本發(fā)明屬于高分子聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及親水性、高熱導(dǎo)率復(fù)合材料，具體為一種全熱交換膜及其制備方法，還涉及一種包括該全熱交換膜的全熱交換芯體，一種包括全熱交換芯體的全熱交換器以及一種包括全熱交換芯體的空氣處理機組。
背景技術(shù)：
隨著人們對空氣品質(zhì)的要求和被動樓技術(shù)的發(fā)展，提高能源利用率并改善空氣質(zhì)量成為綠色建筑領(lǐng)域關(guān)注焦點之一。在新風(fēng)機使用過程中，對于新風(fēng)處理的能耗往往占空調(diào)總能耗的30％以上。新風(fēng)換氣裝置技術(shù)近年來有較大提高，其一般是將新風(fēng)管道與室內(nèi)排風(fēng)管道進行熱交換來實現(xiàn)節(jié)約能源的效果。使用全熱交換器，通過新鮮空氣與排出的混濁空氣在全熱交換膜上進行能量和濕度交換，可對建筑內(nèi)空氣能量及濕度進行調(diào)節(jié)和回收，從而有效實現(xiàn)建筑物節(jié)能減排的目標。因此，全熱交換技術(shù)逐漸成為了建筑節(jié)能領(lǐng)域重點研究方向之一。
目前，現(xiàn)有新風(fēng)機的熱交換芯塊多采用鋁芯快和紙芯塊，鋁芯塊應(yīng)用于顯熱交換器，無法進行濕度即潛熱交換；紙芯塊應(yīng)用于全熱交換器，但是一方面顯熱交換不如鋁芯，另一方面容易霉變、堵塞和滋生細菌，降低了空氣品質(zhì)，使用壽命也比較短。
在以上背景下，近年來有技術(shù)希望通過使用高導(dǎo)熱填料來提高全熱交換膜的導(dǎo)熱系數(shù)，進而賦予透濕膜一定的顯熱交換能力。對此，目前主要采用的技術(shù)路線有兩種：
(1)高導(dǎo)熱紙芯。采用高導(dǎo)熱填料加入到紙漿中，提高紙芯的全熱交換效率。例如：
申請?zhí)枮镃N201410590943.4的中國專利申請中公開了一種高導(dǎo)熱性石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱過濾材料，采用水溶性石墨烯和紙漿，其含量配比為水溶性石墨烯≤2％、紙漿≥98％，常溫下均勻混合后采用造紙工藝成型為板狀或用模具成型。
(2)高導(dǎo)熱高分子芯。以樹脂和高導(dǎo)熱填料為原料，以不同方法成型制備全熱交換膜，提高高分子芯的全熱交換效率。例如：
申請?zhí)枮镃N201210332671.9的中國專利申請公開了一種熱交換異相復(fù)合薄膜及其制備方法，該熱交換異相復(fù)合薄膜由高聚物、非金屬無機物和高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料組成，其中非金屬無機物以晶相粉粒分散在高聚物基體中，形成多相固態(tài)薄膜；高聚物具有可溶性或可熔性，非金屬無機物具有層狀、網(wǎng)狀或孔狀結(jié)構(gòu)，高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料具有層狀、管狀或其它晶格結(jié)構(gòu)，并且高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料質(zhì)量占高聚物和非金屬無機物總質(zhì)量的1％～10％。
申請?zhí)枮镃N201610118814.4的中國專利申請公開了一種管狀中空纖維膜、制備方法及應(yīng)用，其中該纖維膜為中空管狀結(jié)構(gòu)，管壁由外向內(nèi)依次包括皮層和多孔支撐層，其中，皮層的材質(zhì)為聚乙烯醇，且皮層的厚度為5-20μm，多孔支撐層中含有導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱材料占多孔支撐層總質(zhì)量的40-60％。
申請?zhí)枮镃N201310120456.7的中國專利申請中公開了一種高導(dǎo)熱透濕膜及其制備方法。高導(dǎo)熱透濕膜包括膜基材及高導(dǎo)熱填料，高導(dǎo)熱填料在膜基材和高導(dǎo)熱填料總量中的含量為1-10wt％。
但是以上方法在實際操作過程中，主要缺陷有兩點：
(1)導(dǎo)熱填料與基材均勻復(fù)合，盡管提高了一定的顯熱交換效率，但是導(dǎo)熱填料會阻塞微孔，影響水分子透過膜，反而降低了潛熱交換效率。
