癸酸-肉豆蔻酸/硅藻土定形相变储能材料制备及性能研究

以癸酸(CA)与肉豆蔻酸(MA)复合制备的CA-MA二元低共熔脂肪酸为储能基元材料,硅藻土为储能载体,基于真空吸附法制备了CA-MA/硅藻土定形相变储能材料。采用FT-IR、SEM、DSC、TG对定形相变材料的结构、形貌和热性能等进行了分析。结果表明,CA-MA二元低共熔脂肪酸被吸附到硅藻土的孔道中,二者之间为物理结合。质量分数为45%CA-MA的定形相变材料,CA-MA在反复循环相变中未发生泄漏,其熔化、凝固相变温度分别为22.75、14.52℃,相变焓分别为67.03、66.85J/g,相变温度适中,相变焓高,热稳定性好,适用于建筑领域。     

脂肪酸三元低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测

对脂肪酸低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测公式进行了选择和实验验证,通过DSC实验测试月桂酸-肉豆蔻酸二元低共熔混合物、月桂酸-肉豆蔻酸-棕榈酸三元低共熔混合物的热物性参数,发现理论预测公式对低共熔质量配比和相变温度的预测与实验结果吻合较好,可以用于计算脂肪酸类低共熔混合物的热特性参数。在此基础上对10种脂肪酸三元低共熔混合物的质量配比、相变温度和潜热进行了预测计算,这10种脂肪酸三元相变温度范围为16.12～38.86℃,相变潜热范围为154.99～177.39J/g。脂肪酸三元低共熔混合物的研究丰富了脂肪酸的相变温度和相变潜热范围,为脂肪酸类相变材料的工程应用提供了更广阔的空间。     

癸酸与棕榈酸低共熔混合物的制备与热特性分析

在实验测得单一物质熔点和熔化潜热的基础上,利用低共熔混合物配比计算公式对癸酸和棕榈酸低共熔混合物的配比、熔点和熔化潜热进行了理论预测,以指导DSC测试,并对低共熔混合物进行了红外光谱试验,以判断是否有新相生成.实验结果表明,癸酸的熔点和熔化潜热分别为29.85℃和150.32J/g,棕榈酸的熔点和熔化潜热分别为62.13℃和210.13J/g.低共熔混合物的理论配比为85.7:14.3(质量比),相变温度为26.74℃,相变潜热为152.74J/g.低共熔混合物的配比为86.1:13.9(质量比),相变温度为25.39℃,相变潜热为153.58J/g,与理论计算结果较吻合.红外光谱试验结果表明,癸酸和棕榈酸混合物中没有新相生成.     

脂肪酸二元低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测

对低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测公式进行了选择和验证,对脂肪酸类二元低共熔混合物的配比、熔点和熔化潜热进行了理论计算。从实际的计算过程来看,计算值与实验值吻合得很好,可以用来计算脂肪酸类低共熔混合物的热特性参数。在15种脂肪酸类低共熔混合物中,熔点最低为10.2℃,最高为51.5℃;熔化潜热最低为138.6J/g,最高为187.5J/g。从工程实际应用来看,脂肪酸类低共熔混合物适用于低温采暖、生活热水、相变墙体、温控混凝土、相变服装等领域。     

癸酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

本文研制了一种用于相变温度在0~5℃的冷藏运输系统的二元有机复合相变蓄冷材料。该材料由癸酸和辛酸按比例混合经超声波振荡后制得,质量配比为30∶70。通过步冷曲线法测定了不同质量配比的癸酸-正辛酸溶液的相变温度,利用相图确定了二元低共熔共晶点,此时的质量配比为30∶70。经差示扫描量热仪(DSC)测得共晶溶液的相变温度为1.5℃,相变潜热为120.6 J/g。癸酸-正辛酸共晶混合物经过30次、60次结晶与熔化循环后,相变温度、相变潜热均未发生明显变化。测试结果表明,该相变蓄冷材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和良好的循环热稳定性,在蓄冷系统尤其是冷藏运输系统中有着很大的应用潜力。     

