專利名稱：一種高分子固-固相變儲能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高分子固-固相變儲能材料， 本發(fā)明還涉及該相變儲能材料的制備方法。 .
背景技術(shù)：
能源利用領(lǐng)域中最重要的課題是節(jié)能與環(huán)保，而相變儲能技術(shù)是利用相 變材料的相變潛熱進行能量貯存(蓄冷、蓄熱)的一項新型環(huán)保節(jié)能技術(shù)， 可解決能源供求在時間和空間上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手 段。近年來，發(fā)達(dá)國家在推廣應(yīng)用相對比較成熟的儲能技術(shù)的同時，紛紛投 入巨資開發(fā)新的儲能技術(shù)和儲能材料，以期不斷提高其技術(shù)性能、經(jīng)濟性和
可靠性，使相變儲能材料(PCM)成為國內(nèi)外能源利用和材料科學(xué)方面研究 -的熱點。相變儲能材料能夠在其物相變化過程中，從外部環(huán)境中吸收熱(冷) 量或向環(huán)境釋放熱(冷)量，從而實現(xiàn)能量的儲存和釋放。利用相變儲能材 料的特征，將其應(yīng)用于太陽能利用、電力的"移峰填谷"、廢熱和余熱的回收 利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域，并制造出各種提高能源利用 率的設(shè)施，同時由于其相變時的溫度近似恒定，可用于調(diào)整控制周圍環(huán)境的 溫度，且能多次重復(fù)使用。因此相變儲能材料成為日益受到人們重視的、應(yīng) 用前景十分廣泛的新材料。
相變材料通常由多組份構(gòu)成，包括主儲熱劑、相變點調(diào)整劑、防過冷劑、 防相分離劑和相變促進劑等。相變儲能材料，按照相變形式，主要分為固一 固相變儲能材料和固一液相變儲能材料；按照相變溫度范圍分為高溫儲能材—料、中溫儲能材料和低溫儲能材料；按照成分大致可分為無機物儲能材料和 有機物(包括高分子)儲能材料。
目前常用的相變儲能材料主要包括無機物相變儲能材料和有機物相變 儲能材料兩大類。絕大多數(shù)無機物相變儲能材料具有腐蝕性，而且在相變過 程中具有過冷和相分離的缺點，影響了儲能能力。有機物相變儲能材料的腐 蝕性小，相變過程中幾乎沒有相分離，且化學(xué)性能穩(wěn)定、價格便宜。但是有 機物相變^l能材料普遍存在儲能密度和導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點，致使其應(yīng)用于儲 '能系統(tǒng)時，存在傳熱性能差、.儲能利用率低的缺陷，降低了儲能系統(tǒng)的效能。 因此，研制儲能密度大、性能穩(wěn)定的高分子復(fù)合相變儲能材料成為該研究領(lǐng) 域的熱點和難點?？梢灶A(yù)見，高分子相變儲能材料和技術(shù)將作為一個新的工 業(yè)和研究領(lǐng)域得到迅速的發(fā)展。
現(xiàn)有高分子固-固相變儲能材料的制備方法，主要有接枝共聚法和'共混 法。接枝共聚法的制備工藝復(fù)雜、成本較高，且輔料和溶劑的排放對環(huán)境造 成污染，因而采用該方法大批量生產(chǎn)相變儲能材料受到制約；共混法的制備 工藝簡單、成本較低、無污染，后續(xù)成型方法易實現(xiàn)。但單純共混法制得的 相變儲能材料中的相變主材料與骨架材料結(jié)合不牢固，在相變過程中會產(chǎn)生 分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高分子固-固相變儲能材料，儲能密度和導(dǎo)熱 系數(shù)高，將其應(yīng)用于儲能系統(tǒng)中，具有較好的傳熱性能，提高儲能利用率， 能夠提高儲能系統(tǒng)的效能。
本發(fā)明的另一目的是提供上述相變儲能材料的制備方法。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是， 一種高分子固-固相變儲能材料，按質(zhì)量百分比，由以下組份組成相變主材料60% 95% 、骨架材料 5% 40%，上述組份質(zhì)量之和為100%，其中，相變主材料采用高密度聚乙 烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纖維。
