PMMA基复合定形相变储热材料的制备与性能研究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为支撑材料,石蜡(PA)、聚乙二醇(PEG 6000)和硬脂酸(SA)为相变材料(PCM),采用本体聚合法制备3种不同体系的复合定形相变储热材料,综合评价各复合体系的结构、热性能以及储/放热循环稳定性。结果表明:PMMA的交联网络结构使PCM在高于其熔化融温度时不发生泄漏;支撑材料与3种PCM均没有发生显著的化学反应;相同质量百分比的三类复合体系中,PMMA与PEG的界面相容性最好,SA/PMMA体系的储热能力最强,而PEG/PMMA体系的热稳定性最佳。     

定形相变材料的胶囊化(Ⅰ)——正十八烷定形相变材料/硅胶胶囊的制备及性能

采用原位聚合法制备了以含50%(wt)正十八烷的聚乙烯(PE)定形相变材料(SSPCM)为囊心,以硅胶为壁材的圆柱形毫米级大胶囊.用扫描电子显微镜、冷热循环实验等方法研究了胶囊囊壁的表面、结构及其密封性能.结果表明,在实验条件下,得到的囊壁厚度大约20～50μm,使用铬酸对SSPCM表面改性有利于囊壁与囊心的紧密结合,在胶囊外层喷涂氯化钙溶液有利于得到致密的囊壁膜;包囊使得定形相变材料的密封性能显著提高.     

碳化柚子皮基复合相变材料的制备及性能

低品位热能如太阳辐射热能是能源利用和转化中的重要组成部分,由于总量大且往往未被有效利用而散发到环境中造成浪费和能源利用效率低等问题。基于相变材料的光热转化储热成为利用太阳辐射能的重要方式之一,因此针对相变材料聚乙二醇易泄露的问题,关注于废弃生物质柚子皮,通过简单的碳化过程将其转化为骨架支撑和光吸收双功能材料,并进一步电沉积处理增强其吸光性能。真空浸渍聚乙二醇后得到无泄漏的形状稳定复合相变材料,具有高的负载量、高相变焓保留、优异的循环稳定性,100次循环质量损失最多仅为2.2%,光热转化储热效率达87.5%。基于废弃的柚子皮制得无泄漏的相变复合材料不仅成本低廉,制备操作简单,实现了废物利用,而且为进一步高效和综合利用低品位热能提供了新的选择。     

高各向异性十六酸/膨胀石墨定形相变储热材料的性能

以十六酸(Hexadecanoic acid,HA)作为基材,添加硫化膨胀石墨(Expanded graphite,EG)作为高导热支撑材料,采用改进的熔融共混-凝固定形法制备了高定形精度的HA/EG复合相变材料(Phase change materials,PCMs)样品.对不同参数的复合定形PCMs的热性能进行了系统的测试,考察了样品的微观结构、官能团分布和结晶相以及不同质量分数的EG和样品密度对定形PCMs热性能的影响规律.结果表明,HA与EG均匀混合,且随着HA质量分数和样品密度的增大,两相结合的饱满度提高;HA与EG之间未发生化学反应,仅通过物理作用将HA吸附至EG的多孔结构;纯HA和EG质量分数为30％的定形PCMs的熔融焓分别为275.35 kJ/kg和193.01 kJ/kg,熔点分别为59.53℃和61.08℃.当EG的质量分数为30％且样品密度为900 kg/m3时,HA/EG定形PCMs的水平热导率高达38.42 W/(m·K),相比于纯HA(0.162 W/(m·K))提高了约236倍;而其垂直热导率仅为2.68 W/(m·K),还不及水平热导率的1/14,表现出较高的各向异性.循环稳定性测试结果表明,EG的质量分数为24％和30％的各样品的泄漏量极小,其泄漏量低于0.85％,均未出现明显的泄漏,表现出良好的储/放热循环稳定性.HA/EG定形PCMs是一种性能优良的潜热储存材料,在太阳能热利用中具有广阔的应用前景.     

二元脂肪酸/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的制备及性能

采用真空浸渗法制备了癸酸-月桂酸（CA-LA）/硅藻土助滤剂定形相变储热复合材料,对样品进行扩散-渗出圈测试、FTIR、SEM、BET、DSC和TG等表征分析,研究了硅藻土助滤剂对CA-LA二元低共熔脂肪酸的定形性能和吸附容量及CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的热物性、热稳定性和蓄放热性能。结果表明：无渗出圈产生的CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料中,硅藻土助滤剂对CA-LA的吸附量约为49.88wt%,CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料的相变温度和相变潜热分别为21.8℃和75.45 J/g;TG和热循环试验结果表明,CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料具有良好的热稳定性,经历100次热循环后相变温度和相变潜热的变化量较小;蓄放热性能测试结果证明CA-LA/硅藻土助滤剂定形相变复合材料能够进行蓄热和释热,起到明显的调节和控制环境温度的作用,可应用在建筑节能和储热领域。     

