本發(fā)明屬于高分子聚合物領(lǐng)域，涉及一種全熱交換膜，特別是一種超高導(dǎo)熱復(fù)合全熱交換膜及其制備方法，還涉及一種包括該全熱交換膜的全熱交換芯體，一種包括全熱交換芯體的全熱交換器以及一種包括全熱交換芯體的空氣處理機(jī)組。

背景技術(shù)：

新風(fēng)換氣裝置技術(shù)近年來有較大提高，通過新鮮空氣與排出的混濁空氣在全熱交換膜上進(jìn)行能量和濕度交換，可對(duì)建筑內(nèi)空氣能量及濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)和回收，從而有效實(shí)現(xiàn)建筑物節(jié)能減排的目標(biāo)。

現(xiàn)有新風(fēng)機(jī)的熱交換芯塊多采用鋁芯塊和紙芯塊，鋁芯塊應(yīng)用于顯熱交換器，無法進(jìn)行濕度交換即潛熱交換；紙芯塊應(yīng)用于全熱交換器，但是一方面顯熱交換遠(yuǎn)低于鋁芯，另一方面容易霉變、堵塞和滋生細(xì)菌，降低了空氣品質(zhì)，使用壽命也比較短。

在以上背景下，近年來有技術(shù)希望通過使用高導(dǎo)熱填料來提高全熱交換膜的導(dǎo)熱系數(shù)，進(jìn)而賦予透濕膜一定的顯熱交換能力。對(duì)此，目前主要采用的技術(shù)路線有兩種：

(1)高導(dǎo)熱紙芯。采用高導(dǎo)熱填料加入到紙漿中，提高紙芯的全熱交換效率。例如：

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410590943.4的中國專利申請(qǐng)中公開了一種高導(dǎo)熱性石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱過濾材料，采用水溶性石墨烯和紙漿，其含量配比為水溶性石墨烯≤2％、紙漿≥98％，常溫下均勻混合后采用造紙工藝成型為板狀或用模具成型。

(2)高導(dǎo)熱高分子芯。以樹脂和高導(dǎo)熱填料為原料，以不同方法成型制備全熱交換膜，提高高分子芯的全熱交換效率。例如：

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210332671.9的中國專利申請(qǐng)公開了一種熱交換異相復(fù)合薄膜及其制備方法，該熱交換異相復(fù)合薄膜由高聚物、非金屬無機(jī)物和高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料組成，其中非金屬無機(jī)物以晶相粉粒分散在高聚物基體中，形成多相固態(tài)薄膜；高聚物具有可溶性或可熔性，非金屬無機(jī)物具有層狀、網(wǎng)狀或孔狀結(jié)構(gòu)，高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料具有層狀、管狀或其它晶格結(jié)構(gòu)，并且高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料質(zhì)量占高聚物和非金屬無機(jī)物總質(zhì)量的1％～10％。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201610118814.4的中國專利申請(qǐng)公開了一種管狀中空纖維膜、制備方法及應(yīng)用，其中該纖維膜為中空管狀結(jié)構(gòu)，管壁由外向內(nèi)依次包括皮層和多孔支撐層，其中，皮層的材質(zhì)為聚乙烯醇，且皮層的厚度為5-20μm，多孔支撐層中含有導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱材料占多孔支撐層總質(zhì)量的40-60％。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310120456.7的中國專利申請(qǐng)中公開了一種高導(dǎo)熱透濕膜及其制備方法。高導(dǎo)熱透濕膜包括膜基材及高導(dǎo)熱填料，高導(dǎo)熱填料在膜基材和高導(dǎo)熱填料總量中的含量為1-10wt％。

但是以上方法在實(shí)際操作過程中，存在以下缺點(diǎn)：導(dǎo)熱填料添加量較少時(shí)，不能形成連續(xù)的導(dǎo)熱通路，對(duì)導(dǎo)熱性能幾乎無改善作用；填料添加量較多時(shí)，又往往阻塞高分子膜中的微孔，導(dǎo)致透濕率降低，同時(shí)也會(huì)大大降低膜的力學(xué)性能。因此，目前采用導(dǎo)熱填料/高分子復(fù)合膜的技術(shù)，材料導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.2-1W/m·K

為此，市場(chǎng)需要一種新的全熱交換膜，其可以在不降低潛熱交換率的前提下，有效提高顯熱交換效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明對(duì)材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用碳纖維氈和高分子聚合物的復(fù)合薄膜，在保證膜較高透濕率即潛熱交換效率的同時(shí)，大大提高其導(dǎo)熱系數(shù)即顯熱交換效率，使全熱交換有效提高，同時(shí)，還可大大提高膜的力學(xué)性能。

本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱型全熱交換膜，包括導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈以及涂敷在該導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈上的親水性高分子復(fù)合材料；其中，所述導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈主要由經(jīng)親水改性的碳纖維制成，所述親水性高分子復(fù)合材料包括親水性高分子材料和填料；所述全熱交換膜具有10-37W/(m·K)的導(dǎo)熱系數(shù)和554.2-1000g/m²的24小時(shí)水蒸氣透過量。