(2)導(dǎo)熱填料使用量少時，不能在基材中形成骨架或網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)熱率提高有限；而導(dǎo)熱填料使用量多時，造成基材缺陷較多，使力學(xué)性能大大下降，膜壽命嚴重受限。
為此，市場需要一種新的全熱交換膜，其可以在不降低潛熱交換率的前提下，有效提高顯熱交換效率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述技術(shù)背景和技術(shù)問題。本發(fā)明目的為開發(fā)一種新的全熱交換膜，旨在不降低潛熱交換率的前提下，有效提高顯熱交換效率。針對這一目的，本發(fā)明采用高導(dǎo)熱親水性復(fù)合纖維為基材形成導(dǎo)熱親水纖維網(wǎng)絡(luò)作為骨架或基材，再在該骨架或基材上涂敷親水性高分子復(fù)合材料形成全熱交換膜。
本發(fā)明提供了一種全熱交換膜，包括導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜以及涂敷在該導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜上的親水性高分子復(fù)合材料；其中，所述導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜主要由導(dǎo)熱親水復(fù)合纖維通過無紡布工藝或壓合工藝制成，所述導(dǎo)熱親水復(fù)合纖維包括親水性纖維和高導(dǎo)熱填料，所述親水性高分子復(fù)合材料包括親水性高分子材料和填料。
其中，所述導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜為導(dǎo)熱親水無紡布。
其中，所述導(dǎo)熱親水無紡布的克重為30-50g/m2，優(yōu)選為40g/m2。
其中，所述導(dǎo)熱親水復(fù)合纖維由熔融紡絲法或溶液紡絲法制成。
其中，所述親水性纖維包括再生纖維和親水性合成纖維中的至少一種。
其中，所述再生纖維包括粘膠纖維，所述親水性合成纖維包括經(jīng)親水改性處理后的滌綸、腈綸、錦綸或丙綸中的至少一種。
其中，所述高導(dǎo)熱填料包括石墨烯、碳纖維、碳納米管、石墨、金屬粉末中的至少一種。
其中，所述高導(dǎo)熱填料的含量為導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜總重量的0.1-20％，優(yōu)選為3-10％。
其中，所述親水性高分子材料包括聚丙烯酸、高聚合度聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基丙烯酰胺以及其它親水改性處理后的熱塑性高分子聚合物中的一種或幾種的混合物。
其中，所述填料的添加總量為親水性高分子復(fù)合材料總重量的0.1-5％，優(yōu)選0.5-3％。
其中，所述填料包括吸濕劑、阻燃劑和致孔劑。
其中，所述吸濕劑包括吸濕性無機酸鹽、吸濕性有機酸鹽、吸濕性多價醇、吸濕性高分子中的一種或多種混合物。
其中，所述吸濕性有機酸鹽包括乳酸鈣和吡絡(luò)烷酮羥酸鈉中的至少一種。
其中，所述吸濕性多價醇包括甘醇。
其中，所述吸濕性高分子包括淀粉及其改性物、聚谷氨酸、醋酸乙烯、羧甲基纖維素中的至少一種。
其中，所述吸濕劑必須包括吸濕性無機酸鹽。
其中，所述阻燃劑包括無機系阻燃劑和有機系阻燃劑中的至少一種。
其中，所述無機系阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鈣、氫氧化鎂、三氧化二銻、硅系阻燃劑(可為無機的二氧化硅，也可為有機的硅氧烷等)中的至少一種。
其中，所述有機系阻燃劑包括聚磷酸銻、溴化銨、氯化聚烯烴中的至少一種。
其中，所述致孔劑包括聚乙二醇，優(yōu)選聚乙二醇-2000。
其中，所述全熱交換膜具有1.725-3.922W/(m·K)的導(dǎo)熱系數(shù)和492.0-1231.4g/m2的24小時水蒸氣透過量。
本發(fā)明還提供了一種上述全熱交換膜的制備方法，包括以下步驟：
(a)將親水性纖維和高導(dǎo)熱填料制成導(dǎo)熱親水復(fù)合纖維；