微胶囊相变蓄冷材料的制备及其性能研究

阐述了微胶囊相变蓄冷材料的制备方法及其性能。采用复合凝聚法制备了微胶囊相变蓄冷材料。用明胶和阿拉伯胶作囊材、十四烷作芯材,使用示差扫描量热仪(DSC)来测定蓄冷材料的熔化温度、熔化潜热、凝固温度、凝固潜热,用热重分析仪(TG)测定其热稳定性,并用扫描电镜(SEM)观测了材料的微相结构。测试结果表明,该相变蓄冷材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性,可用作空调的蓄冷材料。     

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。     

肉豆蔻酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性研究

以肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备了MA-TD二元复合相变材料,利用步冷曲线法测定不同质量比的MA-TD复合相变材料的结晶温度,绘制相图获得二元体系低共晶点,确定了MA-TD共晶混合物的质量比为36∶64,其结晶温度为32.7℃。差示扫描量热测试结果表明MA-TD共晶混合物的相变潜热为227.08kJ/kg。傅里叶变换红外光谱测试表明,复合相变材料中MA和TD的分子结构未发生变化,两者为物理复合。经过500次0～60℃冷热循环,MA-TD二元复合相变材料的相变温度基本不变,说明该复合相变材料的热稳定性较好。     

癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨蓄能复合相变材料的制备与热性能研究

癸酸、棕榈酸、硬脂酸形成的三元低共熔物与膨胀石墨通过真空浸渍法制备出新型癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨储能复合相变材料,适宜的质量比为m(癸酸)∶m(棕榈酸)∶m(硬脂酸)=77.0∶11.5∶11.5,m(癸酸-棕榈酸-硬脂酸)∶m(膨胀石墨)=13∶1。采用DSC、FT-IR、TG、SEM、冷热循环实验和蓄/放热实验研究了材料的结构和热性能。SEM和FT-IR分析结果表明低共熔物与膨胀石墨是通过物理吸附方式结合。DSC结果表明复合材料融化和凝固时的相变温度为28.93℃和16.32℃,相变潜热为137.38J/g和141.51J/g。TG结果表明复合相变材料在100℃以下具有良好的热稳定性。500次热循环和蓄/放热实验表明循环前后复合相变材料的热可靠性好,且使用寿命长。膨胀石墨的添加改善了复合材料的热性能和热导率。研究表明制备的新型复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和热导率,热性能稳定可靠,可用于低温蓄能领域。     

三元碳酸盐混合物的制备及热物性研究

选取Na_2CO_3、Li_2CO_3和K_2CO_3按不同比例配制三元混合碳酸盐。通过差示扫描量热分析仪实验测试其热物性。结果表明:能够共熔的碳酸盐混合物的熔点在400℃左右,低于单一组分的熔点;部分样品初晶点高于熔点;熔点低、初晶点小于熔点的碳酸盐混合物熔化潜热大部分在100J/g以上,有些大于200J/g;优选出的9种低熔点、低初晶点和高熔化潜热的碳酸盐混合物的稳定性较好。旨在寻找熔点低、相变潜热大、性能稳定的混合熔盐,为其在太阳能热发电中的应用提供参考和依据。     

正辛酸-癸酸/膨胀石墨低温复合相变材料的制备及热物性研究

针对有机相变材料热导率低的问题,以质量比71∶29的正辛酸(OA)-癸酸(CA)为基液,通过添加膨胀石墨(EG)制备用于医药冷藏运输系统的复合相变材料。利用EG表面多孔结构的吸附性原理,制备出EG最佳质量分数为8%的OA-CA/EG低温复合相变材料。通过差示扫描量热仪测得OA-CA/EG的相变温度为0.9℃,相变潜热为112.7J/g。利用热常数分析仪测得OA-CA的热导率为0.3231W/(m·K),OA-CA/EG的热导率为1.649W/(m·K),加入EG使得OA-CA的热导率提高了4.1倍。对OA-CA/EG进行100次蓄放冷循环实验,结果表明循环前后其相变温度、潜热值以及热导率均未发生明显变化。稳定的蓄放热性能使得OA-CA/EG在医药冷藏运输系统具有广阔的应用前景。     

空调蓄冷材料热性能实验研究

通过实验研究了空调蓄冷材料的凝固温度、融解温度、凝固潜热和融解潜热等热学性能.该蓄冷材料是由两种相变材料构成.在热性能测试中,用示差扫描量热仪来测定蓄冷材料的潜热,用红外光谱仪来测定蓄冷材料的结构变化.该蓄冷材料的融解热是118.996kJ/kg、起始融解温度是6.399℃.其热容量比一般的无机水合盐大、融解温度比冰高.测试结果表明该相变蓄冷材料可用作为空调的蓄冷材料.     