其中，所述導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈的克重為10-50g/m²。

其中，所述導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈包括經(jīng)親水改性的短切碳纖維。通過用苯胺、陽離子聚丙烯酰胺或氧化劑處理碳纖維，實(shí)現(xiàn)高分子聚合物對(duì)碳纖維的包覆或使碳纖維輕度氧化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維的親水改性。

其中，所述親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親水改性處理后的熱塑性高分子聚合物中的一種或幾種的混合物。

其中，所述填料的添加總量為親水性高分子復(fù)合材料總重量的0.1-5％，優(yōu)選0.5-3％。

其中，所述填料包括吸濕劑、阻燃劑和致孔劑。

其中，所述吸濕劑包括吸濕性無機(jī)酸鹽、吸濕性有機(jī)酸鹽、吸濕性多價(jià)醇、吸濕性高分子中的一種或多種混合物。

其中，所述吸濕性無機(jī)酸鹽包括氯化鈣和氯化鎂中的至少一種。

其中，所述吸濕性有機(jī)酸鹽包括乳酸鈣和吡絡(luò)烷酮羥酸鈉中的至少一種。

其中，所述吸濕性多價(jià)醇包括甘醇。

其中，所述吸濕性高分子包括淀粉及其改性物、聚谷氨酸、醋酸乙烯、羧甲基纖維素中的至少一種。

其中，所述吸濕劑必須包括吸濕性無機(jī)酸鹽。

其中，所述阻燃劑包括無機(jī)系阻燃劑和有機(jī)系阻燃劑中的至少一種。

其中，所述無機(jī)系阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鈣、氫氧化鎂、三氧化二銻、硅系阻燃劑(可為無機(jī)的二氧化硅或有機(jī)的硅氧烷等材料)中的至少一種。

其中，所述有機(jī)系阻燃劑包括聚磷酸銻、溴化銨、氯化聚烯烴中的至少一種。

其中，所述致孔劑包括聚乙二醇，優(yōu)選聚乙二醇-2000。

本發(fā)明還提供了一種上述高導(dǎo)熱型全熱交換膜的制備方法，包括以下步驟：

(a)對(duì)碳纖維進(jìn)行親水改性，并將其制成導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈；

(b)在一定溫度下，在溶劑中溶解親水性高分子材料，然后加入填料，進(jìn)行恒溫?cái)嚢?，均勻分散后形成親水性高分子復(fù)合材料；

(c)將所述親水性高分子復(fù)合材料涂敷在所述導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈上，經(jīng)干燥后得到所述全熱交換膜。

其中，步驟(b)中所述溶劑選自丙酮、水、乙醇、甲醇、異丙醇、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種或幾種的混合溶劑。

其中，所述導(dǎo)熱親水無紡碳纖維氈由親水改性的短切碳纖維經(jīng)過疏散、分散，采用濕法成型或粘合成型方法制成。其中，步驟(b)中所述溶解和所述恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?0-90℃，攪拌時(shí)間為2-24小時(shí)。

其中，步驟(c)中的涂敷方法包括流延法、壓延法、模壓法、蒸發(fā)溶劑法中的至少一種。

本發(fā)明還提供了一種全熱交換芯體，其包括上述高導(dǎo)熱型全熱交換膜，且優(yōu)選主要由上述高導(dǎo)熱型全熱交換膜制成，其中，將高導(dǎo)熱型全熱交換膜制成全熱交換芯體的工藝和方法是公知的。

本發(fā)明還提供了一種全熱交換器，包括上述全熱交換芯體，還包括殼體、設(shè)置在所述殼體上的新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、新風(fēng)出風(fēng)口、排風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)出風(fēng)口，所述全熱交換芯體設(shè)置于所述殼體內(nèi)。

本發(fā)明還提供了一種空氣處理機(jī)組，包括上述全熱交換芯體，還包括機(jī)組箱體，設(shè)置在所述機(jī)組箱體上的新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、新風(fēng)出風(fēng)口、排風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)出風(fēng)口，所述全熱交換芯體設(shè)置于所述機(jī)組箱體內(nèi)。

本發(fā)明提供了一種新的親水性高導(dǎo)熱全熱交換膜及其制備方法，還提供了一種由所述高導(dǎo)熱型全熱交換膜制成的全熱交換芯體，一種包括所述全熱交換芯體的全熱交換器以及一種包括所述全熱交換芯體的空氣處理機(jī)組。該膜的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)或基材結(jié)構(gòu)為由經(jīng)親水改性處理形成的經(jīng)親水改性的碳纖維制成的高導(dǎo)熱親水無紡碳纖維布/氈，其可有效提高全熱交換膜的顯熱交換性能。而以此高導(dǎo)熱親水無紡碳纖維布/氈為基材，所涂敷的親水性高分子復(fù)合膜有利于水分子在表面的吸附和在垂直方向上的擴(kuò)散，其中所添加的吸濕劑、阻燃劑和致孔劑有助于進(jìn)一步提高親水性高分子復(fù)合膜的透濕性。以此兩步法制備的全熱交換膜，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)10-37W/m·K，24小時(shí)水蒸氣透過量可達(dá)約1000g/m²。此外，高導(dǎo)熱親水碳纖維布/氈負(fù)責(zé)傳熱的同時(shí)，給全熱交換膜提供了較高的機(jī)械強(qiáng)度，可使本發(fā)明的全熱交換膜壽命大大高于紙膜和純高分子膜。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

