一種換熱高效防腐蝕的帶石墨烯保護膜的換熱器製備方法與流程

2023-06-18 23:53:51

本發明涉及燃氣熱水器技術領域，尤其是涉及燃氣熱水器帶石墨烯保護膜的換熱器技術領域。

背景技術：

現有燃氣熱水器換熱器換熱管多採用無氧銅材質，銅是導熱係數較大的金屬材質，導熱係數有377W/m·K，但交叉流換熱器中的蛇形銅盤管沿水流方向有較大的溫度差，這樣的溫度梯度不利於換熱，會降低換熱器的換熱性能，且熱水器在水質較差情況下使用，銅管會被腐蝕導致漏水。雖然開發的不鏽鋼材質換熱器儘管能較好解決換熱器被腐蝕漏水問題，但不鏽鋼材質的導熱性能較差，304的導熱係數僅有16.2W/m·K，且相同換熱能力的不鏽鋼換熱器比銅換熱器質量要大很多，導致其在燃氣熱水器領域使用受到一定的制約。傳統的防腐蝕處理方法如電化學保護因安全性等原因並不適用於燃氣熱水器換熱器，而一般的鈍化處理方法是在銅管表面生成鈍化膜以此保護銅管不被腐蝕，但該鈍化膜並不能很好地長期在水流衝擊下工作，其對銅管的保護作用有限，仍不能避免熱水器使用過程中銅管的腐蝕漏水。

也有採用石墨烯保護膜的，一種高散熱性能的換熱器(CN201620721991.7)公開(公告)號為CN205897906U、申請日為2016.07.08的實用新型專利申請，它包括翅片和穿插在所述翅片中的換熱管；所述換熱管包括換熱管本體，所述換熱管本體的內表面和外表面分別設有石墨烯導熱塗層；設於所述換熱管本體內表面的石墨烯導熱塗層的外表面還設有氮化矽塗層。但其製備複雜，附著力不夠，從而影響壽命及使用效果。

技術實現要素：

本發明的目的就是針對現有技術的不足而提供一種工藝簡單方便、防腐效果好、耐高溫，導熱性能良好、同時也具有超疏水性質的帶石墨烯保護膜的燃氣熱水器換熱器的製備方法。

為了達到以上目的，本發明專利採用如下技術方案：

一種換熱高效防腐蝕的帶石墨烯保護膜的換熱器製備方法，其特徵在於，其具體工藝步驟如下：

(1)首先對銅管進行清洗並烘乾，可以採用酒精、丙酮溶液清洗銅管內壁的油汙；

(2)製備石墨烯/環氧樹脂塗料：按質量比1：3的比例將正丁醇和二甲苯配製成混合溶劑，然後製備石墨納米片料漿，將石墨納米片按照環氧樹脂質量5％的比例添加到6-8g混合稀釋劑中，超聲一小時攪拌均勻，製備出石墨納米片料漿。稱取5g環氧樹脂E-51和0.1-0.3g消泡劑，加入到石墨納米片烯料漿中攪拌均勻，再加入2-4g固化劑聚醯胺樹脂HB-125，混合均勻靜置熟化20-40分鐘後，即製得石墨烯防腐塗料。將塗料從銅管內部緩慢流過，在銅管內壁形成附著，低溫烘烤，形成銅管內壁塗層的固化，最終形成黑色的銅管內壁塗層。

作為上述方案的進一步說明，所述首先對銅管進行清洗是將其放置於丙酮中煮沸5-15分鐘，再放入乙醇中煮沸5-15分鐘後用去離子水清洗，再放入冰醋酸中浸泡5-15分鐘後用去離子水清洗，清洗的最後步驟是用氮氣吹乾，這樣做是為了去除銅管上可能附著的有機物和氧化銅等雜質。

