二十二烷/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

基于膨胀石墨(EG)良好的热性能和吸附性,以膨胀石墨为吸附介质,以二十二烷(DE)为相变材料,用熔融共混法制备了二十二烷/膨胀石墨复合相变材料,采用扫描电镜、差示扫描量热仪、综合热分析仪、X射线衍射仪等对其进行性能测试和表征分析。结果表明,膨胀石墨具有网络状微孔结构,通过与二十二烷的物理结合将其封装,使其稳定性提高,同时颗粒粒径较小且均匀性较好,分散性提高;随着膨胀石墨含量的增加,复合相变材料导热系数提高、热稳定性增强;复合相变材料的相变温度较二十二烷略有降低,过冷现象得到改善,并具有较高的相变潜热;综合分析,复合相变材料中膨胀石墨的最佳含量为10%(质量分数)左右。     

膨胀石墨基复合相变材料的结构与性能研究

以膨胀石墨(EG)为载体,石蜡为相变材料,利用EG对石蜡良好的吸附性,制备了膨胀石墨基复合相变材料。采用扫描电镜、差示扫描量热仪、RC-4温度记录仪、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射分析仪对复合相变材料的结构与性能进行了测试和表征。实验结果表明,复合相变材料是EG和石蜡的物理结合,随着EG含量的增加,复合相变材料的相变潜热和相变温度降低,但分散性提高,稳定性增强,导热性能增加;同时,蓄热时间缩短,效率增加,且蓄热过程中温度对复合相变材料相变时间影响明显;综合分析,要保证复合相变材料结构稳定和性能优良,EG的质量分数应控制在10%左右。     

膨胀石墨/硬脂酸复合相变材料的相变动力学

以硬脂酸(SA)为相变材料,以膨胀石墨(EG)为封装材料,采用熔融共混法制备了硬脂酸/膨胀石墨复合相变材料(SA/EG-PCMs)。采用多重率DSC、SEM、FT-IR、TG等方法对SA/EG-PCMs的结构和性能进行表征,应用非等温动力学数据处理模型进行了相变动力学研究。结果表明:EG具有大量网状结构的空洞(由10~50 mm厚的石墨片叠合而成的平行塌陷片层构成),通过表面吸附和微孔束缚对硬脂酸进行有效封装,使其颗粒粒径减小;根据相变动力学分析,EG对SA分子链段的热扩散运动具有限制作用,使SA/EG-PCMs的活化能均高于纯SA(E为535.55 k J/mol),热稳定性提高;且随着EG含量的提高SA/EG-PCMs的活化能逐渐增大,当EG含量(质量分数,下同)高于10%时EG对SA分子链端的阻碍作用加剧,使复合体系的相变温度和相变焓下降的幅度增大。     

正癸酸-月桂酸-硬脂酸三元低共熔体系/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

将正癸酸(DA)、月桂酸(LA)和硬脂酸(SA)熔融共混制备了三元体系相变材料(DA-LA-SA),以DA-LA-SA为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体材料,用熔融共混法制备不同DA-LA-SA含量的三元低共熔脂肪酸/膨胀石墨复合相变材料(DA-LASA/EG-PCMs)。采用FT-IR、XRD、SEM、TGA和DSC对其组成成分、晶体结构、微观形貌、相变温度和相变焓进行表征。结果表明,当DA、LA和SA的质量配比为1∶8∶1时,DA-LA-SA具有较低的相变温度和较高的相变焓;EG由大量的微孔构成,通过微孔束缚和表面吸附与DA-LA-SA物理结合,具有良好的稳定性;EG质量分数为10%时,所制备的DA-LA-SA/EG-PCMs三元相变体系复合相变材料的相变温度为38.6℃,相变焓为123J/g,导热系数为3.572 1 W·(m·K)-1,分散均匀,颗粒粒径较小,具有优良的热性能和稳定性。     

膨胀石墨对石蜡膨胀石墨复合相变材料热工性能的影响

在石蜡中加入不同含量的膨胀石墨制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,通过测定不同膨胀石墨掺量的复合相变材料的导热系数、比热容、蓄热系数、热稳定性、热膨胀系数等参数,探究了膨胀石墨对石蜡的热工性能的影响规律。结果表明,膨胀石墨的加入,复合相变材料的导热系数呈线性增大,传热能力增强,蓄热时间缩短,蓄热系数增加,使石蜡的热效率提高;同时,冷热循环过程中,热膨胀系数减小,化学结构稳定,封装效果良好,具有较好的热循环稳定性和热化学稳定性,使石蜡的热稳定性提高。     

