定形相变材料的制备、改性及应用

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定形相变材料是一种新型复合相变材料,由工作物质和载体基质组成,工作物质是相变材料,利用相变材料的相转变吸收释放热量,载体基质保持定形相变材料的固态不变,克服了传统相变材料易泄露的缺点。材料发生相变时温度变化小,储能密度大,无毒无腐蚀,热稳定高,在太阳能利用、工业余热回收及建筑节能和现代农业等众多领域有着广阔的应用前景,近年来成为科研人员研究关注的焦点。  本文首次以相变温度适宜的癸酸-月桂酸共混物为相变材料,聚甲基丙烯甲酯为载体基质,采用本体聚合法制备癸酸-月桂酸/聚甲基丙烯酸甲酯定形相变材料。通过施罗德公式及差热扫描(DSC)来确定癸酸-月桂酸共混物的最佳比例,最佳比例为癸酸∶月桂酸=40wt%∶60wt%。制备不同组分的癸酸-月桂酸/聚甲基丙烯酸甲酯定形相变材料,并对制备出的样品进行扫描电镜(SEM),差热扫描(DSC),来确定原料的最佳投料比,最佳投料比为癸酸-月桂酸共混物∶甲基丙烯酸甲酯=60wt%∶40wt%,包覆率计算最佳样品的为88%。对样品进行红外分析(FI-IR),结果表明载体基质与相变材料无反应;热重分析(TG)结果说明,定形相变材料的热稳定性高;热循环实验相变温度与相变潜热变化不大,证明该材料的热可靠性高。  采用碳纳米管改性癸酸-月桂酸/聚甲基丙烯酸甲酯定形相变材料的方法,来提高该定形相变材料的导热性能。红外(FT-IR)分析结果表明物质之间无反应。差热扫描(DSC)分析,相变温度基本保持不变,但碳纳米管的含量增加,材料的相变潜热会随之减少。热重(TG)分析,改性后的定形相变材料稳定性高。导热系数测定表明,样品的导热系数随着碳纳米管含量的增加而大幅增加。热循环试验结果表明改性后的样品相变温度与相变潜热变化较小。研究结果表明碳纳米管的加入可在基本不降低其他性能的前提下,达到提高导热性能的目的。  将改性后的定形相变材料应用于室内保温系统,制作具有定形相变材料的石膏屋,对比没有加入定形相变材料的石膏屋,分别测定在环境温度高于相变温度时的升温速率,环境温度低于相变温度时的降温速率,及保温性试验温度的变化,结果表明由于定形相变材料的存在,降低了室内与环境的热交换,室内的温度波动较小,保温性较好,可以调控室内温度。
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