進一步的，所述對銅管進行清洗是將其放置於丙酮中煮沸10分鐘，再放入乙醇中煮沸10分鐘，放入冰醋酸中浸泡10分鐘。

進一步的，所述步驟(2)製備石墨烯/環氧樹脂塗料中，固化劑採用聚醯胺樹脂HB-125；環氧樹脂採用E-51環氧樹脂；

進一步的，所述步驟(2)製備石墨烯/環氧樹脂塗料中，混合均勻靜置熟化為30分鐘，固化劑加入份量為2.5g，消泡劑0.1g；混合稀釋劑為7.5g

與現有技術相比，本發明專利提供的一種燃氣熱水器換熱器製備方法具有以下有益效果：

採用全新的石墨烯膜的換熱器，石墨烯是二維碳納米材料，對水、離子有很好的穩定性，其特殊的片層狀結構能起到物理屏障作用阻礙腐蝕的發生，同時也具有超疏水性質，因此本發明針對熱水器換熱器銅管的換熱及防腐蝕問題採用石墨烯膜，保證燃氣熱水器換熱器高效換熱並延長其使用壽命。

石墨烯保護膜其優良的導熱性能保證交叉流換熱器中不同平面管道溫度的一致性，實現強化換熱。

石墨烯保護膜的超疏水性質可以確保不在換熱管內形成水膜阻擋熱傳遞，有石墨烯保護膜的換熱器其傳熱率比之原來的換熱器要提高4倍之多。

石墨烯保護膜其優良的力學性能、附著性能、耐高溫以及耐腐蝕性能更能有效防止熱水器中銅管腐蝕漏水，延長使用壽命；

本發明方法製備的塗層有優異的力學性能，斷裂強度很高，延展率可達20％，該層膜與銅質基材的界面結合力和其本身的結合強度都很高，能有效地在水流衝擊下對銅管進行防腐保護。該保護膜在中性鹽霧試驗中耐腐蝕性能非常好。且石墨烯的導熱係數高達5300W/m·K，其使用不會降低換熱器整體的換熱性能，石墨烯保護膜的超疏水性及高導熱率會將換熱器的傳熱率提高到原來的4倍之多。本發明製備方法簡單方便，保護膜附著力強，使用壽命長。

附圖說明

圖1為本發明的工藝方框示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明專利作進一步描述。

如圖1所示，本發明的一種換熱高效防腐蝕的帶石墨烯保護膜的換熱器製備方法如下：

首先對銅管進行清洗：將其放置於丙酮中煮沸10分鐘，再放入乙醇中煮沸10分鐘後用去離子水清洗，再放入冰醋酸中浸泡10分鐘後用去離子水清洗，清洗的最後步驟是用氮氣吹乾，這樣做是為了去除銅管上可能附著的有機物和氧化銅等雜質。

第二，製備石墨烯/環氧樹脂塗料。按質量比1：3的比例將正丁醇和二甲苯配製成混合溶劑，然後製備石墨納米片料漿，將石墨納米片按照環氧樹脂質量5％的比例添加到7.5g混合稀釋劑，超聲一小時攪拌均勻，稱取5g環氧樹脂E-51和0.1g消泡劑，加入到石墨納米片烯料漿中攪拌均勻，再加入2.5g固化劑聚醯胺樹脂HB-125，混合均勻靜置熟化30分鐘後，將塗料從銅管內部緩慢流過，在銅管內壁形成附著，低溫烘烤，形成銅管內壁塗層的固化，最終形成黑色的銅管內壁塗層。

本發明方法中，對於步驟(1)對銅管進行清洗，將其放置於丙酮中煮沸時間可以為5-15分鐘，放入乙醇中煮沸可以為5-15分鐘，放入冰醋酸中浸泡時間為5-15分鐘；步驟(2)製備石墨烯/環氧樹脂塗料中，添加到6-8g混合稀釋劑中，稱取5g環氧樹脂和0.1-0.3g消泡劑，再加入的固化劑為2-4g，混合均勻靜置熟化時間為20-40分鐘，實施例中為最佳參數而矣。

以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。