一种碳纤维换热板片、换热器及其制备工艺的制作方法

本发明涉及换热器，尤其涉及一种碳纤维换热板片、换热器及其制备工艺。

背景技术：

1、目前市面上现有的换热器主要使用金属材料和非金属材料(聚酰亚胺、聚醚醚酮、树脂、复合纤维纸等)两大类为主。其中金属材料具有良好的导热性和强度，但也由于材质的原因，尤其是当使用铜或不锈钢等传统材料时重量较大；同时很多金属易受环境影响发生腐蚀，可能需要更频繁的维护和更早的更换，从而导致较高的生命周期成本；另外金属材料的热膨胀系数相对较高，在温度变化很大的应用中可能引发结构的应力和变形。

2、非金属材料具有耐腐蚀、轻量化等优点，但许多非金属材料的热传导率较低，虽然适合作为热绝缘材料，但作为换热器材料导热性差可能会限制其效率；这些非金属材料在高压力或高冲击应用环境下，机械强度不足，可能难以承受重载；此外耐磨性能有限，长期使用极易加速磨损和损坏；同时它们的风阻系数较高，也是一个不可忽视的缺点。

3、针对现有换热器的缺点，本发明公开了一种碳纤维换热板片、换热器及其制备工艺，其为高含量碳纤维材料制成，添加有氟碳复合层，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等优点，同时也具有良好的导热性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种碳纤维换热板片、换热器及其制备工艺，以提供符合严苛环境要求的高换热效率的换热器。本申请实施例提供以下技术方案：

2、一方面，本申请实施例提供一种碳纤维换热板片，包括：

3、初始板片，所述初始板片包括：

4、堆叠而成的至少两层碳纤维材料层，以及

5、设于相邻的所述碳纤维材料层之间树脂固化剂层；

6、氟碳复合层，所述氟碳复合层至少涂覆于所述初始板片最外层；

7、其中在所述碳纤维换热板片中，所述碳纤维材料的质量占比为75％～86％、所述树脂固化剂的质量占比为10％～18％、所述氟碳复合粉末的质量占比为4％～7％。

8、进一步地，所述树脂固化剂层包含基体材料、引发所述基体材料交联反应的固化剂和氟碳复合粉末。

9、更进一步地，所述基体材料为环氧树脂；所述固化剂为胺类、酸酐类、咪唑类的至少一种；所述氟碳复合层包括聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯的至少一种。

10、进一步地，所述氟碳复合层还设置于所述初始板片中任意相邻的所述碳纤维材料层与所述树脂固化剂层之间。

11、进一步地，所述碳纤维换热板片流道造型为平行流道，局部有折弯部。

12、另一方面，本申请实施例提供一种换热器，包括框架、封板和换热芯体，所述换热芯体由至少三组碳纤维换热板片依次叠加所得，相邻所述碳纤维换热板片之间形成换热流道，所述碳纤维换热板片侧面设有支撑构件，所述碳纤维换热板片为上述任一项所述碳纤维换热板片。

13、另一方面，本申请实施例提供一种换热器制备工艺，包括如下步骤：

14、s1.预处理碳纤维材料并采用成型工艺制备得层状的碳纤维材料层；

15、s2.将所述碳纤维材料层与树脂固化剂层逐层铺设得初始板片得初始板片，所述树脂固化剂层设于所述碳纤维材料层之间；

16、s3.所述初始板片的至少最外层涂覆氟碳复合层，使得在所述碳纤维换热板片中碳纤维材料的质量占比为75％～86％、树脂固化剂的质量占比为10％～18％、氟碳复合粉末的质量占比为4％～7％；

17、s4.将至少三组所述碳纤维换热板片的相接处涂刷所述树脂固化剂层依次叠加组装为换热芯体，所述换热芯体的侧面设有支撑构件；

18、s5.将所述换热芯体固化成型后组装框架和封板为所述换热器。

19、另一方面，本申请实施例提供一种换热器制备工艺，包括如下步骤：

20、s1.预处理碳纤维材料并采用成型工艺制备得层状的碳纤维材料层；

21、s2.将所述碳纤维材料层的表面涂覆氟碳复合粉末后与树脂固化剂逐层铺设得所述初始板片；

22、s3.所述初始板片的最外层涂覆氟碳复合层，在所述碳纤维换热板片中碳纤维材料的质量占比为75％～86％、树脂固化剂的质量占比为10％～18％、氟碳复合粉末的质量占比为4％～7％；