本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，上述相變儲能材料的制備方法，按以
下步驟進行
步驟l:按質(zhì)量百分比，分別取相變主材料60% 95%、骨架材料5% 40%，各組份總量100%，干混后，得到配料，其中的相變主材料采用高密 度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纖維；
步驟2:將步驟l制得的配料，置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造 粒過程中的溫度為100。C 19(TC;
步驟3:將步驟2制得的粒料重復(fù)4 6次置于擠出機中造粒，每次重復(fù) 造粒期間造粒的溫度與步驟2造粒時的溫度一致，即制得高分子固-固相變 儲能材料。
本發(fā)明相變儲能材料以高密度聚乙烯(HDPE)或聚乙二醇(PEG)為 相變主材料、活性炭纖維為骨架材料，采用吸附和熔融共混法擠出制得。在 發(fā)生固一液相變后，仍保持其固態(tài)時的形狀，具有相變焓值高、儲能性能好、 熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性高和相變過程形態(tài)穩(wěn)定等特點，克服了有機物固-液相變貯能材料單獨使用時的缺點。在太陽能儲存、能量利用與轉(zhuǎn)換、廢冷 與廢熱利用等多種技術(shù)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。 本發(fā)明相變儲能材料，按質(zhì)量百分比，由以下組份組成
相變主材料 60% 95%骨架材料 5% 40% 上述組份質(zhì)量之和為100%，其中，相變主材料采用高密度聚乙烯 (HDPE)或聚乙二醇(PEG)，骨架材料采用活性炭纖維。
本發(fā)明相變儲能材料相變溫度和相變焓的測定，可采用差示掃描量熱儀 (DSC)，在氮氣保護下，升溫速率5。C/min，測量溫度范圍為室溫至200°C， 測得主吸收峰峰頂對應(yīng)的溫度即為相變溫度，在吸收峰的起始溫度和終止溫 度之間，吸收峰與基線包圍的面積對應(yīng)的熱量即為相變焓。
本發(fā).明相變儲能材料采用吸附和熔融共混的方法制備，相對于現(xiàn)有技 -術(shù)，不僅工藝簡單、成本較催、無污染、后續(xù)成型易于實現(xiàn)，且制得的相比 儲能材料中的相變主材料和骨架材料結(jié)合牢固，在相變過程中不會產(chǎn)生分
離。該制備方法具體按以下步驟進行
步驟1:按質(zhì)量百分比，分別取相變主材料60% 95%、骨架材料5% 40%,各組份總量100%，將取得的骨架材料切碎，然后，與相變主材料干 混，得到配料；
相變主材料采用高密度聚乙烯(HDPE)或聚乙二醇(PEG)，骨架材料
采用活性炭纖維。
步驟2:將步驟l制得的配料，置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造
粒過程中的溫度為10(TC 19(TC;
步驟3:將步驟2制得的粒料重復(fù)步驟2的擠壓4 6次置于擠出機中造 粒，每次重復(fù)造粒期間造粒的溫度與步驟2造粒時的溫度一致，制得高分子 固-固相變儲能材料。
本發(fā)明制備方法將相變主材料與骨架材料吸附熔融共混，通過擠出機擠 -出造粒，制得固-固相變儲能材料。按質(zhì)量百分比，分別取高密度聚乙烯(HDPE) 60%和切碎的活性炭纖 維40%;并干混，得到配料，.將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，控制 造粒過程中的溫度為190°C;將制得的粒料重復(fù)4次置于擠出機中造粒，每 次重復(fù)造粒的溫度均為19(TC，即制得高分子固-固相變儲能材料。 實施例2
