硬脂酸/改性硅藻土复合相变储能材料的制备及性能研究

以硬脂酸为相变储能材料,改性硅藻土为载体,无水乙醇为溶剂,采用溶液插层法制备了硬脂酸/改性硅藻土复合相变储能材料.利用综合热分析仪(TG-DSC)测定了复合材料的相变温度、相变潜热及复合材料的热稳定性,通过FT-IR对复合材料的兼容性进行了表征.结果表明,复合相变储能材料中硬脂酸的适宜含量为65%(质量分数),相变温度为61.6℃,相变潜热为142.87J/g,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性.     

LA-MA/聚甲基丙烯酸甲酯复合相变蓄热材料的制备与性能

以月桂酸和肉豆蔻酸的最低共熔物和甲基丙烯酸甲酯为基本原料,以偶氮二异丁腈作引发剂,采用本体聚合法制备了一种复合定形相变蓄热材料。SEM和POM测试结果表明脂肪酸在基体中分散均匀,聚甲基丙烯酸甲酯对脂肪酸具有包覆固定作用,复合材料在相变蓄热过程中无液体泄露。采用DSC、FT-IR、TG等测试技术对复合相变材料的热性能、结构特征及热稳定性等进行表征,结果表明脂肪酸与聚甲基丙烯酸甲酯的复合方式为物理共混,脂肪酸含量不同的各定形相变材料均保持了脂肪酸的相变蓄热性能,且具有良好的热稳定性。脂肪酸在复合相变材料中的理想质量分数为70%,此时复合材料的相变潜热为113.2kJ/kg。该类复合相变蓄热材料克服了脂肪酸在相变过程中的熔化泄露问题,制备成本较低,工艺简单,在建筑太阳能利用等领域具有潜在的应用价值。     

月桂酸/二氧化硅复合相变储能材料的制备与性能

以月桂酸为相变材料,二氧化硅为基体,采用溶胶-凝胶法将相变材料嵌入到SiO2网络空间内,制备出月桂酸/二氧化硅复合相变储能材料。采用IR,SEM及DSC对复合相变储能材料进行了结构、形貌以及热性能表征。结果表明:含相变材料69.1%质量分数的复合材料相变温度为43.1℃,相变潜热高达104.64J/g,相变材料均匀地嵌入到SiO2网络空间内,发生相变时不泄露。同时二氧化硅作为基体材料形成空间传热网格,较大提高了相变材料的导热性能。     

无机盐/陶瓷基复合蓄热材料高温稳定性的研究

通过理论分析和XRD、DSC及传统热分析等实验手段研究了新型无机盐/陶瓷基复合蓄热材料的高温稳定性。结果表明,相变材料Na2SO4在1000℃高温下具有热力学稳定性,适合作为复合材料的相变介质;Na2SO4/SiO2复合蓄热材料具有良好的高温热稳定性,经100次热循环后,其热失重率低于1.26%、潜热值降低约6.19%、相变温度基本保持恒定,且熔化-凝固特性和热震稳定性良好。Na2SO4/SiO2复合材料适合作为工业炉高温蓄热器储能用蓄热材料。     

癸酸-硬脂酸/有机膨胀蛭石相变蓄热砂浆的制备与性能研究

以癸酸-硬脂酸(CA-SA)为相变材料,以通过硬脂酸钠(NaSt)疏水改性得到的有机膨胀蛭石(OEV)为支撑材料,采用熔融共混法制备定形相变材料(OEV/CA-SA)。将OEV/CA-SA掺入石膏基体中制备相变蓄热砂浆。结果表明,OEV/CA-SA的相变温度和相变潜热分别为21.48℃、61.65 J/g。100次热循环后,OEV/CA-SA热稳定性良好。随着OEV/CA-SA掺量的增加,相变蓄热砂浆的相变潜热逐渐增加,抗压强度不断降低。OEV/CA-SA掺量为10%时相变蓄热砂浆综合性能最佳,其相变温度为20.37℃,相变潜热为7.95 J/g,28 d绝干和饱水抗压强度分别为7.2、3.9 MPa,软化系数为0.54,具有良好的力学性能、耐水性能和蓄热调温性能。     