(b)通過無紡布工藝或壓合工藝，主要由所述導(dǎo)熱親水復(fù)合纖維制成導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜；
(c)在一定溫度下，在溶劑中溶解親水性高分子材料，然后加入填料，進行恒溫攪拌，均勻分散后形成親水性高分子復(fù)合材料；
(d)將所述親水性高分子復(fù)合材料涂敷在所述導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜上，經(jīng)干燥后得到所述全熱交換膜。
其中，步驟(c)中所述溶劑選自丙酮、水、乙醇、甲醇、異丙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二醇二甲醚中的一種或幾種的混合溶劑。
其中，步驟(c)中所述溶解和所述恒溫攪拌的溫度為40-90℃，攪拌時間為2-24小時。
其中，步驟(d)中的涂敷方法包括流延法、壓延法、模壓法、蒸發(fā)溶劑法中的至少一種。
本發(fā)明還提供了一種全熱交換芯體，其包括上述全熱交換膜，優(yōu)選主要由上述全熱交換膜制成，其中，將全熱交換膜制成全熱交換芯體的工藝和方法是公知的。
本發(fā)明還提供了一種全熱交換器，包括上述全熱交換芯體，還包括殼體、設(shè)置在所述殼體上的新風(fēng)進風(fēng)口、新風(fēng)出風(fēng)口、排風(fēng)進風(fēng)口、排風(fēng)出風(fēng)口，所述全熱交換芯體設(shè)置于所述殼體內(nèi)。
本發(fā)明還提供了一種空氣處理機組，包括上述全熱交換芯體，還包括機組箱體，設(shè)置在所述機組箱體上的新風(fēng)進風(fēng)口、新風(fēng)出風(fēng)口、排風(fēng)進風(fēng)口、排風(fēng)出風(fēng)口，所述全熱交換芯體設(shè)置于所述機組箱體內(nèi)。
本發(fā)明提供了一種新的親水性高導(dǎo)熱全熱交換膜及其制備方法，還提供了一種由所述全熱交換膜制成的全熱交換芯體，一種包括所述全熱交換芯體的全熱交換器以及一種包括所述全熱交換芯體的空氣處理機組。該膜的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)或基材結(jié)構(gòu)為主要由導(dǎo)熱親水復(fù)合纖維通過無紡布工藝或壓合工藝制成的導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜，其可有效提高膜的傳熱性能，有利于顯熱交換。而以此導(dǎo)熱親水多孔結(jié)構(gòu)膜為基材，所涂敷的親水性高分子復(fù)合膜有利于水分子在表面的吸附和在垂直方向上的擴散，其中所添加的吸濕劑、阻燃劑和致孔劑有助于進一步提高親水性高分子復(fù)合膜的透濕性。
由此，本發(fā)明的全熱交換膜在保證了高透濕度的情況下，有效提高了全熱交換膜的顯熱交換能力。其中，主要由導(dǎo)熱親水復(fù)合纖維構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)膜的高導(dǎo)熱親水纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在負責傳熱的同時，給全熱交換膜提供了較高的機械強度，可使全熱交換膜壽命大大高于紙膜和純高分子膜。
具體實施方式
實施例1
采用以下步驟制備了實施例1的全熱交換膜，所述步驟包括：
(1)采用含5wt.％石墨烯的粘膠纖維為原料，加工為克重35g/m2、厚度為260μm的無紡布；
(2)取10g聚乙烯醇，加入100ml水并保持90℃持續(xù)密封攪拌2小時溶解；隨后加入0.05g氯化鈣、0.05g氫氧化鈣和0.1g聚乙二醇-2000，保溫70℃持續(xù)攪拌2小時至添加物分散均勻，隨后靜置脫泡12小時；
(3)將步驟(2)得到的混合物均勻涂敷在無紡布表面，在80℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持8小時干燥；得到全熱交換膜。
對上述全熱交換膜進行水蒸氣透過率測試，測試方法依據(jù)國標GB1037-88。在測試溫度為38℃，透過面相對濕度為90％的條件下，得到24小時水蒸氣透過量為841.5g/m2。
對上述全熱交換膜濕膜進行導(dǎo)熱性能測試，導(dǎo)熱系數(shù)為1.725W/(m·K)。
實施例2
