聚氨酯/氮化硼包覆改性玻璃纤维透湿导热膜的制备与性能研究

热交换器是空调系统的重要元件,其不仅能保证空调的主要功能,还可降低空调的能耗。目前,关于膜式换热器及其换热机理已成为国内外研究的热点[1-4],随着研究的深入,这种换热器的缺点也逐渐暴露出来,比如换热器内的纸膜易发霉、不阻燃,热回收效率低,二次污染现象严重等。鉴于此,研发透湿性能优异、热交换效率高、综合性能好的全热交换膜,以取代纸膜、降低能耗、改善室内空气质量,成为当前研究的重点。全热交换器是以全热交换膜作为媒介,能够有效回收显热和潜热,但由于室内外空气全热交换的潜热贡献效率远大于显热,严重影响了系统能效比,因此显热和潜热的回收已成为当前研究的重中之重[5-7]。六方氮化硼属于六方晶系,是物理与化学性质最稳定的晶体[8],并且与石墨具有^类似的六方层状结构,具有耐高温、耐氧化等特点。相比于石墨,六方氮化硼的价格相对低廉,更易于实现工业化应用,其在材料工业中的应用研究目前已经取得突破性进展[9]。本研究通过添加氮化硼包覆改性的玻璃纤维(GF-BN)制备了聚氨酯(PU)基透湿导热共混膜。由于BN具有非常高的热导率,因此可显著改善热交换的显热交换效率,在潜热效率变化不大的情况下,共混膜的综合热交换效率明显提高。1实验部分1.1原料聚氨酯(PU),挤出级,天津市大邱庄泡沫塑料 有限公司;多巴胺(DA),分析纯,合肥博美生物科技有限责任公司;N,N'-二甲基甲酰胺(DMF),分析纯,天津市大茂化学试剂厂;短切玻璃纤维(GF),市售;六方氮化硼(BN),10 000目,秦皇岛一诺高新材料开发有限公司。1.2仪器与设备X射线衍射仪(XRD),PW3040/60,荷兰帕纳科公司;膜动力学测试仪,自制;扫描电子显微镜(SEM),JSM-6380LV,日本电子公司;透湿导热测试仪,天津市唯能公司;膜性能测试仪,自制;微控电子^试验机,CMT4503,深圳市新三思材料检测有限公司。1.3 GF-BN的制备在600℃条件下,将GF在马弗炉中进行表面除杂处理,1 h后取出,洗涤干燥;配置一定浓度的DA溶液,用缓冲剂调节其p H至8.5,取一定量上述GF,与DA溶液一起加入到三口瓶中,常温下磁力搅拌24 h,最后经洗涤、过滤、干燥,得到多巴胺改性玻璃纤维(GF-DA)。重复上述步骤,并称取一定质量的BN,将其与GF-DA及一定浓度的DA溶液加入到三口瓶中,常温下磁力搅拌1 h,最后经抽滤、洗涤、干燥,得到氮化硼包覆改性的玻璃纤维GF-BN,备用。1.4 PU/GF-BN共混膜的制备将80 g DMF及一定量GF-BN加至三口瓶中,于60℃水浴条件下持续搅拌一定时间,再将20 g PU分4次加入到三口瓶中,持续搅拌足够时间即可得到均一的铸膜液。待铸膜液温度降至室温后真空脱泡,然后在干燥洁净的玻璃板上刮制成0.2 mm厚的涂膜并立即浸入去离子水中浸泡72 h,最后将制得的PU/GF-BN共混膜从玻璃板上转移至去离子水中浸泡以萃取出过量的溶剂。1.5测试与表征1.5.1 XRD测试Cu靶,Kα辐射源;连续扫描方式,衍射角(2θ)扫描范围10°~80°,扫描速度4°/min。1.5.2 SEM分析将未改性GF及GF-BN制样后表面喷金处理,采用扫描电镜进行观察(放大1 500倍);将待测PU/GF-BN薄膜样品浸泡在体积分数为50%的丙三醇溶液中,48 h后取出,自然晾干后,用液氮脆断并对断面进行喷金处理,利用扫描电镜观察样品的断面结构(放大200倍)。1.5.3成膜动力学测试取一定量PU/GF-BN铸膜液,在干燥洁净的玻璃板上刮制成厚度均匀的涂膜,置于自制成膜动力学测试装置