导热聚烯烃复合材料及其应用研究

3(塑料助剂2010年第3期(总第81期)导热聚烯烃复合材料及其应用研究周大纲1.2许乾慰23(1.中国华源集团(国际)有限公司，上海, 200070;2.先进土木工程材料教育部重点实验室，上海, 200092;3.同济大学材料科学与工程学院，上海, 200092)商要研究了聚烯烃导热塑料复合材料及其应用,研究表明,由于填充不同的导热材料(如铜纤维、铝纤维、铝粉、石墨、鳞片石墨),导热聚丙烯复合材料导热系数为0.800~8.650 W.m'.K-,达到普通塑料导热系数(约0.2 W.m+'.K-)的4~42.25倍。导热线型低密度聚乙烯有优良的力学性能和导热性能。导热聚烯烃复合材料已用于采暖、地热利用和蓄冰空调工程。关键词填充塑料 线型低密度聚乙烯 聚丙烯导热塑料 采暖空调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节能是一个世界性的重大课题，利用地热和导热材料:铜纤维,直径0.01~0.03 mm,长度2蓄能是其中最有潜力的领域之一。但是,采用金属mm,长径比67~200,常州无线电材料厂;铝纤维，材料(铜、铝、铁)易发生严重的腐蚀和结垢问题,直径0.03 mm,长度0.6~0.8 mm,长径比20~27,北本文在研究传热元件-翅片管几何参数优化理论京有色金属研究总院;铝粉,细度225目,长径比的基础_上",开展了聚烯烃导热塑料复合材料及其1.5,江苏江宁上峰金粉厂;石墨,细度150目(泰应用研究的工作。勒标准筛:筛孔0.104 mm),江苏宜兴铸钢材料厂;鳞片石墨,细度200目(泰勒标准筛:筛孔0.0741实验部分mm)和鳞片石墨,细度400目(泰勒标准筛:筛孔1.1 材料及设备0.038 mm),有一定宽长比,青岛电子材料厂。聚烯烃树脂:聚丙烯(PP,均聚物)，F401,扬子石油化工公司;线型低密度聚乙烯(LLDPE),LF118,巴西收稿日期:2010-02-2032塑料助剂2010年第3期(总第81期)的界面效应以及复合材料加工工艺对导热行为的2.3 CWGI-PED- -01的力学性能影响等。虽然己有各种导热理论模型3.4可以描述CWGI-PED- 01的力学性能见表3所示。从表部分体系的规律，但是理论研究与实际结果偏差3可以看出:导热聚乙烯复合材料有优良的力学性较大,缺乏普遍适应性,有待于进--步研究。能和导热性能。.2 CWGI-PPD -01的力学性能CWGI-PPD-01的力学性能见表2所示。从表表3 CWGI-PED-01的力学性能可以看出:(1)导热聚丙烯复合材料的力学性能在Tab.3 Mechnical properties of CWGI-PED -01100 C下拉伸强度变小和断裂伸长率变大，在-5 .检验结果测试标准常温拉伸强度/MPa12.5GB 1040C和-10 °C下拉伸强度变大。(2)导 热聚丙烯复合常温断裂伸长率/%3.0材料的长期使用温度一般在1009C以下。常温缺口冲击强度/(kJ.m) 15.GB 1043导热系数1(W.mr'.K")1.69 .由中科院上海硅酸盐研究所测试表2 CWGI-PPD-01 的力学性能*采用护热平板法。Tab.2 Mechnical properties of CWGI-PPD-01页目3应用33.1常温断裂伸长率!%3.1聚丙烯导热塑料散热器在采暖中的应用100 C拉伸强度/MPa1.3采用CWGI- PPD- -01制成三种散热器:排管.100C断裂伸长率/%式导热塑料散热器、方翅片导热塑料散热器、圆翅-5C拉伸强度/MPa4.4片导热塑料散热器。这些散热器可以用于室内采-10 C拉伸强度/MPa暖和干燥室(器)加热干燥,克服了金属材料腐蚀常温缺口冲击强度/(kJm2)4.9和管内结垢等问题,有广阔的应用前景。表4导热塑料散热器热工性能ab.4 Thermal properties of radiator of conductive heat plastics (PP)项排管式方翅片圆翅片(带罩)圆翅片(不带罩)散热量与计算温差关系式Q=3.946△T1216Q=5.989OT12Q=8.487OT10Q=6.967 OTI7散热量626889636657材料热强度/(W+kg-.K-)0.640.721.00传热系数/(W .m2.K+)9.503.284.57注:排管式、方翅片的性能由清华大学热能工程系散热器检测室测定;圆翅片(带罩) .圆翅片(不带罩)的性能由陕西省采暖散热器产品质量监督检验站测定。排管式导热塑料散热器、方翅片导热塑料散已用于中国科学院广州能源研究所国家科技攻关热器、圆翅片导热塑料散热器,由清华大学热能工子专题“地热干燥设备研制"项目中,以解决地热程系散热器检测室和陕西省采暖散热器产品质量水对金属材料的腐蚀及结垢问题。同时，利用65监督检验站测试,其结果见表4所示。C左右的地热水通过热交换加热空气，干燥农副从表4可以看出,散热器具有良好散热性能,产品(如白菜、香菇等)。干燥装置总热效率达排管式散热量626 W,方翅片889 W,圆翅片(带53%,节约煤102la。取得了可观的经济效益和社罩)636 W,圆翅片(不带罩)657 W,同时还有质量会、环境效益。轻、耐腐蚀、防结垢等性能。.3聚乙烯导热塑料蛇形盘管在蓄冰空调系统3.2聚丙烯导热塑料翅片管换热器在地热利用系中的应用统中的应用采用CWGI-PED-01制成的蛇形盘管,用于国采用CWGI-PPD-01制成的翅片管换热器,电机械设计研究院“导热塑料盘管式蓄冰空调系第3期周大纲，等.导热聚烯烃复合材料及其应用研究33统集成技术”项目中,以解决金属盘管易腐蚀和普的导热材料:铜纤维.