不同聚烯烃包覆石蜡的定形相变材料性能比较研究

用乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)取代高密度聚乙烯(HDPE)作为包覆材料,石蜡作为相变材料,通过热熔法制备了60%石蜡含量的定形相变材料(FSPCM),以此来提高定形相变材料的稳定性。用高温老化试验,恒温水浴试验和温度循环试验研究了定形相变材料的稳定性能。试验结果表明,POE/石蜡定形相变材料和EVA/石蜡定形相变材料的质量损失率远小于HDPE/石蜡定形相变材料的质量损失率。利用DSC研究了定形相变材料、石蜡及相应的基体树脂的热性能,并以此计算定形相变材料中实际的石蜡含量。结果表明,当设计含量为60%时,POE/石蜡定形相变材料和EVA/石蜡定形相变材料的实际石蜡含量为49.75%和58.49%,而HDPE/石蜡定形相变材料的仅为42.78%。这一结果与HDPE/石蜡定形相变材料样品在平板硫化机制备过程中发现有较多石蜡流出相一致。     

负载脂肪酸酯的定形相变复合纤维的制备与性能研究

以单硬脂酸甘油酯(GMS)为固液相变材料,以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维为支撑材料,通过静电纺丝方法成功制备了新型的GMS/PET定形相变复合纤维。FE-SEM观察显示随着定形相变复合纤维中GMS含量的增加,纤维直径逐渐增大且直径分布更广,纤维交叉点之间也出现粘连。XRD分析结果表明,静电纺丝过程中GMS和PET纤维基体能够很好地结合,由于PET纤维基体的支撑保护作用阻碍了GMS的结晶,导致结晶度下降。DSC分析结果表明,静电纺GMS/PET定形相变复合纤维是一种相变过程完全可逆的储能材料,其相变焓值随着纤维中GMS含量的增加而逐渐增大,相变焓效率85%。在DSC热循环测试过程中定形相变复合纤维的相变温度和相变焓值几乎没有变化,表明了该材料具有良好的热循环稳定性。     

定形相变材料蓄热地板电采暖热性能实验研究

为减小污染和电网峰谷差,提出了一种利用定形相变材料（PCM）蓄存夜间廉价电热的地板电采暖系统,研究了此定形PCM的热性能,搭建了应用此采暖系统的实验房间,测量了系统和室内空气的温度变化,分析了此采暖方式的使用效果。结果表明,此系统的热性能较好,白天的电热负荷转移到了夜间低谷电价时段,在实行峰谷电价的地区,可以节省电费,同时使室内温度分布均匀,是一种节能舒适的采暖方式。     

硬脂酸/SiO2纳米微胶囊复合相变材料的制备及储热性能的研究

采用分步合成法将硬脂酸填充到SiO2空球内,制备硬脂酸/SiO微胶囊复合相变材料,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热法(DSC)等分析测试手段对复合材料的结构和储热性能进行了表征.结果表明,该纳米微胶囊复合相变材料具有直径约220nm的规则形貌和良好的储热性能.此外,热的传导和抑制过冷...     

定形相变储能建筑材料的制备与热性能研究

采用真空浸渗的方法,将棕榈酸和十六醇的低共熔物(PA-HD)与膨胀珍珠岩(EP)结合,制备一种新型定形相变材料(PA-HD/EP).环境扫描电子显微镜测试显示相变材料PA-HD进入到珍珠岩的孔道结构中.棕榈酸和十六醇的低共熔物在膨胀珍珠岩的最佳浸渗量为58.0%(质量分数,下同),在此浸渗量下,即使是没有进行包覆,PA-HD也不会在发生相变时从EP中渗漏.差示扫描量热仪测试获得PA-HD/EP的熔点为41.49℃,相变焓值为122.9J/g.通过在PA-HD/EP中添加10%石墨,改善材料的导热性能.该复合相变材料可以很好地与普通建筑材料进行结合,进一步制备成具有温度调节功能的建筑材料.     