石墨/石蜡复合相变储热材料的热性能研究

膨胀石墨(EG)在超声作用下解离成微米级石墨片层(MSGF),并加入到石蜡基体中制备得到石墨/石蜡复合相变储热材料,并对复合相变材料的结构和热性能进行表征。实验结果表明,该石墨/石蜡复合相变储热材料储热速率加快,化学性质稳定。随MSGF质量分数的增加,固态及液态复合材料的导热系数均呈非线性显著增长,相变温度及相变潜热略有降低。     

外墙复合相变贴片材料相变及隔热性能研究

以石蜡(Paraffin)为相变原材料,膨胀石墨(EG)为载体,借助膨胀石墨具有独特网状空隙结构和良好吸附的特性,利用熔融吸附法制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并将其与水泥混合制备了应用于建筑外墙的复合相变贴片材料,并对相关性能进行了测试。实验结果表明,90%石蜡含量能够使膨胀石墨吸附量达饱和,相变温度为41.1℃,与纯石蜡相比略有降低;相变潜热为224.7 J/g,与理论计算值相差1.14%,SEM及XRD分析结果显示,石蜡与膨胀石墨之间具有很好地热稳定性和相容性。隔热性能测试实验显示,与瓷砖贴片材料相比,惨入复合相变材料的复合相变贴片材料能够将内表面最高温度降低2.4℃,有效阻隔进入室内的热量,改善围护结构的隔热性能,具有有效降低建筑空调能耗应用潜力。     

膨胀石墨定形复合相变材料热性能可视化研究

膨胀石墨(EG)作为吸附材料不仅可以防止石蜡(PA)泄漏，还可以提高复合相变材料的导热系数。采用熔融混合法制备了EG含量不同的3种石蜡/膨胀石墨(PA/EG)定形复合相变材料，并对复合相变材料的潜热、热导率、热稳定性和热分解特性进行研究；搭建了可视化控温系统，在恒热流密度下采用红外热成像仪对复合相变材料传热特性进行可视化研究。研究结果表明：EG含量为30%(wt,质量分数，下同)时，复合相变材料导热系数为5.21W/(m·K),与PA相比提高约20倍；随着EG含量的增加，复合相变材料的相变焓逐渐降低，当EG含量为30%时，循环100次后复合相变材料的相变焓为183.6J/g;从熔融过程的温度可视化结果可得，复合相变材料中的EG虽然削弱了自然对流的影响，但是由于其导热系数远高于PA,所以复合相变材料温度变化较为明显。     

正十四烷/石墨低温相变水泥基材料的制备及冻融损伤演化

以正十四烷(C14)为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体,通过物理吸附法制备C14/EG复合相变材料,采用SEM、DSC、FTIR对C14/EG复合相变材料的微观形貌、相变温度、相变潜热、化学结构进行了测试。开展了外掺(与水泥质量比)0%、2%、4%、6%相变材料的相变储能水泥基材料(PCESM)快速冻融循环试验,分析了冻融循环对表面损伤、质量损失、动弹模量损失、抗压强度及孔结构的影响规律,揭示了PCESM冻融循环劣化机制。试验结果表明：C14能够较好地吸附在EG孔隙中,C14与EG之间有良好的相容性,二者未发生化学反应。由于C14/EG相较于水泥基材料为弱相,因此随着C14/EG相变材料掺量的提高,PCESM的力学性能随之下降,但抗冻性能随着C14/EG相变材料掺量的提高呈现先提高后降低的规律,C14/EG相变材料掺量为4%的PCESM抗冻性最优。     

膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料的热性能及定形性研究

以石蜡为相变材料,膨胀石墨为基体材料,采用熔融混合法制备不同配比的膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料并压制成形。对制备的复合相变材料进行物相分析及结构和热性能表征,并考察了定形复合相变材料的热稳定性。测试结果表明,采用该方法制备的复合相变材料没有新物质生成,性质稳定。当未定形的相变材料中膨胀石墨的含量达到10%时,石蜡吸附完全,相变潜热最大。通过对定形复合相变材料进行热循环实验,发现当膨胀石墨含量为30%时,石蜡不易渗出,循环热稳定性好,具有应用价值。     

