導熱聚烯烴復合材料及其應用研究

3(塑料助劑2010年第3期(總第81期)導熱聚烯烴復合材料及其應用研究周大綱1.2許乾慰23(1.中國華源集團(國際)有限公司，上海, 200070;2.先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，上海, 200092;3.同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海, 200092)商要研究了聚烯烴導熱塑料復合材料及其應用,研究表明,由于填充不同的導熱材料(如銅纖維、鋁纖維、鋁粉、石墨、鱗片石墨),導熱聚丙烯復合材料導熱系數為0.800~8.650 W.m'.K-,達到普通塑料導熱系數(約0.2 W.m+'.K-)的4~42.25倍。導熱線(xiàn)型低密度聚乙烯有優(yōu)良的力學(xué)性能和導熱性能。導熱聚烯烴復合材料已用于采暖、地熱利用和蓄冰空調工程。關(guān)鍵詞填充塑料 線(xiàn)型低密度聚乙烯 聚丙烯導熱塑料 采暖空調Study on Heat Conductive Polyolefine CompositeZhou Da- -gang'2 Xu Qian-wei?(1.China W orldbest Group International Company Limited, Shanghai, 200070;2.Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials of Ministry of Education , Shanghai，200092;3.School of Materials Science and Engineering,Tongji University, Shanghai, 200092 )Abstract:The research of heat conductive polyolefine (PO) composite and its application wereintroduced. The results show that the heat transfer coefficient of polyproprene (PP) composite is 0.800~8.650W .m+.K+, which is 4~42.25 fold of one when adding different heat conductive materials such as copperfiber, aluminum fiber, aluminum powder, graphite and squama graphite. Heat conductive linear lowere densitypolyethlene (LLDPE) have good mechanic and heat conductive properties. These composites have been used inheating, earth heat wtilization and ice storage type cooler.Keywords :illdl plastics; linear low density polyethylene ; polypropylene; heat conductive plastic;heating; air-condition節能是一個(gè)世界性的重大課題，利用地熱和導熱材料:銅纖維,直徑0.01~0.03 mm,長(cháng)度2蓄能是其中最有潛力的領(lǐng)域之一。但是,采用金屬mm,長(cháng)徑比67~200,常州無(wú)線(xiàn)電材料廠(chǎng);鋁纖維，材料(銅、鋁、鐵)易發(fā)生嚴重的腐蝕和結垢問(wèn)題,直徑0.03 mm,長(cháng)度0.6~0.8 mm,長(cháng)徑比20~27,北本文在研究傳熱元件-翅片管幾何參數優(yōu)化理論京有色金屬研究總院;鋁粉,細度225目,長(cháng)徑比的基礎_上",開(kāi)展了聚烯烴導熱塑料復合材料及其1.5,江蘇江寧上峰金粉廠(chǎng);石墨,細度150目(泰應用研究的工作。