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。     

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。     

脂肪酸类混合物热物性的理论预测及实验研究

以癸酸、硬脂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸有机相变材料两两混合制成脂肪酸二元混合物为研究对象,选取理论计算公式,对不同配合比的脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行理论预测,并对脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行测试分析研究,将实验值与理论值进行对比,旨在证明所选取的理论计算公式应用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的预测是可行的。研究结果表明,脂肪酸二元混合物相变温度的实验值与理论值偏差较小,总体偏差均小于4.64℃,实验值与理论值吻合良好;相变潜实验值与理论值对比,除了硬脂酸/棕榈酸混合物个别条件下实验值与理论值偏差稍大为39.28J/g,其他混合物基本偏差不超过11.54J/g;理论计算公式用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的理论预测是可行的。     

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。     

正癸酸/十八醇二元相变材料的热性能研究

有机固液相变材料在相态变化时能够释放或吸收大量的潜热,将其应用在建筑中能减少室内温度波动,提升室内热舒适性,降低建筑能耗。采用熔融共混法制备正癸酸(CA)/十八醇(OD)二元复合相变材料,通过理论预测法与步冷曲线法确定二元低共熔混合物最佳质量配比为m_CA∶m_OD=85∶15。通过差示扫描量热法、蓄放热实验、热重分析、傅里叶红外光谱仪对CA/OD的热性能、循环热稳定性、耐热性及结构特征进行了分析。CA/OD低共熔混合物的熔化和凝固温度分别为27.95和25.42℃,熔化和凝固潜热分别为154.2 J/g和157.0 J/g,在300次蓄放热循环过程中热性能变化小,热循环稳定性较好,蓄热控温性能良好。热重分析表明CA/OD二元低共熔混合物在125.7℃以下没有热失重现象,耐热性能好。傅里叶变换红外光谱证实CA与OD是通过物理作用相结合,二元低共熔混合物中没有新物质产生。综合结果表明,该CA/OD二元复合相变材料适合在室温附近24～30℃区间使用,基本满足人体舒适温度范围,在日常热环境下循环耐用性强,为建筑节能材料提供了新的选择。     

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。     

十二酸/十六酸/十四酸三元复合相变体系研究

采用步冷曲线法测定了不同比例的十二酸(LA)/十六酸(PA)二元体系的相变温度,绘制了该体系的T-X相图。在其最低共熔点处引入十四酸(MA)组成三元体系,测定了该三元体系不同组成的相变温度,绘制其T-X相图。采用差式扫描量热仪(DSC)和红外光谱(FT-IR)对三元体系中最低共熔物的热性能和稳定性能进行表征。结果表明:LA/PA质量比为76∶24时形成最低共熔物,其最低共熔温度为31.7℃,相变焓为272.9J/g;LA/PA/MA三元体系在质量比为60.8∶19.2∶20时能形成低共熔物,其低共熔温度为26.9℃,相变焓为264.2J/g,连续相变过程无分层现象,300次热循环后热稳定性好。     

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。     

月桂酸-肉豆蔻酸-癸酸/膨胀石墨定形相变材料的制备与性能研究

采用超声波震荡法制备了月桂酸-肉豆蔻酸-癸酸三元脂肪酸共晶物,以膨胀石墨为基体,真空吸附法制备出月桂酸-肉豆蔻酸-癸酸/膨胀石墨新型复合相变材料。FT-IR、SEM和DSC的测试结果表明:脂肪酸与膨胀石墨间属于物理结合,具有良好的化学稳定性;复合材料的熔点为21.82℃,潜热值为121.5J/g,适用于建筑储能领域;1000次加速冷热循环后其熔点和潜热变化极小,显示了良好的热稳定性。由于膨胀石墨的加入,复合相变材料的导热能力显著提高,更利于相变材料的实际应用。     

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。     

一种适合潜热输送的高温相变石蜡乳状液的热性能

针对太阳能利用、余热利用、集中供暖等应用背景,采用差示扫描量热法(DSC)遴选了一种相变温度合适(相变峰值87℃)、相变潜热值较大(203.9J/g)的工业石蜡,并以此为相变材料,采用非离子型乳化剂及助乳剂复配的方法研制了3种浓度的石蜡乳状液高温潜热输送材料。测定了石蜡乳状液高温潜热输送材料的相变点、相变潜热等热物性,并研究了其蓄热特性。结果表明,该材料是一种在80～90℃之间存在相变的储、传热工质,在相变区间内的储、载热密度远大于水,是一种良好的潜热输送材料。     

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。     

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。     

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。     

纳米氧化铜/辛酸-肉豆蔻酸相变储能材料的制备及热物性

辛酸(OA)-肉豆蔻酸(MA)是一种极有发展潜力的相变材料,但是因过低的导热系数限制了其进一步大规模推广。通过添加纳米氧化铜(CuONP)改善其导热性,制备了一种融化温度在7~9℃的可用于空调蓄冷系统的新型相变储能材料。利用理论模型预测OA-MA二元共熔体系的融化温度与相变潜热,发现计算结果与实验不符。对比不同分散剂对CuONP的分散效果,发现白猫洗洁精分散效果最好。通过步冷试验、差示扫描量热法(DSC)、瞬态平面热源法(Hotdisk)及加速热循环实验,对比不同质量比CuONP对OA-MA在宏观热表现、融化温度、相变潜热、导热系数与热扩散率等方面的影响来研究纳米流体的传热传质机理,并提出了热扩散率与相变潜热的拟合曲线;根据材料300次与600次循环后的融化温度与相变潜热,发现该材料循环热稳定性较好。     

石蜡/改性硅藻土复合相变储能材料的制备及性能研究

以石蜡为相变储能材料,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石蜡/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,通过扫描电镜(SEM)、FT-IR分别对复合材料的微观结构及兼容性进行了表征,结果表明:复合相变储能材料中石蜡的适宜含量为65%,此时相变温度为53.7℃,相变潜热为147.93J/g,复合材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

新型复合相变储能材料Na/Paraffin的制备与性能分析

为提升广泛应用于相变储能领域的石蜡的导热系数,在手套箱内将导热系数高、熔点低、密度小的金属Na与石蜡复合为Na/paraffin新型相变储能材料,并对其导热系数、相变潜热及储/放热特性进行研究。结果表明:5%Na/95%paraffin复合相变储能材料导热系数较纯石蜡提高了17.6倍,储/放热速率均较纯石蜡提升了1倍;经过200次循环实验后,3%Na/97%paraffin复合相变储能材料相变温度由60.58℃下降到59.65℃,相变潜热由166.7520J·g~(-1)下降到160.5632J·g~(-1),热导率由2.33W·m~(-1)·K~(-1)减少到1.98W·m~(-1)·K~(-1)。     

Preparation of shape-stabilized phase change materials as temperature-adjusting powder

The shape-stabilized phase change materials (PCMs) composed of paraffin wax and silica were prepared in O/W emulsion with cetyl trimethylamine bromide as emulsifier and n-pentanol as assist emulsifier. The paraffin wax (with melting temperature of 29°C, crystallizing temperature of 26°C and latent heat of 142 J/g) served as latent heat storage material and the silica as supporting material, which prevented the leakage of the melted paraffin wax. Silica supporting material was formed in situ via hydrolysis and condensation from low-cost sodium silicate solution with chlorhydric acid and ammonium bicarbonate as neutralizing agent. The thermogravimetry (TG) curves show that the composite has a thermal stability superior to that of paraffin wax and that the content of paraffin wax in the composite is 65wt%. The maximum latent heat and its relevant melting point of composite are 95 J/g and 30°C, respectively.