水溶液法制备NaNO3-LiNO3/石墨复合高温相变材料研究

利用饱和水溶液法,在NaNO3和LiNO3混和溶液中添加膨胀石墨(EG),在温度90℃的水浴箱内用强力电动搅拌机搅拌,随后放入120℃电热恒温鼓风干燥箱内24h烘干,得到NaNO3-LiNO3/EG高温复合相变材料,并分别制备了EG含量为10%、20%、30%的相变材料。利用SEM、DSC、Hot-disk和自行设计的自动循环设备分别对复合相变材料的微观形貌、相变温度、潜热、导热系数以及热循环过程中储放热行为进行了测试。研究表明,NaNO3-LiNO3共晶盐能够被吸附到石墨片层之间,形成稳定、均一的复合相变材料。随EG含量的增加,复合相变材料的有效潜热不断降低,但是相变温度变化微小,相变材料本身的储热性能也没有显著的变化,因此EG没有改变相变材料的储热性能。EG含量的增加,会显著提高复合相变材料的导热系数,并且随EG含量的增加而不断增大。EG含量低的复合材料在多次蓄放热的热循环过程中,热稳定性较好。饱和水溶液法制备NaNO3-LiNO3/EG复合相变材料是一种非常有效的强化复合材料导热功能的制备方法。在实际应用中,要综合考虑储热量、导热性能和热稳定性等各方面因素进行优化选择,以便使储热系统能够高效率、快频率、长寿命地运行。     

月桂酸复合相变材料的制备与性能研究

将膨胀石墨加入到月桂酸中,用熔融共混法制备了月桂酸复合相变材料,采用扫描电镜、差示扫描量热仪、综合热分析仪、傅里叶红外光谱仪等对复合相变材料的微观结构、相变性能、稳定性等性能进行了表征分析。测试结果表明,月桂酸复合相变材料结构上是硬脂酸与膨胀石墨的物理结合,未发生化学反应生成其他物质,保持了两者的优良性能;随着膨胀石墨含量的增加,复合相变材料热稳定性提高,导热性能增强,热效率提高,同时,相变温度和相变潜热降低。     

无机盐/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

为了改善单一相变材料易泄露、潜热较低、稳定性差等问题,以三水合乙酸钠作为主要相变材料,十二水合磷酸氢二钠作为成核剂,聚丙烯酸钠作为增稠剂,膨胀石墨作为导热增强剂,通过熔融共混法制备了形状稳定的复合相变材料。通过步冷曲线法、DSC差示扫描量法、SEM扫描电镜及热循环实验对材料特性进行表征和测量。结果表明,膨胀石墨可以较好地吸附基底材料,起到导热桥架的作用,当膨胀石墨的含量逐渐增加时,复合相变材料的相变温度略微降低,过冷度有效减小,导热系数大幅提升,储热性能没有显著变化。综合分析,复合相变材料的最佳配比为n(SAT)∶n(DSP)∶n(PAAS)∶n(EG)=100%∶4%∶1%∶8%,其相变温度为57.1℃,相变潜热为219.2 kJ/kg,具有良好的热稳定性。     

十八烷/膨胀石墨定形相变材料的制备与性能

针对建筑节能储能材料的应用，采用真空吸附法制备了一系列十八烷含量不同的十八烷/膨胀石墨定形相变材料，通过微观形貌观察、渗漏性能测试、差式扫描量热分析和冷热循环稳定性分析探究膨胀石墨吸附十八烷的最佳含量以及其各项性能。通过分析得出，当十八烷的吸附量为90%(质量分数)时，该吸附含量下的十八烷/膨胀石墨定形相变材料综合性能最佳，其熔融焓和凝固焓值分别为188、186.9 J/g,与国内外不同复合相变材料相比，具有较高的焓值。通过50℃烘箱加热2 h后，也没有明显的十八烷渗出的现象，质量损失率均小于1%,说明其具备了较好的防渗漏性能和结构稳定性。     

复合相变材料的制备及其对磷酸镁水泥水化热的影响

以石蜡为相变材料、膨胀石墨为支撑结构制备复合相变材料(CPCM),采用差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱仪、导热系数测试仪和RC-4温度测试仪,研究了CPCM的性质及其对磷酸镁水泥(MPC)水化产物、导热性以及水化热的影响规律。实验表明,与石蜡相比,CPCM的相变温度、相变焓略有降低,颗粒粒径减小,分散性提高,导热性能增强;CPCM是石蜡和膨胀石墨的物理复合,没有新物质生成,具有相变材料良好的热性能,通过CPCM相变,吸收MPC水化放出的热量,使得水化体系温度降低,MPC水化反应速度减慢;CPCM加入MPC后,CPCM相变控温范围无明显变化,MPC导热系数略有减小,MPC水化产物无明显变化,吸热峰温度略有升高,热稳定性提高。     