脂肪酸二元混合物储热性能的实验研究

选取癸酸、硬脂酸、月桂酸、棕榈酸和肉豆蔻酸5种脂肪酸按预先设定的比例混合配制脂肪酸二元混合物,利用差示扫描量热仪测试混合物的相变温度和相变潜热,以寻找具有合适的相变温度、较大的相变潜热,能用于相变围护结构的脂肪酸混合物。结果显示:脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热相比单一组分的值有所降低;含葵酸的二元脂肪酸混合物的相变温度较低,范围大致为20~30℃,且相变潜热也较大,是用于墙体储能的理想相变材料;其他脂肪酸组成的二元混合物相变温度较高,不符合墙体储能的温度要求。     

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。     

三元脂肪酸共晶物/二氧化硅定形相变复合材料的制备及其热性能

首先以月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、硬脂酸(SA)为相变材料制备LA-MA-SA三元脂肪酸共晶物,然后以SiO_2充当支撑材料,采用溶胶-凝胶法制备LA-MA-SA/SiO_2三元定形相变复合材料。通过傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)以及差示扫描量热仪(DSC)等对其结构形貌与热性能进行测试表征。FTIR和SEM测试结果表明,LA-MA-SA三元脂肪酸共晶物在SiO_2的孔状网络结构中均匀分散,两者之间通过毛细管效应与表面张力相结合;DSC测试表明,脂肪酸共晶物在定形相变复合材料中的百分含量可高达62.44%,对应LA-MA-SA/SiO_2三元定形相变复合材料的熔融和结晶温度分别为31.4℃和26.1℃,热焓分别为109.7kJ/kg和108.4kJ/kg。制备的LA-MASA/SiO_2三元定形相变复合材料热稳定性较好,在经过50次热循环后也未发生渗漏,且蓄放热速率较LA-MA-SA共晶物分别提高了35%和32%。     

参比温度曲线法的改进与实验研究

相变蓄热材料应用广泛,其热物性的测量至关重要。本文基于参比温度曲线法的基本思想,从相变蓄热材料的理论步冷曲线特征和实际测量过程出发,针对相变阶段中能量平衡方程的显热因素和相变结束阶段降温过程的温差因素进行分析和改进,得到了改进后的计算方程。并以十二水磷酸氢二钠、月桂酸和硬脂酸三种相变材料为例进行相变材料步冷曲线的实验研究,结合改进后的计算方程进行相变潜热值的计算。结果表明:改进后的方程对潜热的计算值与DSC测量值相比更接近,误差控制在10%以内。参比温度曲线法的改进对于相变蓄热材料的快速开发和调制具有一定的实践指导意义。     

空调用二元有机相变蓄冷材料的理论预测与研究

有机相变材料在空调蓄冷中的应用是今后一个重要的发展方向,选取壬酸、辛酸、癸酸、月桂酸、正癸醇、月桂醇和肉豆蔻醇7种有机物质作为研究对象,两两组合,根据热力学第二定律和相平衡理论,预测出不同比例二元混合材料中的相变温度和相变潜热。通过DSC测试各组样品的热物性,制备筛选出适用于空调场合使用的二元有机相变蓄冷材料。结果表明:辛酸/月桂醇、癸酸/月桂醇和辛酸/肉豆蔻醇3组二元混合材料的相变温度范围为5~9℃,相变潜热范围为145~172kJ/kg,符合空调蓄冷要求;上述混合体系中辛酸/肉豆蔻醇(质量比73.7∶26.3)样品的性能最好,其相变温度为6.9℃,相变潜热为169.1kJ/kg。     

月桂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料的制备与热性能研究

以月桂酸为相变材料,膨胀珍珠岩为载质,利用真空吸附法制备出月桂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料(LA/EP-PCMs)。通过FT-IR、SEM、DSC、TGA对LA/EP-PCMs的微观结构、相变温度、相变潜热、热稳定性进行表征。结果表明:月桂酸能较好地吸附在膨胀珍珠岩孔隙内,它们之间的化学相容性良好。LA/EP-PCMs中月桂酸饱和含量为65%,此时其相变温度为41.3℃,热焓为110.1J/g。将5%的纳米石墨纤维(NGF)作为添加剂加入到LA/EP-PCMs中,其导热系数由0.09 W/(m·K)提高到0.16 W/(m·K),增长了77.7%。熔融凝固实验表明:掺入NGF将改善复合相变材料的蓄放热能力,其强化导热机理是在相变基体外表面和内部形成了导热网络。     

Synthesis of shape-stabilized paraffin/silicon dioxide composites as phase change material for thermal energy storage

