[发明专利]氟塑料换热结构

摘要

一种氟塑料换热结构，其特征是，它包括氟塑料基体和高导热碳纤维丝束；在氟塑料基体上垂直其上下表面贯穿有若干高导热碳纤维丝束，高导热碳纤维丝束包括分别延伸出氟塑料基板上下表面的上纤毛肋和下纤毛肋，还包括嵌入到氟塑料基板中的嵌入部；嵌入部的碳纤维丝束之间以及丝束内部碳纤维单丝之间的缝隙均由氟塑料紧密填充。

主权项

1.一种氟塑料换热结构，其特征是，它包括氟塑料基体和高导热碳纤维丝束；在氟塑料基体上垂直其上下表面贯穿有若干高导热碳纤维丝束，高导热碳纤维丝束包括分别延伸出氟塑料基板上下表面的上纤毛肋和下纤毛肋，还包括嵌入到氟塑料基板中的嵌入部；嵌入部的碳纤维丝束之间以及丝束内部碳纤维单丝之间的缝隙均由氟塑料紧密填充；所述氟塑料换热结构的制备方法包括如下步骤：1) 首先选取市售的高导热碳纤维丝束为原料，丝束为连续的长丝，通过实验测定其导热系数λ，碳纤维单丝直径d，丝束直径D的数值；2) 根据应用需要并考虑密封渗漏风险，综合确定氟塑料换热结构基体的设计厚度t；3) 所述的高导热碳纤维丝束在氟塑料基体表面上要达到一定的分布密度r，r用其径向横截面积的总和与氟塑料基体上下表面平均面积的百分比表示，根据基体厚度t按如下关系确定： r≥6000×t/λ×100%，并且10%≥r≥1%；4) 上纤毛肋长度lhot，根据基体厚度t、碳纤维轴向导热系数λ、碳纤维单丝直径d以及热流体与上纤毛肋表面对流换热系数hhot按照关系式lhot≥2λd/(hhot×t)确定；下纤毛肋长度lcool，根据t、λ、d以及冷流体与下纤毛肋表面对流换热系数hcool按照关系式lcool≥2λd/(hcool×t)确定；5) 选取两块厚度10毫米矩形不锈钢平板作为模板，模板长比l长100毫米，宽比w宽100毫米，长、宽方向距离边界50毫米以内区域用于布置定位孔和紧固螺栓，除此之外为中心区域，布置有圆形的上下通孔，孔直径大小与D相同，孔与碳纤维丝束一一相对应；6) 将上述不锈钢模板其中一块平放；选取市售的氟塑料薄膜为原料，薄膜厚度为百微米量级，裁剪成长、宽比l和w各多出10毫米的矩形，将其平铺于不锈钢模板之上，覆盖模板的中心区域；根据设计的氟塑料基体厚度t，继续向上叠加氟塑料薄膜，使氟塑料薄膜的堆积厚度达到t的110%；7) 选取市售的聚丙烯塑料薄膜为原料，薄膜厚度为百微米量级，裁剪成长、宽比l和w各多出10毫米的矩形，将其平铺于上述氟塑料薄膜之上，边缘与氟塑料薄膜对齐，继续向上叠加聚丙烯塑料薄膜；根据设计的上纤毛肋长度lhot，将一定数量的聚丙烯塑料薄膜向上堆积，使其堆积厚度达到lhot的220%；8) 重复步骤7)中的操作方法，在聚丙烯塑料薄膜之上再叠加厚度为t的110%的氟塑料薄膜；9) 重复步骤8)中的操作方法，在氟塑料薄膜之上再叠加聚丙烯塑料薄膜，厚度控制在lcool的220%；10)重复步骤9)中的操作方法，在聚丙烯塑料薄膜之上再叠加厚度为t的110%的氟塑料薄膜；11) 将另一块不锈钢模板盖在氟塑料薄膜之上，使其所有开孔的位置与最下面的不锈钢模板开孔位置完全对应，通过紧固螺栓施加（2~5）×105帕斯卡的压强，将交错堆积的氟塑料薄膜、聚丙烯薄膜压紧、压实、压平整；12) 采用激光打孔机通过不锈钢模板中心区域的通孔在氟塑料薄膜、聚丙烯薄膜上打出通孔，该孔直径约为D/2，其中心位置与不锈钢模板上的孔中心位置一致；13) 将高导热碳纤维丝束从上面的不锈钢模板通孔中穿过，依次通过氟塑料薄膜层、聚丙烯薄膜层、氟塑料薄膜层、聚丙烯薄膜层、氟塑料薄膜层，直至穿过下面的不锈钢模板通孔；14) 将所有的通孔用高导热碳纤维丝束穿过后，剪裁掉不锈钢模板之外的多余碳纤维；将上下不锈钢模板连通中间夹着的氟塑料薄膜、聚丙烯薄膜以及孔中的碳纤维一起移入一个市售的氟塑料烧结炉，由水平放置转为竖直放置；抽除炉内空气，在320~380摄氏度条件下烧结约1小时；聚丙烯树脂的熔点在164~170摄氏度，烧结过程中逐渐熔化成液态流出；15) 烧结完成后，自然冷却，氟塑料薄膜烧结为整体，形成三块相互独立的氟塑料板，板间连着高导热碳纤维丝束；将不锈钢模板拆除，并将连接相邻两块氟塑料板的碳纤维丝束从中点切断，同时将不锈钢模板拆除后留下的碳纤维丝束按需要进行剪裁，即可同时制得三个平板型氟塑料换热结构，将其卷曲焊接，可得管状氟塑料换热结构。