(1)采用含20wt.％石墨的親水腈綸為原料，加工為克重50g/m2、厚度為350μm的無紡布；
(2)取20g聚乙烯吡咯烷酮，加入150ml N-甲基吡咯烷酮并保持60℃密封持續(xù)攪拌4小時溶解；隨后加入0.2g氯化鎂、0.1g氫氧化鋁和0.1g聚乙二醇-2000，保溫40℃持續(xù)攪拌8小時至添加物分散均勻；隨后靜置脫泡12小時；
(3)將步驟(2)得到的混合物均勻涂敷在無紡布表面，在60℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持12小時干燥；得到全熱交換膜。
對上述全熱交換膜進行水蒸氣透過率測試，條件與實施例1相同，得到24小時水蒸氣透過量為492.0g/m2。
對上述全熱交換膜濕膜進行導(dǎo)熱性能測試，導(dǎo)熱系數(shù)為3.922W/(m·K)。
實施例3
(1)采用含20wt.％石墨的粘膠纖維為原料，加工為克重45g/m2、厚度為300μm的無紡布；
(2)取20g聚丙烯酸，加入80ml乙醇并保持40℃密封持續(xù)攪拌2小時溶解；隨后加入0.05g氯化鎂、0.1g吡咯烷酮羥酸鈉、0.1g溴化銨和0.2g聚乙二醇-2000，保溫40℃持續(xù)攪拌12小時至添加物分散均勻；隨后靜置脫泡12小時；
(3)將步驟(2)得到的混合物均勻涂敷在無紡布表面，在80℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持6小時干燥；得到全熱交換膜。
對上述全熱交換膜進行水蒸氣透過率測試，條件與實施例1相同，得到24小時水蒸氣透過量為981.5g/m2。
對上述全熱交換膜濕膜進行導(dǎo)熱性能測試，導(dǎo)熱系數(shù)為2.205W/(m·K)。
實施例4
(1)采用含10wt.％碳納米管的親水改性滌綸纖維為原料，加工為克重40g/m2、厚度為300μm的無紡布；
(2)取20g聚二甲基丙烯酰胺，加入150ml丙酮并保持50℃密封持續(xù)攪拌2小時溶解；隨后加入0.05g氧化鋁、0.1g羧甲基纖維素、0.2g三氧化二銻和0.05g聚乙二醇-2000，保溫50℃持續(xù)攪拌8小時至添加物分散均勻；隨后靜置脫泡12小時；
(3)將步驟(2)得到的混合物均勻涂敷在無紡布表面，在60℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持10小時干燥；得到全熱交換膜。
對上述全熱交換膜進行水蒸氣透過率測試，條件與實施例1相同，得到24小時水蒸氣透過量為881.5g/m2。
對上述全熱交換膜濕膜進行導(dǎo)熱性能測試，導(dǎo)熱系數(shù)為1.835W/(m·K)。
實施例5
(1)采用含10wt.％碳纖維的親水改性丙綸纖維為原料，加工為克重40g/m2、厚度為300μm的無紡布；
(2)取5g聚二甲基丙烯酰胺和10g聚丙烯酸，加入150ml乙醇并保持40℃密封持續(xù)攪拌4小時溶解；隨后加入0.01g氧化鈣、0.01g聚谷氨酸、0.02g聚磷酸銻和0.1g聚乙二醇-2000，保溫40℃持續(xù)攪拌12小時至添加物分散均勻；隨后靜置脫泡12小時；
(3)將步驟(2)得到的混合物均勻涂敷在無紡布表面，在80℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保持12小時干燥；得到全熱交換膜。
對上述全熱交換膜進行水蒸氣透過率測試，條件與實施例1相同，得到24小時水蒸氣透過量為1231.4g/m2。
對上述全熱交換膜濕膜進行導(dǎo)熱性能測試，導(dǎo)熱系數(shù)為1.732W/(m·K)。
表1總結(jié)了本發(fā)明實施例1-5的全熱交換膜與申請?zhí)枮镃N201210332671.9和CN201310120456.7的中國專利申請中的全熱交換膜的比較。由表1可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的全熱交換膜通過利用導(dǎo)熱親水纖維網(wǎng)絡(luò)作為全熱交換膜的基材或骨架、且在該基材或骨架上涂敷親水性高分子復(fù)合材料，大幅提高了全熱交換膜的透濕性和導(dǎo)熱性。
表1 本發(fā)明的全熱交換膜與現(xiàn)有技術(shù)的對比
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。