一種替代鋁銅生產太陽能熱水器集熱板芯的高導熱石墨材料的製作方法
2023-05-31 04:12:21 2
一種替代鋁銅生產太陽能熱水器集熱板芯的高導熱石墨材料的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種替代鋁銅生產太陽能熱水器集熱板芯的高導熱石墨材料；該材料的生產方法是：將氧化石墨放入氫氟酸溶液中提純，將較純的氧化石墨用純淨水進行水洗，將水洗烘乾後的石墨送入960～1000℃的高溫爐中加溫後，靠鼓風機通過管道吹出得到纖絮狀型蠕蟲石墨；將蠕蟲石墨經壓輥壓延成薄片狀得到柔性高導熱石墨材料，用來製作太陽能熱水器集熱板芯。用高導熱石墨材料壓延成薄片後具有良好的耐高溫、導電、導熱、可塑性及耐酸鹼性能，利用該薄片製成的太陽能熱水器集熱板芯，其優點是具有高導熱性，導熱效果好，熱穩定性高，不易氧化，使用壽命長，成本低，無毒、無味、無公害。
【專利說明】一種替代鋁銅生產太陽能熱水器集熱板芯的高導熱石墨材 料
一、【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種生產太陽能熱水器集熱板芯的材料，尤其是一種替代鋁銅生 廣太陽能熱水器集熱板芯的聞導熱石墨材料。
二、【背景技術】
[0002]在我國實施節能減排戰略，建設資源節約型、環境友好型社會的進程中，太陽能熱 水器作為典型的節能、環保、低碳產品已經在我國實現了市場化、規模化發展，為國家的戰 略實施和經濟發展作出了巨大貢獻。當前，國內外的太陽能熱水器集熱板芯應用的材料，均 由金屬材料紫銅板或者薄鋁板製成。紫銅板或者薄鋁板製成的集熱板芯，能夠吸收太陽能 將熱量傳導給循環水，但與新材料相比其不足之處是成本高，導熱係數低，熱傳導效率低， 使用壽命短。
三、
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術的不足，本發明的目的是提供一種成本低，導熱效果好，使用壽 命長的能替代鋁銅生產太陽能熱水器集熱板芯的高導熱石墨材料。
[0004]實現本發明的目的採用的技術方案是:所述的高導熱石墨材料的生產方法是:將 用傳統方法製得的氧化石墨放入濃度為2%的氫氟酸溶液中浸泡50分鐘以上,使雜質含 量不大於0.012%，得到較高純度的氧化石墨；將較純的氧化石墨用純淨水進行水洗，可漂 洗、衝洗或逆流洗滌，時間I小時以上，水溫為20°C，然後脫水烘乾；將水洗烘乾後的石墨送 入960?1000°C的高溫爐中加溫8秒鐘後，靠鼓風機通過管道吹出得到纖絮狀型蠕蟲石墨； 將蠕蟲石墨經壓輥壓延成薄片狀得到柔性高導熱石墨材料，用來製作太陽能熱水器集熱板
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[0005]本發明的有益效果是:所述的高導熱石墨材料光轉換率高，有瞬時導熱功能。還 具有柔性，能粘貼在光滑的平面和彎曲的表面上。用高導熱石墨材料壓延成薄片後具有良 好的耐高溫、導電、導熱、可塑性及耐酸鹼性能，利用該薄片製成的太陽能熱水器集熱板芯， 其優點是具有高導熱性，導熱效果好，熱穩定性高，不易氧化，使用壽命長，成本低，無毒、無 味、無公害。
四、【具體實施方式】
[0006]本發明一種替代鋁銅生產太陽能熱水器集熱板芯的高導熱石墨材料；該材料的生 產方法是:將用傳統方法製得的氧化石墨放入濃度為2%的氫氟酸溶液中浸泡50分鐘以 上，使雜質含量不大於0.012%，得到較高純度的氧化石墨；將較純的氧化石墨用純淨水進 行水洗，可漂洗、衝洗或逆流洗滌，時間I小時以上，水溫為20°C，然後脫水烘乾；將水洗烘 幹後的石墨送入960?1000°C的高溫爐中加溫8秒鐘後，靠鼓風機通過管道吹出得到纖絮 狀型蠕蟲石墨；將蠕蟲石墨經壓輥壓延成薄片狀得到柔性高導熱石墨材料，用來製作太陽能熱水器集熱板芯。所述的氧化石墨的石墨晶體在氧化過程中具有可膨化性，同時比較有效的使石墨粒子層間化合物產生很大的鬆動，有利於石墨粒子雜質的剔除，使下一步氫氟酸溶液很容易插入。水洗的目的是去除掉氧化石墨中的多餘的酸和雜質。因天然水含有各種不同的雜質，天然水是以離子狀態存在於水中的，基本上都是無機鹽類溶解於水中的，如:鈣、鎂、鐵、碳酸根、硫酸根、氯根等，它們穩定地均勻地分散在水中。