铝纤维、铝粉、石墨、鳞片通塑料导热性能差问题,并具有质量轻、耐腐蚀、石墨,得到导热系数为0.800~8.650 W/(m.K)的结(融)冰性能好等优点5。导热塑料复合材料，为普通塑料导热系数[约0.2导热塑料盘管式蓄冰空调系统集成技术是一W/(m.K)]的4~42.25倍。项将导热塑料盘管蓄冰装置应用于中央空调的系(2)CWGI-PPD-01和CWCI- -PED-01具有优统技术,其工作原理是在夜间(电价低,国家鼓励良的力学性能和导热性能，其中CWGI-PPD-01用低谷电)利用制冷机制冷通过盘管制冰(蓄冰盘导热系数2.50 W/(m.K)和CWGI-PED- -01导热系管浸泡在装满水的蓄冰槽中，制冷机制出的低温数1.69 W/(m.K)，分别是普通塑料导热系数的载冷剂，通常为乙二醇溶液，在蓄冰盘管内部流12.5倍和8.45倍。动，通常处于湍流状态，使盘管外的水降温、结(3)用聚烯烃导热塑料复合材料制成的散热.冰),并以冰的形式储存起来,日间冰融化释放出器、换热器以及盘管蓄冰装置等己应用于采暖、地冷量来提供空调冷源。热利用和蓄冰空调工程中，取得良好的经济效益杭州华电华源环境工程有限公司生产的导热和社会、环保效益,有广阔的应用前景。塑料蛇形盘管与代表国际先进水平的美国BAC参考文献公司生产的钢制蛇形盘管在同一个系统中运行,I1] 杨杰辉,周大纲,马剑文.新型导热塑料翅片管的研究进行技术比较。试验证明导热塑料蓄冰盘管在制[].流体工程,1987,(9):52-56冰后期显示出强劲的换热能力，大大超过美国的[2] 徐益峰,王兴安.测量非金属材料导热系数的瞬态热片方法[].动力机械通讯, 1986,(1~2)BAC盘管。融冰期间,盘管换热能力始终优于BAC3] 冯毅,李云翔,梁满兵.填充型导热塑料的热导率分析盘管。导热塑料蛇形盘管已应用于上海同济大学[].塑料工业,2007,35( 16):250~251 ,254教学科研综合楼冰蓄冷中央空调系统中，日冰蓄4] 杨铨铨,梁基照.高分子基导电复合材料非线性导电行冷转移高峰和平峰电共计:4086.2 kW.h，日节省为及其机理(I )一导电通道理论[小上海塑料,2009,运行费用2464.6元，取得良好的经济效益和社(4):1~8 .5] 梁博,董兴杰,刘建。冰球与盘管制冰过程的热阻变化对会、环保效益间。比[].制冷空调与电力机械,2008,(1):8~104结论6] 石翔,华阳,张力峰,等.上海同济大学教学科研综合楼冰蓄冷中央空调系统[U]. 制冷空调与电力机械,2007,(1)导热聚丙烯复合材料,由于采用填充不同(2):66-67,83(上接第22 i[4] 陆荣荣,张利军,梁军,等.不同厂家的CPE对PVC制品2005,126(2):251~263流变性能的影响[J].聚氯乙烯,2006,(3):23~24[9] Kharitonov AP. Direet Fluorination of Polymers - from[5] Nazarov V G, Kondratov A P, Stolyarov V P, et al.Fundamental Research to Industrial Applications [J].Morphology of the Surface Layer of Polymers Modified byProgress in Organic Coatings，2008, 61 (2~4): 192~204Gaseous Fluorine [J]. Polym.Sci.Ser.A ,2006 , 48(11):[10]安振连,汤敏敏,夏钟福,等.聚丙烯孔洞驻极体膜的化1 164~1 170学表面处理及电荷稳定性[].物理学报2006.55.803[6] Dubois A, Gurin K, Giraulite Chinique J, et al. Direct[11] 安振连,赵敏,汤敏敏,等.氟气处理孔洞聚丙烯膜显著.Fluorination of Poly(p-phenylene)[J]. Polymer, 2005 ,46改善的电荷存储特性[].物理学报,2008,57:5 859~(10): 6 7365 862[7] Mukherjee M, Das C K, Kharitonov A P. Fluorinated and[12]R J Lagow, J L Margrave. The Direct Fluorination ofOxyfluorinated Short Kevlar Fiber -Reinforced EthyleneBorohydrides and Lithium Aluminium Hydride. A newPropylene Polymer []. Polymer Composites ,2006 ,27 (2)Route to Fluoroborates and Fluoroaluminates [J]，205-212Inorganica Chimica Acta,1974,10:9~11[8] Kharitonov A P, Taege R，Ferrier G, et al. Direct [13] R J Lagow, J L Margrave. The Direct Fluorination ofFluorination -Useful Tool to Enhance CommercialHydrocarbon Polymers [J].Journal of Fluorine Chemistry,Properties of Polymer Articles []. Fluorine Chem1974.4(4): 371~380