地热能是一种重要的能源,具有资源覆盖面广,对生态环境污染小,运营成本低等优势。其中,中低温地热资源分布十分广泛、数量很大,直接利用所能提供的能量十分可观,发展前景广阔。但是我国的地热开发利用仍处于初级阶段,开发过程中涉及换热设备的腐蚀和结垢等技术障碍是地热能利用远不够充分和广泛的主要原因。采用导热高分子复合材料制备紧凑型板式换热器是一条解决以上障碍的有效途径。导热高分子复合材料具有耐腐蚀、抗结垢、成型加工方便、材料性价比高等特点,紧凑型板式换热器具有结构紧凑、单位体积换热效率高,使用灵活性大、可根据实际需要增减换热片数量,清洗、维修便捷等优点。导热高分子复合材料制备的紧凑型板式换热器有效解决了地热利用中设备成本高,耐腐蚀、抗结垢性能差等技术难题。在导热高分子复合材料制备紧凑型板式换热器的开发过程中,本文主要从以下几个方面进行了研究：1.选择聚丙烯、聚乙烯等热塑性高分子材料作为基体,填充石墨、氧化锌、碳纤维等导热填料构成复合体系,测定材料热导率、力学性能；2.通过研究复合材料热传导的宏观、微观机理及界面性能,优化配方,提高导热高分子复合材料的综合性能；3.通过研究复合材料的动态流变性、老化性能,考察了材料的加工特性及长期使用寿命；4.选择合适的紧凑式换热器结构,开发一条从导热高分子复合材料制备到换热器制造的一体化生产路线,并测定了换热器的使用性能。基体和填料性能与复合材料的热导率密切相关。因结晶度等原因产生的基体热导率差异在复合材料中将得到数倍甚至数十倍的扩大,并且随填料含量增加而增加。填料所具备的热能传播方式对复合材料的热导率有很大影响。在相同体积分数下,以电子、声子双重机制共同作用进行热能传递的石墨作为填充物的复合材料具有明显高于其它复合材料(仅以声子作用进行热能传递的MgO、SiC、Al2O3等作为填充物)的热导率。当填料固有的热导率远大于基体时(如：K填料／K基体>100),进一步增加填料的热导率对复合材料热导率的增加影响甚微。填料颗粒的粒径级配有利于复合材料热导率的增加。碳纤维、石墨组合填充高分子材料可以有效增强复合材料力学性能。连接基体与填料的界面层对热能载流子在复合材料内部的传递起着相对重要的作用,通过对界面层厚度、界面层热导率以及填料表面处理的研究发现：界面层的存在阻止了高导热填料之间相互直接接触形成完善的导热网络,不利于热能的传递。界面层厚度越大对传热声子造成的散射、折射作用也越强,热能传递损失越严重。小分子偶联剂改性填料表面可以改善填料与基体界面结合情况,减少两相界面处缺陷,从而改善复合材料的导热性能、拉伸性能及弯曲性能,但是抗冲击性能有所下降。而经大分子改性的填料表面包覆了一层模量较低的聚合物层,不利于声子在填料构成的导热网络内部传递。但是在填料表面引入柔性层后有利于缓解或者消除应力集中现象,提高复合材料的冲击强度。表面处理有利于降低复合材料的热膨胀系数。控制界面层热阻是提高复合材料整体热导率的有效手段。复合材料的流变性能和老化性能对材料加工和使用具有重要的指导意义。使用ARES流变仪研究各剪切速率下复合材料熔体的流变行为,为材料成型加工参数选择提供了实验依据。通过研究材料动态流变性能发现：复合体系内部存在网络结构,并随石墨含量的增加而逐渐生成、发展。复合材料的导热逾渗值与流变逾值均为9vol%左右。运用修正Kerner-Nielson导热模型关联了体系的导热性能与流变行为,发现网络结构取决于填料的充填方式,粒子间的直接接触是形成网络结构的主要原因。考察复合材料的耐酸碱腐蚀、抗紫外老化性能后发现：聚丙烯与交联聚乙烯基导热复合材料的老化机理存在着不同,聚丙烯基复合材料主要是由于溶液增塑作用与基体结晶作用而产生力学性能方面的变化,而交联聚乙烯基复合材料主要是由于溶液破坏材料的交联度以及基体结晶共同作用导致材料力学性能上的改变。红外分析结果显示,紫外线照射下,聚丙烯分子链结构比交联聚乙烯变化明显。优化了导热高分子复合材料的制备工艺及换热器板片的成型工艺,利用在线混合设备以及板片一次模压成型手段实现了导热高分子复合材料及以此为材料的换热器的规模化制备技术。设计的错流式紧凑型换热器具有单位体积换热面积大、阻力损失小等特点。当冷、热水流速达到1 m／s以上进入湍流状态后,该换热器的换热系数可达2500 W／m2.K以上,但是压降值仍小于4 KPa。