硅藻土基定形相变复合材料的制备与热性能研究

以硅藻土为基材,在高温条件下物理吸附相变材料A,再经冷却、粉碎及真空干燥后制得硅藻土基定形相变复合材料,并对制得的硅藻土基定形相变复合材料的结构形貌、化学组成、热性能、粒径变化进行了测试。研究结果表明,相变材料A被成功吸附至硅藻土孔隙中,且没有发生其他化学变化,硅藻土基定形相变复合材料的熔融温度为143.53℃,熔融焓55.26kJ/kg,储热效率为55.08%,硅藻土对相变材料A的实际吸附率为91.67%;原硅藻土的平均粒径为1316nm,硅藻土基定形相变复合材料的平均粒径为971nm,具有良好的定形效果,在加热至相变材料熔融温度以上仍未发生渗漏。     

超声辅助溶胶凝胶法制备硬脂酸/SiO2定形相变储能材料

在超声波的促进作用下, 以正硅酸乙酯为溶胶前驱体、 硬脂酸为相变组分, 经溶胶-凝胶过程制备了硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料。为了研究硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料的制备工艺, 考察了不同超声功率对材料制备过程中加强两相传质作用的辅助效果的影响以及不同种类催化剂对材料制备过程中溶胶-凝胶过程的影响, 最后确定出具有良好定形效果下材料的最大硬脂酸质量分数为60%。超声辅助酸碱复合催化法制备硬脂酸/SiO₂材料具有无需添加助溶剂和表面活性剂、 凝胶速度快、 方法简便的优点。对硬脂酸/SiO₂复合定形相变储能材料进行了FTIR结构表征和DSC、 TG热性能及热稳定性测试, 产品的相变焓值达91.46 J/g, 在低于175℃具有良好的热稳定性。      

三元乙丙橡胶/石蜡弹性定形相变材料的制备及性能表征

采用三元乙丙橡胶(EPDM)作为支撑材料,石蜡为相变材料,通过溶液共混法制备了一种弹性定形相变材料(ESSPCMs)。采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪及电子万能试验机研究了EPDM/石蜡不同配比对弹性定形相变材料的断面微观形貌、热学性能和力学性能的影响。实验结果表明,在ESSPCMs中,EPDM和石蜡相容性良好,随着石蜡含量的增加,其相变焓值增大,力学性能提升,渗漏率下降。当石蜡的质量分数为60%时,ESSPCMs的热学和力学性能最优,相变焓值达到148.52J/g,断裂伸长率达到2300%,且经48h冷热循环后渗漏率仅为0.35%。     

HDPE/EG/石蜡导热定形相变材料的制备及性能

采用熔融共混法制备高密度聚乙烯(HDPE)/膨胀石墨(EG)/石蜡导热定形相变材料(PCM),并对其渗漏率、微观形貌、导热性能和相变潜热进行研究。结果表明:导热定形相变材料中,HDPE,EG和石蜡三种组分具有较好的相容性;PCM中添加EG时渗漏率有所提高,但渗漏率随EG含量的增加而降低;EG含量为15%(质量分数)时,PCM渗漏率低于0.6%;PCM热导率随EG含量的增加而增加,EG含量为15%时,热导率达到1.265W/(m·K);PCM的相变潜热随EG含量的增加变化不大。     

交联定形相变储能材料的研制

分别采用高密度聚乙烯( HDPE) 、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯(LDPE) 1∶1的共混物作为基体材料,制备了不同凝胶率的交联定形相变材料, 讨论了材料的凝胶率与交联剂用量之间的关系, 并测定了材料的热性能。通过多次冷热循环实验, 研究了材料的稳定性。结果表明, 交联有利于改善定形相变材料的稳定性, 减少石蜡的渗出。高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的共混体系更适合作封装材料。交联程度的不同对材料的相变温度和相变热均不产生影响。多孔填料如硅藻土的添加, 可以进一步减少石蜡的渗出, 提高材料的稳定性。      

定形相变材料的制备方法

综述了定形相变材料各种制备方法的研究进展,介绍了定形相变材料的应用,总结了定形相变材料主要制备方法的发展方向.     

定形相变材料的胶囊化(Ⅱ)——正十八烷定形相变材料/乙基纤维素大胶囊的制备及密封性

采用油相包衣技术制备了以含50%正十八烷的聚乙烯(PE)定形相变材料(SSPCM)为囊心,以乙基纤维素(EC)为壁材圆柱形毫米级大胶囊.用扫描电子显微镜、冷热循环实验研究了胶囊囊壁的表面结构和胶囊的密封性.结果表明,在实验条件下,所制备胶囊的囊壁厚度大约为l0~30μm,使用铬酸对SSPCM表面改性有利于囊壁与囊心的紧密结合,包囊使得SSPCM的密封性能显著提高.     

一种定形相变贮能材料的制备

本实验探讨了利用熔融插层法将棕榈酸插入到蒙脱土层间制备定形相变贮能材料的方法,研究了其适宜的制备条件,用XRD、IR、DSC等方法对定形相变材料的结构和性能进行了表征与测试.研究结果表明:棕榈酸被有效地密封在蒙脱土层间,制得的材料具有良好的贮能性能,相变贮能过程中形态稳定.