全热交换机能材料的性能试验研究

全热交换机能材料的性能试验研究

作者：王政 李振海

摘要：参照JIS标准的有关评价标准，从材料的透湿性、透气度、阻燃性方面对15种静止式全热交换机能材料的性能进行评价，并对影响性能的有关因素进行了分析研究，提出了提高性能的研发方向。

1 前言

机能材料是全热交换器的主体，静止式全热交换器的性能主要取决于其机能材料的性能，随着全热交换器的愈来愈普及，机能材料的性能研究也就显得尤为重要。参 照日本JIS标准，目前对机能材料的性能评价主要包括材料的传热性能、透湿性能、透气度、阻燃性能这几个方面。本文通过对目前国内外开发的15种机能材料 的性能试验结果进行分析研究,分别从材料的透湿性、透气度及阻燃性方面对其性能进行了评价比较，并指出了影响机能材料性能的有关因素及其研究开发的方向。

2 性能的评价标准

参照JIS标准，具体如下：

2.1 透湿性

参照JIS Z 0208标准,通过测定一定时间内通过单位面积特定试纸的水蒸气量来评价，被测试纸一侧是指定吸湿剂，另一侧为湿空气（本试验中湿空气的状态为 23℃，50％RH），并确保一侧的湿空气以0.5－2.5m/s的速度循环，每隔24小时测一次吸湿剂的质量，当连续两次所测的质量差 △m<5mg时实验中止。用24小时内透过单位面积试纸的水蒸气量来评价的透湿度计算式为:

透湿度(g/ .24h)= ； (1)

式中，s为透湿面积(c )；t为从实验开始

到实验中止所花的时间(h)；m为从实验开始到实验中止吸湿剂所增加的质量(mg)。

2.2 透气度

参照JIS P 8117标准,透气度的评价方法分ISO透气度法和透气抵抗度法(Gurley method)两种。本试验采用的是透气抵抗度法，即利用垂直内筒的自重向下压缩空气，在一定条件下考察100ml空气完全通过面积为642mm 的指定试验片的时间，

P′= t ； (2)

式中，P′为透气抵抗度(s)；t为100ml空气通过的时间(s)。

2.3 阻燃性能

参照JIS Z 2150标准,取形状为30×20cm的试验体，按照试验要求作一定的处理，在指定条件下进行加热,然后根据其残留物的特性，分为抗燃1级、2级、3级。如表1。

其中，炭化长度表示试验体的加热面上炭化部分的最大距离；残炎表示试验体在停止加热后保持有焰的状态；无炎燃烧是指试验体在停止加热后保持无火焰的燃烧状态。

表1

3 试验概要

参照上述的JIS评价标准，分别测试了材料的透湿性、透气度及阻燃性，并考虑了厚度、PVA、透湿剂对材料性能的影响。试验的15种机能材料如表2所示。

表 2 测试对象

4 性能分析

将试验的15种机能材料分为ER、Z、C三类，性能的测试结果比较如下。

4.1 厚度的比较

试验的15种机能材料中ER类试纸是一种新开发的无孔类薄型试纸，其他类试纸为普通有孔试纸，以ER-01A和C-S15为例，图1和图2分别它们的断面图。

图1 ER-01A断面图

图2 C-S15断面图

各类纸的厚度如图3所示，其中ER类和Z类试纸的平均厚度仅为48μm,而C类试纸平均厚度为118μm。

图3 厚度比较

4.2 透湿性能的比较

参照JIS Z 0208标准，所测得的各类机能材料的透湿度如图1所示，各类材料透湿性相差不大，其中C类材料的透湿性能相对较好，这可能与C类试纸均使用了透湿剂有关。

图4 透湿性的比较

4.3 透气度的比较

参照JIS P 8117标准，所测得的各类机能材料的透气度如图2所示，各类材料的透气度相差较大，其中ER类材料的透气度小，而Z类和C类材料的透气度较大，漏气现象 较为严重，这可能与材料的结构有关，从图1和图2的比较就可以看出，ER类材料由于为无孔纸，其结构细密从而透气度低。

图5 透气度的比较

4.4 阻燃性能的比较

参照JIS Z 2150标准，各类材料的阻燃性能测试结果如图3所示，可以看出，ER类和Z类纸基本为抗燃材料，而C类纸基本为易燃材料，未考虑阻燃对策。

图6 阻燃性的比较

5 性能影响因素分析

5.1 透湿剂

透湿剂的使用是用来提高机能材料的透湿度，目前使用的透湿剂主要有LiCl和CaCl两种，将ER类和Z类材料中使用透湿剂和未使用透湿剂试纸的透湿性进 行比较如图7所示。可以看出，同类型的试纸中，使用了透湿剂会导致透湿性显著提高。

图7 透湿剂的使用

5.2 PVA

PVA主要用来降低材料的透气度。其中ER类材料透气度很低，并未添加PVA。C类材料中仅C-J、C-S15、C-S18使用了PVA，比较结果如图8 所示，其中C-S15和C-S18由于自身漏气现象非常严重，因而即使 使用了PVA也未取得良好的效果，C-J的防漏性能稍好，可能还是与其自身的组织结 构有关。

图8 PVA的使用

5.3 厚度

厚度对材料的性能也具有一定的影响，通常材料的透湿性会随厚度的增加而降低，以ER类的A型和C类的B型和S型为例，如图9所示，在其他影响因素相同的情 况下，厚度的增加会使得透湿性降低。材料的漏气度通常会随厚度的增加而增加，在本试验中，由于ER类试纸漏气度很低，而C类试纸漏气度过高，因而不能看出 厚度对透气度的影响。

图9 厚度对透湿性的影响

6 结论

6.1 材料的选用对全热交换器的性能影响很大，其性能好坏直接影响全热交换器的经济性。

6.2 透湿剂的使用可以显著提高材料的透湿性能。

6.3 C类材料漏气现象严重，基本为可燃材料，未施行阻燃和防漏对策，需引起关注。

6.4 ER类材料性能良好，尤其防漏气性能突出，值得推广。

6.5 厚度对材料的性能有一定影响，提倡开发无孔类薄型材料以提高全热交换器的性能，但薄型材料加工性较差，需考虑适当的工艺

参考文献

[1] JAPANESE INDUSTRIAL STANDARD P 8117,1998

[2] JAPANESE INDUSTRIAL STANDARD Z 0208,1966

[3] JAPANESE INDUSTRIAL STANDARD Z 2150,1966