺旋流动和旋转不断改变挤出方向，使充填物在换热管中排列方向呈现更多的径向(厚度方向)排列方向；所述螺旋状的进料通道为等截面的管状。进一步，所述的螺旋状的进料通道具体是：沿模芯的圆柱形头部外壁开有一条螺旋状沟槽，该沟槽与模具体进料筒的内壁配合，形成单条螺旋状的进料通道。沿模芯的圆柱形头部外壁开有两条或多条螺旋状沟槽，该沟槽与模具体进料筒的内壁配合，形成两条或多条螺旋状的进料通道。沿模具体进料筒的内壁开有一条螺旋状沟槽，该沟槽与模芯圆柱形头部的外壁配合，形成单条螺旋状的进料通道。沿模具体进料筒的内壁开有两条或多条螺旋状沟槽，该沟槽与模芯圆柱形头部的外壁配合，形成两条或多条螺旋状的进料通道。更进一步，两条或多条螺旋状沟槽的旋转方向可以相同、或者不同。本专利技术熔融的高分子复合材料通过螺旋状的进料通道进入挤出模具，使高分子复合材料在模具内沿螺旋通道以螺旋方式流动并形成周向旋转，通过材料在模具内的螺旋流动和旋转不断改变挤出方向，使充填物在换热管中排列方向呈现更多的径向排列方向，从而使换热管径向(厚度方向)导热性增强，改善了换热管导热性能。附图说明图1为现有技术的模具示意图；图2为本专利技术一个实施例的模具示意图；图3为本专利技术另一个实施例的模具示意图；图4为本专利技术又一个实施例的模具示意图；图5为本专利技术再一个实施例的模具示意图。图中：1、模具体，2、模芯。具体实施方案下面结合附图和具体实施例对本专利技术加以说明。以下实施例中采用高分子复合材料作为制备换热管的材料。该高分子复合材料包括基材和充填物。其中，基材为高分子材料聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)中的一种；所述的充填物为片状石墨、石墨烯和碳纤维材料中的一种或多种组合。高分子复合材料中基材与充填物的重量比为1:4～9:1。首先准备熔融高分子复合材料，列举以下几种：1、900kg聚丙烯加入100kg石墨烯熔融；2、100kg聚苯硫醚加入400kg片状石墨熔融；3、200kg可溶性聚四氟乙烯加入200kg碳纤维材料熔融；4、200kg聚丙烯加入加入400kg碳纤维材料熔融；5、200kg聚苯硫醚加入100kg石墨烯熔融；6、400kg可溶性聚四氟乙烯加入100kg石墨烯熔融；7、600kg聚丙烯加入100kg片状石墨熔融；8、100kg聚苯硫醚加入100kg片状石墨、100kg石墨烯、100kg碳纤维材料熔融；9、200kg聚丙烯加入100kg片状石墨、100kg石墨烯熔融。将熔融的高分子复合材料通过挤出模具挤出，拉伸、冷却后形成高分子复合材料换热管。现有技术的高分子复合材料换热管的挤出模具如图1所示。在现有技术的挤出模具内部，模芯2的头部为圆锥状，模具体1进料口处为圆柱状，模具体1与模芯2之间的间隙较大，各部分的材料流动间隙(流动通道)都呈环状。本专利技术方法采用的挤出模具，包括模具体1和模芯2。模具体1进料口后方沿进料方向具有一段圆筒形的进料筒，模芯2的头部为圆柱形。模芯2圆柱形头部的外径与模具体1圆筒形的进料筒的内径匹配，模芯2的头部伸入模具体1的进料筒内。在模具体1与模芯2之间设置螺旋状的进料通道，使高分子复合材料在模具内沿螺旋通道以螺旋方式流动并形成周向旋转，通过材料在模具内的螺旋流动和旋转不断改变挤出方向，从而使换热管径向(厚度方向)导热性增强，达到改善换热管导热性能的目的。设置的螺旋通道为等截面的管状。实施例1.如图2所示，沿模芯2的圆柱形头部外壁开有一条螺旋状沟槽，该沟槽与模具体1进料筒的内壁配合，形成螺旋状的进料通道。螺旋状的进料通道为挤出过程中的材料流动提供了一条线状的螺旋通道。图中的箭头表示的是高分子复合材料在挤出成型过程中模具内的流动方向。材料从右端进入模具后，先进入模芯2的螺旋槽内，如箭头所示在槽内按螺旋方向流动，这时材料流动方向(挤出方向)不断改变；高分子复合材料出螺旋槽后，模具体1和模芯2之间流通间隙突然增大，流通通道由线状(螺旋沟槽)变为环状(间隙)，接着一部分材料向左继续流动，而另一部分材料先沿模芯2的台阶做圆周方向流动后再向左流动，圆周方向流动的材料又一次改变流动方向；随后，材料仍继续向左流动，直至最终被挤出模具成型为换热管产品。在换热管挤出成型过程中，先将高分子基材和充填物混合好，挤出机提供适当的温度和压力等工艺条件，再把材料输送到模具内，使材料在模具中产生螺旋和周向流动并不断地改变挤出方向，同时与挤出方向相关的材料压力传递方向也随之改变，材料中充填物(比如片状石墨)的颗粒排列方向随压力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子复合材料换热管改善导热性能的制备方法，其特征在于：所述的高分子复合材料包括基材和充填物；所述的基材为高分子材料聚丙烯、聚苯硫醚、可溶性聚四氟乙烯中的一种；所述的充填物为片状石墨、石墨烯和碳纤维材料中的一种或多种组合；所述的高分子复合材料中基材与充填物的重量比为1:4～9:1；将熔融的高分子复合材料通过挤出模具挤出，拉伸、冷却后形成高分子复合材料换热管；所述的挤出模具，包括模具体和模芯；所述的模具体进料口后方沿进料方向具有一段圆筒形的进料筒，模芯的头部为圆柱形；模芯的圆柱形头部的外径与模具体的圆筒形进料筒的内径匹配，模芯的头部伸入模具体的进料筒内；在模具体与模芯之间设置螺旋状的进料通道，使高分子复合材料在模具内沿螺旋状的进料通道以螺旋方式流动并形成周向旋转，通过材料在模具内的螺旋流动和旋转不断改变挤出方向，使充填物在换热管中排列方向呈现更多的径向排列方向；所述的螺旋状的进料通道为等截面的管状。

【技术特征摘要】
1.一种高分子复合材料换热管改善导热性能的制备方法，其特征在于：所述的高分子复合材料包括基材和充填物；所述的基材为高分子材料聚丙烯、聚苯硫醚、可溶性聚四氟乙烯中的一种；所述的充填物为片状石墨、石墨烯和碳纤维材料中的一种或多种组合；所述的高分子复合材料中基材与充填物的重量比为1:4～9:1；将熔融的高分子复合材料通过挤出模具挤出，拉伸、冷却后形成高分子复合材料换热管；所述的挤出模具，包括模具体和模芯；所述的模具体进料口后方沿进料方向具有一段圆筒形的进料筒，模芯的头部为圆柱形；模芯的圆柱形头部的外径与模具体的圆筒形进料筒的内径匹配，模芯的头部伸入模具体的进料筒内；在模具体与模芯之间设置螺旋状的进料通道，使高分子复合材料在模具内沿螺旋状的进料通道以螺旋方式流动并形成周向旋转，通过材料在模具内的螺旋流动和旋转不断改变挤出方向，使充填物在换热管中排列方向呈现更多的径向排列方向；所述的螺旋状的进料通道为等截面的管状。2.如权利要求1所述的一种高分子复...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇进，张文军，
申请(专利权)人：江苏新成碳合新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32