23、s4.将至少三组所述碳纤维换热板片的相接处涂刷所述树脂固化剂层依次叠加组装为换热芯体，所述换热芯体的侧面设有支撑构件；

24、s5.将所述换热芯体固化成型后组装框架和封板为所述换热器。

25、进一步地，s1中所述碳纤维材料层在固化成型阶段通过模具设计流道造型对其局部折弯，折弯形式为三角形、半圆形或椭圆形。

26、进一步地，s2中树脂固化剂层中添加氟碳复合粉末。

27、与现有技术相比，本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

28、1、本发明碳纤维换热板片中添加氟碳复合层，用于改善粘度系数高、含有腐蚀换热介质对换热板片形成流道的堵塞或腐蚀分解作用，同时氟碳复合层表面具有低表面能，赋予换热器表面优异的疏水疏油性和自清洁能力，其抗黏结性有助于降低污染物沉积，保持高效换热。

29、2、本发明碳纤维换热板片将氟碳复合层涂覆在碳纤维材料层再与树脂固化剂层相叠加，在保证了与流体介质相接表面的耐腐蚀和抗黏附性能的情况下，可以进一步地增强复合材料的耐腐蚀性和耐化学性能，保护内层的碳纤维材料和树脂不受化学介质的侵蚀，免受环境因素的影响。

30、3、本发明碳纤维换热板片将氟碳复合粉末添加到树脂固化剂层中，两者的协同可以增强复合材料在腐蚀性环境中的使用寿命，增强复合材料的力学性能和显著提升复合材料的热稳定性和耐热性。

31、4、本发明碳纤维换热板片中碳纤维材料的占比范围在75％到86％，碳纤维材料具有极高的刚度，在同样的重量条件下，高纤维含量的板片可以提供更好的结构支撑和稳定性；其在长期受力的应用中表现出良好的疲劳寿命；尺寸稳定性非常好，在多种恶劣环境下保持性能不变；高纤维含量提高了板材的热导率，适合需要有效散热的换热器场景。

技术特征：

1.一种碳纤维换热板片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳纤维换热板片，其特征在于，所述树脂固化剂层包含基体材料、引发所述基体材料交联反应的固化剂和氟碳复合粉末。

3.根据权利要求2所述的碳纤维换热板片，其特征在于，所述基体材料为环氧树脂；所述固化剂为胺类、酸酐类、咪唑类的至少一种；所述氟碳复合层包括聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯的至少一种。

4.根据权利要求1所述的碳纤维换热板片，其特征在于，所述氟碳复合层还设置于所述初始板片中任意相邻的所述碳纤维材料层与所述树脂固化剂层之间。

5.根据权利要求1所述的碳纤维换热板片，其特征在于，所述碳纤维换热板片流道造型为平行流道，局部有折弯部。

6.一种换热器，包括框架、封板和换热芯体，所述换热芯体由至少三组碳纤维换热板片依次叠加所得，相邻所述碳纤维换热板片之间形成换热流道，所述碳纤维换热板片侧面设有支撑构件，其特征在于，所述碳纤维换热板片为权利要求1-5中的任一项所述碳纤维换热板片。

7.一种换热器制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

8.一种换热器制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求7或8任一所述的换热器制备工艺，其特征在于，s1中所述碳纤维材料层在固化成型阶段通过模具设计流道造型对其局部折弯，折弯形式为三角形、半圆形或椭圆形。

10.根据权利要求7或8任一所述的换热器制备工艺，其特征在于，s2中树脂固化剂层中添加氟碳复合粉末。

技术总结本发明提供了一种碳纤维换热板片、换热器及其制备工艺，应用于换热器技术领域，其中碳纤维换热板片为碳纤维材料与粘合剂逐层铺设，碳纤维换热板片的材料构成为占比75％～86％的碳纤维材料、占比10％～18％的树脂固化剂以及占比4％～7％的氟碳复合粉末，碳纤维换热板片采用高含量的碳纤维制成且添加氟碳复合层，具有高强度、高模量、耐高温等优点，同时也具有良好的耐腐蚀性。技术研发人员：吴文腾,王梦晨,杨小猛受保护的技术使用者：苏州兆和环能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11