The shape-stabilized paraffin/silicon dioxide (SiO₂) composite phase change materials (PCM) were prepared by using sol–gel methods. Paraffin was used as the PCM, and silicon dioxide was acted as the supporting material. Fourier transformation infrared spectroscope (FT-IR) and scanning electronic microscope were used to determine the FT-IR spectra and microstructure of shape-stabilized paraffin/silicon dioxide composite PCM, respectively. The thermal properties and thermal stability were investigated by a differential scanning calorimeter and a thermogravimetric analysis, respectively. The SEM analysis showed that the paraffin was well dispersed into the porous network of silicon dioxide. DSC analysis indicated that the mass content of paraffin in silicon dioxide was up to 92.1%, and paraffin/silicon dioxide composites had solidifying temperature of 57.07 °C, solidifying latent heat of 59.66 kJ/kg, melting temperature of 58.10 °C, and melting latent heat of 139.59 kJ/kg.     

脂肪酸相变储能材料热循环行为的试验研究

研究了一些脂肪酸作为相变材料的热稳定性。选用的脂肪酸为化学纯的癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸,其融化温度在30~60℃之间。利用差示扫描量热(DSC)技术测定了经过56、112、200和400次反复热循环的相变材料的融化温度和融化潜热,加速热循环试验结果表明:随着热循环次数的增加,相变材料的融化初始温度和融化潜热的变化很小,并且是没有规律的。但是,考虑相变材料的使用约为1年的热循环,在脂肪酸的热性能方面,这些材料作为潜热存储材料具有很好的热稳定性。     

月桂酸/十六醇/二氧化硅复合相变材料的结构与性能

为了制备适用于服用调温纺织品领域的定形相变材料,选用月桂酸和十六醇二元低共熔物作为工作物质,采用溶胶-凝胶法制备月桂酸/十六醇/二氧化硅复合相变材料。用DSC、IR、TG、SEM、热渗出等方法对其结构和性能进行了研究。结果表明:二氧化硅复合相变材料相变温度为34℃,符合服用要求;当相变材料的质量分数为64%时,相变焓可达122.4J/g;复合相变材料是二氧化硅凝胶和月桂酸/十六醇二元体系的物理共混物,没有新的键合生成;TG曲线表明复合相变材料在125℃之前,具有良好的热稳定性;复合相变材料组织呈近球形或椭球形的颗粒状,表面光滑圆润,粒径在2μm左右,分散性较好;热渗出实验表明,二氧化硅凝胶对月桂酸/十六醇二元低共熔相变材料具有良好的定形效果。     

有机改性蒙脱土基复合相变材料的制备及相变动力学分析

以癸酸(CA)、肉豆蔻酸(MA)、硬脂酸(SA)三元低共熔物为相变材料,有机改性蒙脱土(OMMT)为层状封装材料,采用熔融浸渗法制备 CA-MA-SA/OMMT 复合相变材料,相变材料和层状材料的最佳质量比 m(CA-MA-SA)∶m(OMMT)=7∶3。采用 X 射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变材料的结构、性能进行表征。结果表明：三元脂肪酸低共熔物被有效封装在改性后的蒙脱土层间,复合相变材料的相变温度为20.14℃,相变潜热为89.14 J·g-1。相变动力学分析结果,复合相变材料的相变反应级数为1.18,活化能为14.22 kJ·mol-1。活化能说明低共熔物与蒙脱土之间是嵌合关系,不是化学吸附。     

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。      

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。     

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。     

氮化硼/脂肪酸复合相变材料的形状稳定性和导热性分析

目的 探究氮化硼(BN)对月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)等4种脂肪酸(FA)的形状稳定性和导热性的影响。方法 将FA融化后,添加BN,在熔融状态下共混,制备出4种不同的成型复合相变材料,并分析BN的添加量、光?热转换、储热时间和温度对复合相变材料的密度和形状稳定性的影响,以及BN添加量对FA相变材料热导率的影响。结果 复合相变材料的密度随着BN添加量的增加呈线性增大趋势,稳定性也随之增强,在4种FA中添加BN的最佳质量分数分别为68%、69%、69%、68%;复合相变材料的泄漏率随着储热时间的增加呈线性增大趋势,在储热12 h时其泄漏率小于0.6%,泄漏率随着储热温度的升高而增大,在高于熔点25 ℃左右条件下加热3 h,泄漏率低于0.1%;材料经过4次光?热转换后,其泄漏率小于0.4 %;复合材料的热导率分别比纯FA的热导率提高了401.91%、597.92%、353.74%、304.95%。结论 制备的成型复合相变材料具有不同的储能温度、导热性能和稳定性,可以作为运输过程中的保温材料。