因純淨水中不含天然水中的雜質，所以才用純淨水進行水洗，去雜更徹底，有利於高純度柔性石墨的獲得。氧化石墨在960?1000°C高溫作用下石墨層間化合物迅速氣化分解，產生一定量的推力，破壞石墨層間結構，使石墨晶格間C-C鍵斷裂，層面C軸方向迅速膨脹，層間距增大300?500倍，使最初的鱗片狀石墨變成纖絮狀型蠕蟲石墨。蠕蟲石墨在專用設備上利用壓輥壓延成薄片，在壓延成型的兩石墨薄片的對應面上均勻塗上或噴上粘合劑，將其牢固的貼合在能通水的金屬管上；再在貼合成型的石墨片的一側鍍上或者粘貼一層能夠增加石墨片強度的銅或鋁；然後在金屬層外鍍上或者塗上一層便於吸收陽光的選擇性塗層，即可獲得高導熱石墨材料的太陽能熱水器集熱板芯。每臺熱水器若是用紫銅片得6公斤左右，而用膨化石墨片只需2公斤，可是2公斤石墨=1公斤的價錢，所以用高導熱石墨材料的石墨片成本低。
[0007]非金屬石墨材料的導熱原理:
[0008]石墨微晶體屬於六方晶體系，具有典型層狀結構，每一層中的碳原子六方環狀排列，每一個原子為相鄰的三個原子所圍繞，其間距為1.42X10_7cm。而層與層的間距為3.4X10_7cm。層內具有共價鍵——金屬鍵，而層間為分子鍵。固體中擔負導熱的物質(載流子)有電子，晶格振動光子等。對於非金屬固體而言的石墨材料，其導熱機構主要是晶格振動。碳材料幾乎都是以六角碳網平面的積層體為微晶的多晶體石墨微晶具有下述特徵:
(I)幾乎看成是二維機構，(2)層平面內的碳原子之間以牢固的鍵合，(3)是原子量比較小的單體。
[0009]石墨晶格振動與一般物質有很大的不同，石墨晶格中存在的空洞，位錯及其他晶格缺陷，以及晶粒大小都對聲子傳遞熱能有影響，材料的石墨化程度越高，晶格越完善，材料的導熱率越高。
[0010]石墨層上存在高活性的離域大鍵，在片層之間存在範德華力，這種特殊的微觀結構決定了其導熱性能具有明顯的各向異性。其導熱的載流子又有電子，在沿著石墨片方向的導熱率遠遠大於垂直於片層方向的導熱率，而垂直僅為平行方向的I / 400,由於製造工藝和原材料不同，成品間導熱係數也不盡相同，不能從固定的資料庫中查出其相應的導熱係數。
[0011]一般成品石墨片導熱係數150?500w/m.k (1.0密度)，高導熱石墨片500?800w/m.k (1.5密度)，超純99.99%以上石墨模密度2.0以上，導熱係數1000?2400w / m.k以上。
[0012]石墨高導熱片的主要功能是創造出最大的有效面積，這個表面積上熱被轉移並有外界媒介帶走，石墨導熱片就是通過將熱量均勻的分布在二維平面，從而有效的將板芯收到的熱量轉移到工質上，保證組件在所承受的溫度下工作。
[0013]高導熱石墨材料，因特有的低密度和高導熱和散熱係數及低熱阻成為現代工業首選材料。與傳統的金屬導熱材料銅、鋁相比在一定的溫度範圍內其導熱係數大於金屬材料。因而石墨高的導熱係數並有瞬時導熱功能。因此本發明用來製作平板太陽能熱水器板芯材料，它還有個功能就是工質和環境溫度越低，導熱反而增加，特別適合製做太陽能採暖和電暖氣片等材料。
【權利要求】
1.一種替代鋁銅生產太陽能熱水器集熱板芯的高導熱石墨材料；其特徵在於:該種材料的生產方法是將用傳統方法製得的氧化石墨提純，得到較高純度的氧化石墨；將較純的氧化石墨用純淨水進行水洗，然後脫水烘乾；將水洗烘乾後的石墨送入960?1000°C的高溫爐中加溫8秒鐘後，靠鼓風機通過管道吹出得到纖絮狀型蠕蟲石墨；將蠕蟲石墨經壓輥壓延成薄片狀得到柔性高導熱石墨材料，用來製作太陽能熱水器集熱板芯。
2.如權利要求1所述的高導熱石墨材料；其特徵在於:所述的氧化石墨提純，是將氧化石墨放入濃度為2%的氫氟酸溶液中浸泡50分鐘以上，使雜質含量不大於0.012%。
3.如權利要求1所述的高導熱石墨材料；其特徵在於:所述的氧化石墨進行水洗，水洗方法是漂洗、衝洗或逆流洗滌，時間I小時以上，水溫為20°C。
【文檔編號】C01B31/04GK103528252SQ201310485656
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】姚德龍, 姚愛華 申請人:姚德龍