步驟(1)：采用經(jīng)過苯胺親水改性的短切碳纖維為原料，加工克重為15g/m²的親水碳纖維表面氈作為基材。

步驟(2)：取5g聚乙烯醇，加入60ml水并保持95℃持續(xù)密封攪拌1小時(shí)溶解。隨后加入0.01g氯化鈣、0.01g氫氧化鋁和0.1g聚乙二醇-2000，降溫至80℃并保溫持續(xù)攪拌2小時(shí)至添加物分散均勻。隨后靜置脫泡12小時(shí)。

步驟(3)：將親水碳纖維表面氈浸漬入上述混合物中后取出，在80℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持8小時(shí)干燥，得到全熱交換膜。

所獲得的高導(dǎo)熱型全熱交換膜導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)15W/m·K，24小時(shí)水蒸氣透過量最高可達(dá)約913.5g/m²。

實(shí)施例2

步驟(1)：采用經(jīng)過陽離子聚丙烯酰胺親水改性的短切碳纖維為原料，加工克重為20g/m²的親水碳纖維表面氈作為基材。

步驟(2)：取5g聚乙烯吡咯烷酮，加入80ml二甲基甲酰胺并保持50℃持續(xù)密封攪拌2小時(shí)溶解。隨后加入0.01g氯化鎂、0.01g氫氧化鋁和0.1g聚乙二醇-2000，降溫至40℃并保溫持續(xù)攪拌12小時(shí)至添加物分散均勻。隨后靜置脫泡12小時(shí)。

步驟(3)：將親水碳纖維表面氈浸漬入上述混合物中后取出，在60℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持8小時(shí)干燥，得到全熱交換膜。

所獲得的高導(dǎo)熱型全熱交換膜導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)22W/m·K，24小時(shí)水蒸氣透過量最高可達(dá)約814.4g/m²。

實(shí)施例3

步驟(1)：采用經(jīng)過硝酸親水改性的短切碳纖維為原料，加工克重為10g/m²的親水碳纖維表面氈作為基材。

步驟(2)：取10g聚二甲基丙烯酰胺，加入160ml丙酮并保持50℃持續(xù)密封攪拌2小時(shí)溶解。隨后加入0.02g氧化鋁、0.05g羧甲基纖維素和0.15g聚乙二醇-2000，50℃保溫持續(xù)攪拌8小時(shí)至添加物分散均勻。隨后靜置脫泡12小時(shí)。

步驟(3)：將親水碳纖維表面氈浸漬入上述混合物中后取出，在60℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持12小時(shí)干燥，得到全熱交換膜。

所獲得的高導(dǎo)熱型全熱交換膜導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)12W/m·K，24小時(shí)水蒸氣透過量最高可達(dá)約980.5g/m²。

實(shí)施例4

步驟(1)：采用經(jīng)過苯胺親水改性的短切碳纖維為原料，加工克重為50g/m²的親水碳纖維表面氈作為基材。

步驟(2)：取10g聚丙烯酸，加入80ml N-甲基吡咯烷酮并保持40℃持續(xù)密封攪拌2小時(shí)溶解。隨后加入0.1g醋酸乙烯、0.1g聚氯乙烯和0.05g聚乙二醇-2000，40℃保溫持續(xù)攪拌12小時(shí)至添加物分散均勻。隨后靜置脫泡12小時(shí)。

步驟(3)：將親水碳纖維表面氈浸漬入上述混合物中后取出，在80℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持8小時(shí)干燥，得到全熱交換膜。

所獲得的高導(dǎo)熱型全熱交換膜導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)37W/m·K，24小時(shí)水蒸氣透過量最高可達(dá)約554.2g/m²。

表1總結(jié)了本發(fā)明實(shí)施例1-4的高導(dǎo)熱型全熱交換膜與申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210332671.9和CN201310120456.7的中國專利申請(qǐng)中的全熱交換膜的比較。由表1可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高導(dǎo)熱型全熱交換膜通過利用導(dǎo)熱親水碳纖維網(wǎng)絡(luò)作為全熱交換膜的基材或骨架、且在該基材或骨架上涂敷親水性高分子復(fù)合材料，大幅提高了全熱交換膜的顯熱交換能力。同時(shí)，高導(dǎo)熱親水碳纖維布/氈負(fù)責(zé)傳熱的同時(shí)，給全熱交換膜提供了較高的機(jī)械強(qiáng)度，可使全熱交換膜壽命大大高于紙膜和純高分子膜。

表1本發(fā)明的高導(dǎo)熱型全熱交換膜與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。