脂肪酸三元体系相变材料固-液相变动力学研究

为有效地控制脂肪酸贮能材料的相变过程,利用差示扫描量热法(DSC)研究了癸酸(CA)-肉豆蔻酸(MA)-硬脂酸(SA)、CA-MA-棕榈酸(PA)、CA-PA-SA三元低共熔物体系的热力学性能,确定最低共熔混合物的组成、相变温度和相变潜热。运用Kissinger动力学方法计算CP-MA-SA、CP-MA-PA、CP-PA-SA三元低共熔混合物固-液相变过程的相变活化能及反应级数。结果表明:活化能为257.46~353.40kJ/mol,反应级数为1左右,动力学参数为脂肪酸三元体系在民用建筑的应用提供了重要依据。     

十酸-十四酸-十八酸/有机蒙脱土复合相变材料的制备与性能研究

选用十酸、十四酸和十八酸制备的三元低共熔物为相变材料,有机改性蒙脱土为支撑材料,熔融浸渗法制备了十酸-十四酸-十八酸/有机蒙脱土复合相变材料。采用DSC、FT-IR、TG、SEM、冷/热循环试验和蓄/放热试验等方法对其结构和热性能进行研究,结果表明,DSC测试复合材料的相变温度21.06℃,相变潜热102.26J/g;FT-IR表明相变材料和支撑材料的结合为物理吸附;TG曲线表明复合材料在低于130℃时热稳定性良好;SEM试验显示相变材料很好的分散在支撑材料层间;冷/热循环试验表明复合材料经历1000次冷/热循环后有较好的热稳定性;蓄/放热试验说明复合材料具有显著的蓄/放热能力,应用于建筑节能领域,可减小室内环境大幅度波动,满足人们对室内温度高舒适度的要求。     

PHB基CA-MA二元低共熔脂肪酸定形相变材料的制备

以聚-β-羟丁酸酯(PHB)作为基体材料,癸酸-肉豆蔻酸(CA-MA)二元低共熔脂肪酸作为相变剂,利用浇注法制备了含有不同比例脂肪酸的室温相变材料。通过热循环试验、傅里叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和动态机械分析(DMA)等方法研究了材料的综合性能。结果表明,滤纸扩散法得出PHB对CA-MA二元低共熔脂肪酸的最大包覆量为40%,此时材料的相变温度为24.65℃,相变焓值为140.26 J/g,复合材料具有很好的相变性能。添加适量的羧甲基纤维素钠(CMC)后,材料的相变温度为24.58℃,相变焓为139.74 J/g,且CMC的加入使CA-MA的热稳定性有所提高,热分解温度提高了19℃左右,同时储能模量(E')提高了5 GPa,材料的刚性提高且微观形貌分散性良好;材料经历热循环前后相变温度、相变焓值和最初热分解温度变化很小。     

PET基定形相变复合纤维的制备

采用静电纺丝技术成功制备了以5种脂肪酸二元低共熔混合物(LA-MA、LA-SA、MA-PA、MA-SA、PA-SA)为固液相变材料,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为支撑材料的定形相变复合纤维。研究了不同种类的脂肪酸二元低共熔物对复合相变纤维的形貌结构、储热性能以及力学性能的影响。研究结果表明这5种定形相变复合纤维的表面均呈现褶皱的形貌特征,同时纤维直径也明显增大。热分析结果表明当改变纤维中脂肪酸二元低共熔物的种类时,复合相变纤维的熔化温度和熔化焓值均随之而变化,其中熔化温度最低为33.23℃,最高为52.82℃,熔化焓值最低为62.75kJ/kg,最高为94.76kJ/kg。力学性能测试结果表明,由于脂肪酸二元低熔物的加入复合相变纤维的拉伸强度减小,断裂伸长率增大。     