勒標準篩:篩孔0.104 mm),江蘇宜興鑄鋼材料廠(chǎng);鱗片石墨,細度200目(泰勒標準篩:篩孔0.0741實(shí)驗部分mm)和鱗片石墨,細度400目(泰勒標準篩:篩孔1.1 材料及設備0.038 mm),有一定寬長(cháng)比,青島電子材料廠(chǎng)。聚烯烴樹(shù)脂:聚丙烯(PP,均聚物)，F401,揚子石油化工公司;線(xiàn)型低密度聚乙烯(LLDPE),LF118,巴西收稿日期:2010-02-2032塑料助劑2010年第3期(總第81期)的界面效應以及復合材料加工工藝對導熱行為的2.3 CWGI-PED- -01的力學(xué)性能影響等。雖然己有各種導熱理論模型3.4可以描述CWGI-PED- 01的力學(xué)性能見(jiàn)表3所示。從表部分體系的規律，但是理論研究與實(shí)際結果偏差3可以看出:導熱聚乙烯復合材料有優(yōu)良的力學(xué)性較大,缺乏普遍適應性,有待于進(jìn)--步研究。能和導熱性能。.2 CWGI-PPD -01的力學(xué)性能CWGI-PPD-01的力學(xué)性能見(jiàn)表2所示。從表表3 CWGI-PED-01的力學(xué)性能可以看出:(1)導熱聚丙烯復合材料的力學(xué)性能在Tab.3 Mechnical properties of CWGI-PED -01100 C下拉伸強度變小和斷裂伸長(cháng)率變大，在-5 .檢驗結果測試標準常溫拉伸強度/MPa12.5GB 1040C和-10 °C下拉伸強度變大。(2)導 熱聚丙烯復合常溫斷裂伸長(cháng)率/%3.0材料的長(cháng)期使用溫度一般在1009C以下。常溫缺口沖擊強度/(kJ.m) 15.GB 1043導熱系數1(W.mr'.K")1.69 .由中科院上海硅酸鹽研究所測試表2 CWGI-PPD-01 的力學(xué)性能*采用護熱平板法。Tab.2 Mechnical properties of CWGI-PPD-01頁(yè)目3應用33.1常溫斷裂伸長(cháng)率!%3.1聚丙烯導熱塑料散熱器在采暖中的應用100 C拉伸強度/MPa1.3采用CWGI- PPD- -01制成三種散熱器:排管.100C斷裂伸長(cháng)率/%式導熱塑料散熱器、方翅片導熱塑料散熱器、圓翅-5C拉伸強度/MPa4.4片導熱塑料散熱器。這些散熱器可以用于室內采-10 C拉伸強度/MPa暖和干燥室(器)加熱干燥,克服了金屬材料腐蝕常溫缺口沖擊強度/(kJm2)4.9和管內結垢等問(wèn)題,有廣闊的應用前景。表4導熱塑料散熱器熱工性能ab.4 Thermal properties of radiator of conductive heat plastics (PP)項排管式方翅片圓翅片(帶罩)圓翅片(不帶罩)散熱量與計算溫差關(guān)系式Q=3.946△T1216Q=5.989OT12Q=8.487OT10Q=6.967 OTI7散熱量626889636657材料熱強度/(W+kg-.K-)0.640.721.00傳熱系數/(W .m2.K+)9.503.284.57注:排管式、方翅片的性能由清華大學(xué)熱能工程系散熱器檢測室測定;圓翅片(帶罩) .圓翅片(不帶罩)的性能由陜西省采暖散熱器產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗站測定。排管式導熱塑料散熱器、方翅片導熱塑料散已用于中國科學(xué)院廣州能源研究所國家科技攻關(guān)熱器、圓翅片導熱塑料散熱器,由清華大學(xué)熱能工子專(zhuān)題“地熱干燥設備研制"項目中,以解決地熱程系散熱器檢測室和陜西省采暖散熱器產(chǎn)品質(zhì)量水對金屬材料的腐蝕及結垢問(wèn)題。同時(shí)，利用65監督檢驗站測試,其結果見(jiàn)表4所示。C左右的地熱水通過(guò)熱交換加熱空氣，干燥農副從表4可以看出,散熱器具有良好散熱性能,產(chǎn)品(如白菜、香菇等)。干燥裝置總熱效率達排管式散熱量626 W,方翅片889 W,圓翅片(帶53%,節約煤102la。取得了可觀(guān)的經(jīng)濟效益和社罩)636 W,圓翅片(不帶罩)657 W,同時(shí)還有質(zhì)量會(huì )、環(huán)境效益。