石蜡复合相变材料的研究进展及其热学性质

石蜡作为相变储能材料具有不存在过冷及析出现象,性能稳定,无毒,无腐蚀,价格便宜等优点。石蜡复合相变储能材料弥补了石蜡作为相变储能材料的缺点,改进了在实际应用中相变材料的效果,并且扩大了石蜡相变储能材料应用的领域。主要介绍了国内外对石蜡复合相变储能材料的研讨及相关热学性质。     

癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料的制备及性能

通过物理吸附法将癸酸-石蜡（CA-PC）二元低共熔混合物与膨胀石墨（EG）复合形成癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料,实验结果显示,CA与PC、CA-PC与EG的最佳质量配比分别为8.1∶1.9和7∶1。利用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析了定形相变材料的微观形貌和结构特点,发现CA-PC/EG的FTIR曲线上同时存在二元低共熔混合物和膨胀石墨的特征吸收峰,表明二元低共熔混合物与膨胀石墨之间没有发生化学反应,二者依靠表面张力和毛细力作用在一起,并且CA-PC二元低共熔混合物依靠物理作用被有效包封于EG的孔隙中,经过1000次加速冷热循环后,基本没有液态二元复合相变材料泄漏。通过差示扫描量热仪（DSC）得到CA-PC/EG的熔化温度和凝固温度分别为27.04℃和22.26℃,熔化潜热和凝固潜热分别为144.4J/g和133.7J/g,且EG的高导热性促进了CA-PC的蓄放热速率。同时,根据热重分析（TG）与蓄放热实验结果发现其拥有优良的热可靠性和耐热性能。因此,该CA-PC/EG定形相变材料是一种良好的低温储能材料。     

膨胀石墨/石蜡复合相变材料的导电及发热特性

采用混合搅拌方法制备膨胀石墨（EG）/石蜡复合相变材料,测试分析了EG含量、施加电压与EG/石蜡复合相变材料体积电阻率的关系,研究了直接自发热和正温度系数（PTC）电阻发热时复合相变蓄热单元的发热特性。结果表明,随着EG含量或施加电压的增大,复合相变材料体积电阻率逐渐减小;施加电压对样品体积电阻率的影响与复合相变材料中EG含量有关,EG含量越高,施加电压对复合相变材料体积电阻率的影响越明显。当施加电压为4.0V时,EG质量分数分别为4%、5%、8%的复合相变材料体积电阻率分别只有0.5V时的0.481倍、0.185倍、0.068倍。基于复合相变材料导电特性,直接负载电压可实现复合相变材料电热转化和相变蓄热;结合PTC电阻发热可灵活控制复合相变蓄热单元加热功率,实现其快速充热。     

石蜡微胶囊型相变储能材料制备及表征

采用原位聚合法以30#石蜡为芯材、密胺树脂（MF）为囊材,制备了具有相变储热功能的微胶囊,并将所制得微胶囊添加到石膏板中。采用SEM、FTIR、DSC和TG等手段对微胶囊外观形貌、化学结构和热性能进行了表征,并测试了石膏板储能性能。结果表明：制得微胶囊中石蜡平均含量约为50.4%,相变温度和相变潜热分别为30℃、108.7 J/g;微胶囊表面光滑有突起,粒径在10～20μm;具有较好的外观结构和良好的热稳定性,能增强石膏板的保温性能。     

石蜡相变微胶囊的制备及相变性能研究

以石蜡为芯材,蜜胺树脂(MF)为壁材,采用原位聚合法制备了石蜡相变微胶囊。分别采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对微胶囊的结构、性能和形貌进行了分析和表征,讨论了甲醛与三聚氰胺的摩尔比对微胶囊相变性能和形貌的影响。结果表明,n(甲醛)/n(三聚氰胺)>4时,微胶囊之间发生粘结,出现了团聚现象;微胶囊的相变温度略高于芯材石蜡,随着n(甲醛)/n(三聚氰胺)增加,微胶囊的相变潜热降低。     

相变纤维的研究与发展

介绍了相变材料(ＰＣＭ)及相变纤维的调温原理、纤维用ＰＣＭ的选择原则、相变纤维的加工方法以及相变纤维的应用发展前景。     

石蜡相变复合材料的研究

以高相变潜热的石蜡作为蓄热介质,膨胀石墨作为基体,采用共混吸附方法制备定形相变复合材料。并使用SEM、DSC测试方法对膨胀石墨的微观结构和复合材料的热性能进行研究,研究结果表明,膨胀石墨具有大量的微孔结构并与石蜡具有良好的相容性,并解决了石蜡导热系数低及易泄露的问题。     