低温复合相变材料正辛酸-癸酸的制备及性能分析

将正辛酸(OA)与癸酸(CA)按比例混合制备二元复合相变材料OA-CA,用于相变温度2～8℃的医药冷藏运输系统中。首先通过理论计算预测了二元混合物的共晶点,确定它的共晶点比例、相变温度及潜热值,然后围绕共晶点比例配制6种不同比例的混合物。结果表明:OA-CA的过冷度为0.4℃、共晶点质量比为71∶29、相变温度为1.7℃、相变潜热为122.1J/g、热导率为0.3231W/(m·K)。对OA-CA低温复合相变材料进行100次循环蓄放冷实验,发现其相变温度、潜热值、热导率均未发生明显变化。     

脂肪酸/SiO_2复合相变材料的制备和性能

以癸酸(CA)、月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)和棕榈酸(PA)为相变材料并根据理论公式估算低共熔脂肪酸的组成配比和理论热性能,制备了4组三元低共熔脂肪酸。针对适用于夏炎热地区建筑领域的相变储能材料,选取月桂酸-肉豆蔻酸-棕榈酸(LA-MA-PA)为相变芯材,用溶胶-凝胶法制备了LA-MA-PA/SiO_2复合相变材料,并测试了这种复合相变材料的结构和性能。结果表明:LA-MA-PA具有良好的热稳定性和结构稳定性,可均匀地嵌入到SiO_2多孔网络结构中,且相变芯材与载体复合后无新物质生成。LA-MA-PA/SiO_2球体颗粒光滑饱满,分散性良好其粒径约为3μm,经历100次热循环后脂肪酸没有明显的渗漏。这种复合相变材料的相变温度和潜热分别为29.6℃和91.1 J/g,具有良好的热稳定性。     

果蔬保温包装中蓄冷剂的实验研究

目的针对果蔬储运的控温需求,研制一种复合相变蓄冷剂。方法以甘露醇水溶液为基础,通过添加碳酸钠和羧甲基纤维素钠(CMC)进行蓄冷剂的制备,利用差示扫描量热仪(DSC)、凝固曲线和融化曲线法对蓄冷剂的热物性和长期循环性能进行分析测试,最后筛选出最优方案。结果测得最终蓄冷剂为质量分数5%的甘露醇、质量分数2%的碳酸钠、质量分数3%的羧甲基纤维素钠,其余为水,onset温度(起始融化温度)为-4.5℃,相变潜热为292.5 k J/kg,往复融冻实验表明,该蓄冷剂具有较好的稳定性,无明显的过冷及相分离。结论该蓄冷剂潜热较高,稳定性能较好,能长期反复使用,可应用于果蔬控温储运领域。     

脂肪酸相变材料导热系数测试及相变传热过程的数值模拟

相变材料在相变过程中由于材料本身状态的变化,其相变传热过程属于具有移动边界的非线性过程,针对相变材料相变传热过程中非线性传热特征,对月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料的热性能进行了研究,利用差示扫描量热法(Differential Scanning Cal-orimetry)对相变材料的相变潜热和相变温度进行了测试,利用DRE-2C导热系数测定仪测试了不同摩尔比例脂肪酸相变材料以及相变材料在不同测试温度下的导热系数,通过将无机多孔材料硅藻土和脂肪酸相变材料混合制备了一种无机复合相变材料,并对其导热系数和蓄放热性能进行了测试,利用有限元法对相变材料的相变过程进行了数值模拟。研究表明,脂肪酸相变材料的导热系数和其相变温度呈反比关系,相变材料的相变温度越高,其导热系数越低。对于同一相变材料来说,相变材料的导热系数随着材料温度的升高而升高,硅藻土的掺入明显增加了相变材料的导热系数,复合相变材料蓄放热速率加快,改善了相变材料的传热性能。有限元模拟分析法可以较好地描述相变材料的传热过程,相变材料的导热性能需要强化以提高其蓄放热的速率和频率。