CN106871705A - 一种换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法 - Google Patents

一种换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法，工艺步骤如下，首先对铜管进行清洗；然后制备石墨烯/环氧树脂涂料：按质量比1：3的比例将正丁醇和二甲苯配制成混合溶剂，然后制备石墨纳米片料浆，将石墨纳米片按照环氧树脂质量5％的比例添加到6‑8g混合稀释剂中，超声一小时搅拌均匀，称取5g环氧树脂和0.1‑0.3g消泡剂，加入到石墨纳米片料浆中搅拌均匀，再加入2‑4g固化剂，混合均匀静置熟化20‑40分钟后，将涂料从铜管内部缓慢流过，在铜管内壁形成附着，低温烘烤，形成铜管内壁涂层的固化，最终形成黑色的铜管内壁涂层。本发明方法制备的涂层有优异的力学性能，断裂强度很高，延展率可达20％，该层膜与铜质基材的界面结合力和其本身的结合强度都很高，能有效地在水流冲击下对铜管进行防腐保护。

Description

一种换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法
技术领域
本发明涉及燃气热水器技术领域，尤其是涉及燃气热水器带石墨烯保护膜的换热器技术领域。
背景技术
现有燃气热水器换热器换热管多采用无氧铜材质，铜是导热系数较大的金属材质，导热系数有377W/m·K，但交叉流换热器中的蛇形铜盘管沿水流方向有较大的温度差，这样的温度梯度不利于换热，会降低换热器的换热性能，且热水器在水质较差情况下使用，铜管会被腐蚀导致漏水。虽然开发的不锈钢材质换热器尽管能较好解决换热器被腐蚀漏水问题，但不锈钢材质的导热性能较差，304的导热系数仅有16.2W/m·K，且相同换热能力的不锈钢换热器比铜换热器质量要大很多，导致其在燃气热水器领域使用受到一定的制约。传统的防腐蚀处理方法如电化学保护因安全性等原因并不适用于燃气热水器换热器，而一般的钝化处理方法是在铜管表面生成钝化膜以此保护铜管不被腐蚀，但该钝化膜并不能很好地长期在水流冲击下工作，其对铜管的保护作用有限，仍不能避免热水器使用过程中铜管的腐蚀漏水。
也有采用石墨烯保护膜的，一种高散热性能的换热器(CN201620721991.7)公开(公告)号为CN205897906U、申请日为2016.07.08的实用新型专利申请，它包括翅片和穿插在所述翅片中的换热管；所述换热管包括换热管本体，所述换热管本体的内表面和外表面分别设有石墨烯导热涂层；设于所述换热管本体内表面的石墨烯导热涂层的外表面还设有氮化硅涂层。但其制备复杂，附着力不够，从而影响寿命及使用效果。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足而提供一种工艺简单方便、防腐效果好、耐高温，导热性能良好、同时也具有超疏水性质的带石墨烯保护膜的燃气热水器换热器的制备方法。
为了达到以上目的，本发明专利采用如下技术方案：
一种换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法，其特征在于，其具体工艺步骤如下：
(1)首先对铜管进行清洗并烘干，可以采用酒精、丙酮溶液清洗铜管内壁的油污；
(2)制备石墨烯/环氧树脂涂料：按质量比1：3的比例将正丁醇和二甲苯配制成混合溶剂，然后制备石墨纳米片料浆，将石墨纳米片按照环氧树脂质量5％的比例添加到6-8g混合稀释剂中，超声一小时搅拌均匀，制备出石墨纳米片料浆。称取5g环氧树脂E-51和0.1-0.3g消泡剂，加入到石墨纳米片烯料浆中搅拌均匀，再加入2-4g固化剂聚酰胺树脂HB-125，混合均匀静置熟化20-40分钟后，即制得石墨烯防腐涂料。将涂料从铜管内部缓慢流过，在铜管内壁形成附着，低温烘烤，形成铜管内壁涂层的固化，最终形成黑色的铜管内壁涂层。
作为上述方案的进一步说明，所述首先对铜管进行清洗是将其放置于丙酮中煮沸5-15分钟，再放入乙醇中煮沸5-15分钟后用去离子水清洗，再放入冰醋酸中浸泡5-15分钟后用去离子水清洗，清洗的最后步骤是用氮气吹干，这样做是为了去除铜管上可能附着的有机物和氧化铜等杂质。
进一步的，所述对铜管进行清洗是将其放置于丙酮中煮沸10分钟，再放入乙醇中煮沸10分钟，放入冰醋酸中浸泡10分钟。
进一步的，所述步骤(2)制备石墨烯/环氧树脂涂料中，固化剂采用聚酰胺树脂HB-125；环氧树脂采用E-51环氧树脂；
进一步的，所述步骤(2)制备石墨烯/环氧树脂涂料中，混合均匀静置熟化为30分钟，固化剂加入份量为2.5g，消泡剂0.1g；混合稀释剂为7.5g
与现有技术相比，本发明专利提供的一种燃气热水器换热器制备方法具有以下有益效果：
