CN103528252A - 一种替代铝铜生产太阳能热水器集热板芯的高导热石墨材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种替代铝铜生产太阳能热水器集热板芯的高导热石墨材料；该材料的生产方法是：将氧化石墨放入氢氟酸溶液中提纯，将较纯的氧化石墨用纯净水进行水洗，将水洗烘干后的石墨送入960～1000℃的高温炉中加温后，靠鼓风机通过管道吹出得到纤絮状型蠕虫石墨；将蠕虫石墨经压辊压延成薄片状得到柔性高导热石墨材料，用来制作太阳能热水器集热板芯。用高导热石墨材料压延成薄片后具有良好的耐高温、导电、导热、可塑性及耐酸碱性能，利用该薄片制成的太阳能热水器集热板芯，其优点是具有高导热性，导热效果好，热稳定性高，不易氧化，使用寿命长，成本低，无毒、无味、无公害。
Description
一、技术领域
本发明涉及的是一种生产太阳能热水器集热板芯的材料，尤其是一种替代铝铜生产太阳能热水器集热板芯的高导热石墨材料。
二、背景技术
在我国实施节能减排战略，建设资源节约型、环境友好型社会的进程中，太阳能热水器作为典型的节能、环保、低碳产品已经在我国实现了市场化、规模化发展，为国家的战略实施和经济发展作出了巨大贡献。当前，国内外的太阳能热水器集热板芯应用的材料，均由金属材料紫铜板或者薄铝板制成。紫铜板或者薄铝板制成的集热板芯，能够吸收太阳能将热量传导给循环水，但与新材料相比其不足之处是成本高，导热系数低，热传导效率低，使用寿命短。
三、发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种成本低，导热效果好，使用寿命长的能替代铝铜生产太阳能热水器集热板芯的高导热石墨材料。
实现本发明的目的采用的技术方案是：所述的高导热石墨材料的生产方法是：将用传统方法制得的氧化石墨放入浓度为2％的氢氟酸溶液中浸泡50分钟以上，使杂质含量不大于0.012％，得到较高纯度的氧化石墨；将较纯的氧化石墨用纯净水进行水洗，可漂洗、冲洗或逆流洗涤，时间1小时以上，水温为20℃，然后脱水烘干；将水洗烘干后的石墨送入960～1000℃的高温炉中加温8秒钟后，靠鼓风机通过管道吹出得到纤絮状型蠕虫石墨；将蠕虫石墨经压辊压延成薄片状得到柔性高导热石墨材料，用来制作太阳能热水器集热板芯。
本发明的有益效果是：所述的高导热石墨材料光转换率高，有瞬时导热功能。还具有柔性，能粘贴在光滑的平面和弯曲的表面上。用高导热石墨材料压延成薄片后具有良好的耐高温、导电、导热、可塑性及耐酸碱性能，利用该薄片制成的太阳能热水器集热板芯，其优点是具有高导热性，导热效果好，热稳定性高，不易氧化，使用寿命长，成本低，无毒、无味、无公害。
四、具体实施方式
本发明一种替代铝铜生产太阳能热水器集热板芯的高导热石墨材料；该材料的生产方法是：将用传统方法制得的氧化石墨放入浓度为2％的氢氟酸溶液中浸泡50分钟以上，使杂质含量不大于0.012％，得到较高纯度的氧化石墨；将较纯的氧化石墨用纯净水进行水洗，可漂洗、冲洗或逆流洗涤，时间1小时以上，水温为20℃，然后脱水烘干；将水洗烘干后的石墨送入960～1000℃的高温炉中加温8秒钟后，靠鼓风机通过管道吹出得到纤絮状型蠕虫石墨；将蠕虫石墨经压辊压延成薄片状得到柔性高导热石墨材料，用来制作太阳能热水器集热板芯。所述的氧化石墨的石墨晶体在氧化过程中具有可膨化性，同时比较有效的使石墨粒子层间化合物产生很大的松动，有利于石墨粒子杂质的剔除，使下一步氢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余的酸和杂质。因天然水含有各种不同的杂质，天然水是以离子状态存在于水中的，基本上都是无机盐类溶解于水中的，如：钙、镁、铁、碳酸根、硫酸根、氯根等，它们稳定地均匀地分散在水中。因纯净水中不含天然水中的杂质，所以才用纯净水进行水洗，去杂更彻底，有利于高纯度柔性石墨的获得。