輕、耐腐蝕、防結垢等性能。.3聚乙烯導熱塑料蛇形盤(pán)管在蓄冰空調系統3.2聚丙烯導熱塑料翅片管換熱器在地熱利用系中的應用統中的應用采用CWGI-PED-01制成的蛇形盤(pán)管,用于國采用CWGI-PPD-01制成的翅片管換熱器,電機械設計研究院“導熱塑料盤(pán)管式蓄冰空調系第3期周大綱，等.導熱聚烯烴復合材料及其應用研究33統集成技術(shù)”項目中,以解決金屬盤(pán)管易腐蝕和普的導熱材料:銅纖維.鋁纖維、鋁粉、石墨、鱗片通塑料導熱性能差問(wèn)題,并具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、石墨,得到導熱系數為0.800~8.650 W/(m.K)的結(融)冰性能好等優(yōu)點(diǎn)5。導熱塑料復合材料，為普通塑料導熱系數[約0.2導熱塑料盤(pán)管式蓄冰空調系統集成技術(shù)是一W/(m.K)]的4~42.25倍。項將導熱塑料盤(pán)管蓄冰裝置應用于中央空調的系(2)CWGI-PPD-01和CWCI- -PED-01具有優(yōu)統技術(shù),其工作原理是在夜間(電價(jià)低,國家鼓勵良的力學(xué)性能和導熱性能，其中CWGI-PPD-01用低谷電)利用制冷機制冷通過(guò)盤(pán)管制冰(蓄冰盤(pán)導熱系數2.50 W/(m.K)和CWGI-PED- -01導熱系管浸泡在裝滿(mǎn)水的蓄冰槽中，制冷機制出的低溫數1.69 W/(m.K)，分別是普通塑料導熱系數的載冷劑，通常為乙二醇溶液，在蓄冰盤(pán)管內部流12.5倍和8.45倍。動(dòng)，通常處于湍流狀態(tài)，使盤(pán)管外的水降溫、結(3)用聚烯烴導熱塑料復合材料制成的散熱.冰),并以冰的形式儲存起來(lái),日間冰融化釋放出器、換熱器以及盤(pán)管蓄冰裝置等己應用于采暖、地冷量來(lái)提供空調冷源。熱利用和蓄冰空調工程中，取得良好的經(jīng)濟效益杭州華電華源環(huán)境工程有限公司生產(chǎn)的導熱和社會(huì )、環(huán)保效益,有廣闊的應用前景。塑料蛇形盤(pán)管與代表國際先進(jìn)水平的美國B(niǎo)AC參考文獻公司生產(chǎn)的鋼制蛇形盤(pán)管在同一個(gè)系統中運行,I1] 楊杰輝,周大綱,馬劍文.新型導熱塑料翅片管的研究進(jìn)行技術(shù)比較。試驗證明導熱塑料蓄冰盤(pán)管在制[].流體工程,1987,(9):52-56冰后期顯示出強勁的換熱能力，大大超過(guò)美國的[2] 徐益峰,王興安.測量非金屬材料導熱系數的瞬態(tài)熱片方法[].動(dòng)力機械通訊, 1986,(1~2)BAC盤(pán)管。融冰期間,盤(pán)管換熱能力始終優(yōu)于BAC3] 馮毅,李云翔,梁滿(mǎn)兵.填充型導熱塑料的熱導率分析盤(pán)管。導熱塑料蛇形盤(pán)管已應用于上海同濟大學(xué)[].塑料工業(yè),2007,35( 16):250~251 ,254教學(xué)科研綜合樓冰蓄冷中央空調系統中，日冰蓄4] 楊銓銓,梁基照.高分子基導電復合材料非線(xiàn)性導電行冷轉移高峰和平峰電共計:4086.2 kW.h，日節省為及其機理(I )一導電通道理論[小上海塑料,2009,運行費用2464.6元，取得良好的經(jīng)濟效益和社(4):1~8 .5] 梁博,董興杰,劉建。冰球與盤(pán)管制冰過(guò)程的熱阻變化對會(huì )、環(huán)保效益間。比[].制冷空調與電力機械,2008,(1):8~104結論6] 石翔,華陽(yáng),張力峰,等.上海同濟大學(xué)教學(xué)科研綜合樓冰蓄冷中央空調系統[U]. 制冷空調與電力機械,2007,(1)導熱聚丙烯復合材料,由于采用填充不同(2):66-67,83(上接第22 i[4] 陸榮榮,張利軍,梁軍,等.不同廠(chǎng)家的CPE對PVC制品2005,126(2):251~263流變性能的影響[J].聚氯乙烯,2006,(3):23~24[9] Kharitonov AP. 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