泡沫金属铜/石蜡相变蓄热过程的数值模拟

在装有纯石蜡的相变蓄热箱中加入泡沫金属铜，利用Fluent软件，模拟研究石蜡相变蓄热箱在加入泡沫金属铜后，箱内石蜡温度分布的均匀性、稳定性及相变蓄热的变化规律。模拟结果显示，泡沫金属铜的加入，大大提高了石蜡的蓄热性能，缩短了石蜡相变的时间；且加入泡沫铜后，石蜡内部温差明显减小，温度分布更加均匀，并且有效缓解了自然对流造成的顶部过热和底部不熔化现象。数值模拟结果与实验测试数据平均误差15.7%，与实测值吻合较好。     

石蜡定形相变材料的包裹及热性能

利用原位聚合法,提出了对定形相变材料进行无机高分子材料再包裹,制备了硅胶封装石蜡定形相变材料的微胶囊,其石蜡的含量最高达到w(石蜡)=69.12%。用差示扫描量热仪(DSC)测定了微胶囊的热性能,并将测定粉体材料润湿性能的W ashburn方程应用于相变材料的亲油亲水性测定,评价了定形相变材料在胶囊封装前后的亲水性变化。结果表明,经硅胶封装的相变材料其相变焓为153.46 J.g-1,相变焓降低较少,而亲水性能有很大提高,确定了微胶囊产品中石蜡最佳质量分数为w(石蜡)=50%~56%。     

纺织用相变微胶囊材料的研究进展

综述了相变材料、相变微胶囊的制备技术及其在蓄热调温纺织品中应用的研究进展.详细分析了各种相变材料、微胶囊制备方法以及微胶囊纺丝法、微胶囊后整理法的特点,指出了它们优点与不足,并提出了一些改进措施及今后发展方向.     

组合式相变材料最佳相变温度的热力学分析

采用组合式相变材料的蓄热系统较单一相变材料具有更为优越的传热和热力学性能,而相变温度对于蓄热系统性能具有重要的影响。为了使结果更具普适性,以热力学有效能分析为基础并忽略具体换热器形式和传热过程,推导了使用不同相变材料数时每种相变材料最佳相变温度的理论公式,并根据最佳相变温度计算了有效能利用率随着相变材料数的变化,结果表明当PCMs数增加到4种时,理论最大有效能利用率已达80%以上,比使用单一相变材料的理论最大有效能利用率高50%左右。以573.15 K热能蓄能为例,计算了使用1~4种相变材料时相应的最佳相变温度与最大有效能利用率,并以此为依据给出了实际最佳相变材料组合。     

微胶囊复合相变材料的制备及性能表征

以低熔点的相变材料为芯材,三聚氰胺脲醛树脂为囊壁材料,用原位聚合法制备了相变储能微胶囊。采用红外光谱、扫描电子显微镜、差示扫描量热分析和热重分析测试技术表征了制备的相变微胶囊的结构组成、形貌特征及热性能。实验结果表明,相变储能微胶囊复合相变材料热稳定性好,在160℃以下无质量损失,其相变温度和焓值分别为15.3℃,132.3 J/g。制备得到的微胶囊呈球形,平均粒径小于20μm,固化剂滴加速度为0.5 mL/m in时微胶囊形貌较佳,优化的芯/壁质量比为1∶1.5,且微胶囊的亲水性随芯材含量增加而降低。     

聚氨酯型复合定形相变储能材料研究进展

热能作为重要的能量供给方式,与人类的日常生活和社会生产密切相关。为提高热能利用效率,发展相变储能材料备受关注,其中聚氨酯型相变储能材料解决了传统相变材料定形性差、相变后易流动、需额外封装的难题,同时具有储能密度大、相变温度易于调节、可加工性能好、力学强度高、耐腐蚀等优点,具有广阔的应用前景。本文以聚氨酯相变材料的结构特征为依据进行分类,从其合成路径、相变储热特性进行了总结与分析,归纳了其在建筑节能、智能纺织、公路交通等方面的应用进展,并对其未来研究工作作出了展望。     