采用全新的石墨烯膜的换热器，石墨烯是二维碳纳米材料，对水、离子有很好的稳定性，其特殊的片层状结构能起到物理屏障作用阻碍腐蚀的发生，同时也具有超疏水性质，因此本发明针对热水器换热器铜管的换热及防腐蚀问题采用石墨烯膜，保证燃气热水器换热器高效换热并延长其使用寿命。
石墨烯保护膜其优良的导热性能保证交叉流换热器中不同平面管道温度的一致性，实现强化换热。
石墨烯保护膜的超疏水性质可以确保不在换热管内形成水膜阻挡热传递，有石墨烯保护膜的换热器其传热率比之原来的换热器要提高4倍之多。
石墨烯保护膜其优良的力学性能、附着性能、耐高温以及耐腐蚀性能更能有效防止热水器中铜管腐蚀漏水，延长使用寿命；
本发明方法制备的涂层有优异的力学性能，断裂强度很高，延展率可达20％，该层膜与铜质基材的界面结合力和其本身的结合强度都很高，能有效地在水流冲击下对铜管进行防腐保护。该保护膜在中性盐雾试验中耐腐蚀性能非常好。且石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，其使用不会降低换热器整体的换热性能，石墨烯保护膜的超疏水性及高导热率会将换热器的传热率提高到原来的4倍之多。本发明制备方法简单方便，保护膜附着力强，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的工艺方框示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明专利作进一步描述。
如图1所示，本发明的一种换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法如下：
首先对铜管进行清洗：将其放置于丙酮中煮沸10分钟，再放入乙醇中煮沸10分钟后用去离子水清洗，再放入冰醋酸中浸泡10分钟后用去离子水清洗，清洗的最后步骤是用氮气吹干，这样做是为了去除铜管上可能附着的有机物和氧化铜等杂质。
第二，制备石墨烯/环氧树脂涂料。按质量比1：3的比例将正丁醇和二甲苯配制成混合溶剂，然后制备石墨纳米片料浆，将石墨纳米片按照环氧树脂质量5％的比例添加到7.5g混合稀释剂，超声一小时搅拌均匀，称取5g环氧树脂E-51和0.1g消泡剂，加入到石墨纳米片烯料浆中搅拌均匀，再加入2.5g固化剂聚酰胺树脂HB-125，混合均匀静置熟化30分钟后，将涂料从铜管内部缓慢流过，在铜管内壁形成附着，低温烘烤，形成铜管内壁涂层的固化，最终形成黑色的铜管内壁涂层。
本发明方法中，对于步骤(1)对铜管进行清洗，将其放置于丙酮中煮沸时间可以为5-15分钟，放入乙醇中煮沸可以为5-15分钟，放入冰醋酸中浸泡时间为5-15分钟；步骤(2)制备石墨烯/环氧树脂涂料中，添加到6-8g混合稀释剂中，称取5g环氧树脂和0.1-0.3g消泡剂，再加入的固化剂为2-4g，混合均匀静置熟化时间为20-40分钟，实施例中为最佳参数而矣。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法，其特征在于，其工艺步骤如下：
(1)首先对铜管进行清洗；
(2)制备石墨烯/环氧树脂涂料：按质量比1：3的比例将正丁醇和二甲苯配制成混合溶剂，然后制备石墨纳米片料浆，将石墨纳米片按照环氧树脂质量5％的比例添加到6-8g混合稀释剂中，超声一小时搅拌均匀，称取5g环氧树脂和0.1-0.3g消泡剂，加入到石墨纳米片烯料浆中搅拌均匀，再加入2-4g固化剂，混合均匀静置熟化20-40分钟后，将涂料从铜管内部缓慢流过，在铜管内壁形成附着，低温烘烤，形成铜管内壁涂层的固化，最终形成黑色的铜管内壁涂层。
2.根据权利要求1所述的换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法，其特征在于，所述首先对铜管进行清洗是将其放置于丙酮中煮沸5-15分钟，再放入乙醇中煮沸5-15分钟后用去离子水清洗，再放入冰醋酸中浸泡5-15分钟后用去离子水清洗，清洗的最后步骤是用氮气吹干，这样做是为了去除铜管上可能附着的有机物和氧化铜杂质。
3.根据权利要求1、2任一项所述的换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法，其特征在于，所述步骤(2)制备石墨烯/环氧树脂涂料中，固化剂采用聚酰胺树脂HB-125；环氧树脂采用E-51环氧树脂。
4.根据权利要求1、2任一项所述的换热高效防腐蚀的带石墨烯保护膜的换热器制备方法，其特征在于，所述步骤(2)制备石墨烯/环氧树脂涂料中，混合均匀静置熟化为30分钟，固化剂加入份量为2.5g，消泡剂0.1g；混合稀释剂为7.5g。
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