氧化石墨在960～1000℃高温作用下石墨层间化合物迅速气化分解，产生一定量的推力，破坏石墨层间结构，使石墨晶格间C-C键断裂，层面C轴方向迅速膨胀，层间距增大300～500倍，使最初的鳞片状石墨变成纤絮状型蠕虫石墨。蠕虫石墨在专用设备上利用压辊压延成薄片，在压延成型的两石墨薄片的对应面上均匀涂上或喷上粘合剂，将其牢固的贴合在能通水的金属管上；再在贴合成型的石墨片的一侧镀上或者粘贴一层能够增加石墨片强度的铜或铝；然后在金属层外镀上或者涂上一层便于吸收阳光的选择性涂层，即可获得高导热石墨材料的太阳能热水器集热板芯。每台热水器若是用紫铜片得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公斤的价钱，所以用高导热石墨材料的石墨片成本低。
非金属石墨材料的导热原理：
石墨微晶体属于六方晶体系，具有典型层状结构，每一层中的碳原子六方环状排列，每一个原子为相邻的三个原子所围绕，其间距为1.42×10-7cm。而层与层的间距为3.4×10-7cm。层内具有共价键——金属键，而层间为分子键。固体中担负导热的物质(载流子)有电子，晶格振动光子等。对于非金属固体而言的石墨材料，其导热机构主要是晶格振动。碳材料几乎都是以六角碳网平面的积层体为微晶的多晶体石墨微晶具有下述特征：(1)几乎看成是二维机构，(2)层平面内的碳原子之间以牢固的键合，(3)是原子量比较小的单体。
石墨晶格振动与一般物质有很大的不同，石墨晶格中存在的空洞，位错及其他晶格缺陷，以及晶粒大小都对声子传递热能有影响，材料的石墨化程度越高，晶格越完善，材料的导热率越高。
石墨层上存在高活性的离域大π键，在片层之间存在范德华力，这种特殊的微观结构决定了其导热性能具有明显的各向异性。其导热的载流子又有电子，在沿着石墨片方向的导热率远远大于垂直于片层方向的导热率，而垂直仅为平行方向的1／400，由于制造工艺和原材料不同，成品间导热系数也不尽相同，不能从固定的数据库中查出其相应的导热系数。
一般成品石墨片导热系数150～500w/m.k(1.0密度)，高导热石墨片500～800w/m.k(1.5密度)，超纯99.99％以上石墨模密度2.0以上，导热系数1000～2400w／m.k以上。
石墨高导热片的主要功能是创造出最大的有效面积，这个表面积上热被转移并有外界媒介带走，石墨导热片就是通过将热量均匀的分布在二维平面，从而有效的将板芯收到的热量转移到工质上，保证组件在所承受的温度下工作。
高导热石墨材料，因特有的低密度和高导热和散热系数及低热阻成为现代工业首选材料。与传统的金属导热材料铜、铝相比在一定的温度范围内其导热系数大于金属材料。因而石墨高的导热系数并有瞬时导热功能。因此本发明用来制作平板太阳能热水器板芯材料，它还有个功能就是工质和环境温度越低，导热反而增加，特别适合制做太阳能采暖和电暖气片等材料。
Claims (3)
1.一种替代铝铜生产太阳能热水器集热板芯的高导热石墨材料；其特征在于：该种材料的生产方法是将用传统方法制得的氧化石墨提纯，得到较高纯度的氧化石墨；将较纯的氧化石墨用纯净水进行水洗，然后脱水烘干；将水洗烘干后的石墨送入960～1000℃的高温炉中加温8秒钟后，靠鼓风机通过管道吹出得到纤絮状型蠕虫石墨；将蠕虫石墨经压辊压延成薄片状得到柔性高导热石墨材料，用来制作太阳能热水器集热板芯。
2.如权利要求1所述的高导热石墨材料；其特征在于：所述的氧化石墨提纯，是将氧化石墨放入浓度为2％的氢氟酸溶液中浸泡50分钟以上，使杂质含量不大于0.012％。
3.如权利要求1所述的高导热石墨材料；其特征在于：所述的氧化石墨进行水洗，水洗方法是漂洗、冲洗或逆流洗涤，时间1小时以上，水温为20℃。
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2013
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