吸附精制工艺对相变石蜡正构烷烃碳数分布的影响研究

采用活性炭作为吸附剂进行相变石蜡吸附精制工艺研究,利用气相色谱分析仪测定了相变石蜡的正构烷烃分布,研究了活性炭用量、吸附温度、吸附时间对正构烷烃分布的影响。采用自动吸附仪、差示扫描量热仪测定了活性炭的孔结构、比表面积和相变石蜡的热性能。结果表明,活性炭的BET总比表面积为1 718.49 m2/g,BJH平均孔径为3.162 9 nm,微孔体积为0.319 8 m3/g;相变石蜡经过吸附精制正构烷烃总量可以提高4%~6%,碳数不同的正构烷烃随吸附温度、吸附时间和活性炭用量的增加,含量变化趋势不同;吸附工艺为:活性炭用量8%,吸附温度120℃,吸附时间60 min时,正构烷烃含量为89.89%,提高了4.38%,相变潜热为164.9 J/g,提高了12.33%。     

含相变材料的定型复合建材储能调温及力学特性

使用微胶囊化和直接吸附法两种方式将相变材料与水泥结合分别制成了含相变微胶囊水泥基复合建材及含相变材料水泥基复合建材,搭建实验测试系统,对复合建材的调温储能特性进行了测试。微胶囊化相变材料和纯相变材料的加入对水泥基建材的微观结构形貌具有较为明显的影响。热重曲线显示纯水泥、相变微胶囊-水泥、相变材料-水泥试样的失重率依次增加,相变微胶囊-水泥式样的稳定性最好;复合成分所占质量分数相同时,相变材料-水泥试块强度略低于相变微胶囊-水泥试块;调温测试表明,在水泥中添加相变微胶囊颗粒或纯相变材料时均具有一定的调温储能功能,能明显减缓水泥基建材的温度在相变温度附近的波动;尽管直接吸附法制备的相变材料-水泥复合建材具有较好的调温性能,但其可循环性较差,伴有刺激性气味逸出,实用性较差。因此相变微胶囊-水泥复合较适宜作为新型建材推广使用。     

硫酸铝铵相变蓄热材料实验研究

通过对硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的实验研究,寻找减小其过冷度,改善其储热性能的方法。按照溶液配制法,在熔融的硫酸铝铵中依次加入适量的有效添加剂及去离子水,记录蓄热体系放热时的温度变化,反复调节添加剂的质量比,达到最佳配置。结果表明,硫酸铝铵中添加质量分数为1.8%的氟化钙、0.4%的碳、6%的去离子水能够较好地抑制过冷,保证放热速率。重复性实验验证,该材料是低温范围内具有较高相变温度、相变潜热大、放热性能稳定、重复性良好的蓄热材料,可以应用于电蓄热、回收城市废热等领域。     

超重条件下泡沫石墨-石蜡相变传热实验研究

基于高热导率多孔材料骨架强化传热的相变蓄冷器具有热容量大、换热效率高、控温稳定、环境适应性强等优点,在航空航天领域具有广泛的应用前景。多孔介质内固-液相变换热过程中,由于相变换热产生的相变工质密度差在加速度的驱动下造成的液相浮升力变化,将引发更为复杂的固-液相变流动与换热不稳定性特征。设计搭建了离心环境条件下的多孔介质内固-液相变换热实验研究装置,实验获得了不同加速度大小和方向下多孔介质内固-液相变换热特性。结果表明,高导热泡沫石墨-石蜡相变蓄冷能够实现界面较低升温速率温控,同时加速度方向对于相变蓄冷装置整体换热效率及换热均温性存在显著影响。当加速度方向与热流方向反向或垂直时,加速度驱动液相储能工质局部自然对流将促进整体换热效率,而加速度方向与热流方向同向时换热效率降低,并且上述差异将随着加速度的提升而进一步扩大。     

常温相变含水石蜡微乳液的制备

采用一定比例的固体石蜡和液体石蜡混合熔融,得到常温相变石蜡,采用微乳化技术,将水稳定的分散到石蜡中,制备出具有高储能量的相变含水石蜡储能材料。差式扫描量热法测试表明,m(固体石蜡)∶m(液体石蜡)=1∶2时,复配石蜡固-液相变温度34.2℃,相变潜热为34.0 kJ/kg;相图分析表明,m(Span80)/m(Tween80)=0.6,助表面活性剂为正丁醇,助表面活性剂(C)与复配表面活性剂(T)质量比m(C)/m(T)=0.3时,微乳液相区面积最大;实际储能测试结果表明,含水10%的相变石蜡比未加水时提高了近13倍。