利用TG研究中低温有机相变复合材料的耐热性

用石蜡、硬脂酸、聚乙二醇(PEG_(4000))为相变主材料,活性炭和膨胀石墨为支撑材料,制备出不同配合比的复合中低温有机相变材料,并利用热重分析(TG)测试其受热时的热分解过程。活性炭和膨胀石墨的加入,可以提高硬脂酸基和石蜡基复合相变材料的起始热分解温度。实验结果证明,与其他实验样品相比,PEG_(4000)与活性炭的质量配合比为84%∶16%制得的PEG_(4000)/活性炭复合相变材料热稳定性较好,起始热分解温度为378℃,424℃时失重率为84%。     

三水硝酸锂-膨胀石墨定型相变材料的制备与储热性能研究

以三水硝酸锂(LiNO_3·3H_2O)为相变材料,通过筛选定型基材,添加成核剂用物理吸附法制备出三水硝酸锂/膨胀石墨(EG)复合定型相变材料。采用差示扫描量热仪(DSC)和X-粉末衍射仪(XRD)对复合相变材料进行结构和性能的表征与测量。结果表明:该定型复合相变材料的最优比例为:98%(wt,质量分数,下同)LiNO_3·3H_2O+2%EG,该材料的相变潜热达到235.40J/g,相变温度为29.86℃。LiNO_3·3H_2O/EG复合定型相变材料经100次原位DSC循环后相变温度几乎无变化,相变潜热累计衰减率为1.86%,表明该复合定型相变材料是一种热稳定性能良好储能材料,可应用于墙体保温,地暖空调砖等一系列建筑节能新领域。     

高定形聚乙二醇/剑麻纤维素/彭胀石墨相变储能材料的研制及热性能

以聚乙二醇(PEG)作为相变组分,以高导热的膨胀石墨(EG)和富合羟基的剑麻纤维素(CSF)作为相变支撑组分,分别利用自制的超声辅助真空设备进行动态灌注或机械搅拌进行熔融共混制备了不同PEG用量的定形相变储能材料(PCMs).采用扫描电子显微镜、高分辨率光学相机、差示扫描量热仪、Hot disk-导热仪、热重分析仪等技术测试了PEG基复合PCMs的微观形貌、定形性、储热性能、导热率及稳定性.结果表明,新颖的动态灌注法制备的PEG基复合相变材料呈现出更致密的微观形态,更好的储热性能和更高的导热率及热稳定性.同时,实验发现由于CSF大量的极性羟基和多孔隙结构,当CSF质量分数为30％,EG质量分数为1％时,复合材料表现出极好的定形效果.     

高定形聚乙二醇/剑麻纤维素/膨胀石墨相变储能材料的研制及热性能

以聚乙二醇(PEG)作为相变组分,以高导热的膨胀石墨(EG)和富含羟基的剑麻纤维素(CSF)作为相变支撑组分,分别利用自制的超声辅助真空设备进行动态灌注或机械搅拌进行熔融共混制备了不同PEG用量的定形相变储能材料(PCMs)。采用扫描电子显微镜、高分辨率光学相机、差示扫描量热仪、Hot disk-导热仪、热重分析仪等技术测试了PEG基复合PCMs的微观形貌、定形性、储热性能、导热率及稳定性。结果表明,新颖的动态灌注法制备的PEG基复合相变材料呈现出更致密的微观形态,更好的储热性能和更高的导热率及热稳定性。同时,实验发现由于CSF大量的极性羟基和多孔隙结构,当CSF质量分数为30%,EG质量分数为1%时,复合材料表现出极好的定形效果。     

面向沥青路面用EVM/PEG/EG复合相变材料的制备与性能

沥青路面温度调节用相变材料的开发近年来成为解决路面因温度过高导致耐久性变差与交通安全恶化的热点之一，以低成本无机材料膨胀蛭石(EVM)作为封装基材，以膨胀石墨(EG)作为导热填料双重封装聚乙二醇(PEG)制备面向调温沥青路面用的EVM/PEG/EG复合相变储能材料，并研究了PEG在EVM微纳空间中的相变行为、热稳定性变化及体系导热性能。结果表明：EVM平层微纳孔隙结构有利于PEG的封装，结合EG的二次封装，使EVM/PEG/EG封装量达到69.9%。EG也可起到异相成核的作用，促进体系结晶提高材料潜热值至446.1J/g。同时，应用了一种理论计算方法来预测和评估EG导热性能的增强能力，计算预测结果与实验相符合，EVM/PEG/EG复合相变储能材料的导热率为0.33W/(m·K),相对于纯PEG提高了450%,在沥青路面调温领域具有较大的应用前景。