按質(zhì)量百分比，分別取聚乙二醇(PEG) 95%和切碎的活性炭纖維5%; 并干混，得到配料，將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造粒過程 中的溫度為10(TC;將制得的粒料重復(fù)5次置于擠出機中造粒，每次重復(fù)造 '粒的溫度均為IO(TC，即制得高分子固-固相變儲能材料。 實施例3
按質(zhì)量百分比，分別取聚乙二醇(PEG) 77.5%和切碎的活性炭纖維 22.5%;干混，得到配料，將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造 粒過程中的溫度為145°C;將制得的粒料重復(fù)6次置于擠出機中造粒，.每次 重復(fù)造粒的溫度均為145°C,即制得高分子固-固相變儲能材料。
按質(zhì)量百分比，分別取高密度聚乙烯(HDPE) 87%和切碎的活性炭纖 維13%;干混，得到配料，將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造 粒過程中的溫度為19(TC;將制得的粒料重復(fù)5次置于擠出機中造粒，每次 重復(fù)造粒的溫度均為19(TC，即制得高分子固-固相變儲能材料。經(jīng)測定，該 相變儲能材料的相變溫度為135.9°C，相變焓216kJ/kg。 實施例5
按質(zhì)量百分比，分別取高密度聚乙烯(HDPE) 83.3%和切碎的活性炭纖維16.7%;千混，得到配料，將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，.控制 造粒過程中的溫度為1S(TC;將制得的粒料重復(fù)6次置于擠出機中造粒，每
次重復(fù)造粒的溫度均為180°C，即制得高分子固-固相變儲能材料。經(jīng)測定， 該相變儲能材料的相變溫度為134.3°C，相變焓209kJ/kg。
實施例6
按質(zhì)量百分比，分別取高密度聚乙烯(HDPE) 80%和切碎的活性炭纖 維20%，干混，得到配料，將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造 粒過程中的溫度為1S(TC;將制得的粒料重復(fù)4次置于擠出機中造粒，.每次 重復(fù)造粒的溫度均為18CTC，即制得高分子固-固相變儲能材料。經(jīng)測定，該 相變儲能材料的相變溫度為136.1°C，相變焓175kJ/kg。 實施例7
按質(zhì)量百分比，分別取聚乙二醇(PEG) 85%和切碎的活性炭纖維15%; 干混，得到配料，將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造粒過程中 的溫度為12(TC;將制得的粒料重復(fù)4次置于擠出機中造粒，每次重復(fù)造粒 的溫度均為12(TC，即制得高分子固-固相變儲能材料。經(jīng)測定，該相變儲能 材料的相變溫度為56°C，相變焓131kJ/kg。 實施例8 '
按質(zhì)量百分比，分別取聚乙二醇(PEG) 75%和切碎的活性炭纖維25%; 干混，得到配料，將該配料置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造粒過程中 的溫度為12(TC;將制得的粒料重復(fù)5次置于擠出機中造粒，每次重復(fù)造粒 的溫度均為12(TC，即制得高分子固-固相變儲能材料。經(jīng)測定，該相變儲能 材料的相變溫度為54"C，相變焓118kJ/kg。 -
本發(fā)明高分子固-固相變儲能材料以高密度聚乙烯(HDPE)或聚乙二醇(PEG)為相變主材料、活性炭纖維為骨架材料，采用吸附和熔融共混法擠 出制得。具有相變焓值高、儲能性能好、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性高和相變 過程形態(tài)穩(wěn)定等特點，在太陽能儲存、能量利用與轉(zhuǎn)換、廢冷與廢熱利用等 多種技術(shù)1S域具有應(yīng)用前景。制備方法經(jīng)濟、簡便、實用、易于推廣應(yīng)用，
是一種環(huán)保型的加工方法。
權(quán)利要求
1.一種高分子固-固相變儲能材料，其特征在于，該相變儲能材料，按質(zhì)量百分比，由以下組份組成相變主材料60％～95％骨架材料 5％～40％上述組份質(zhì)量之和為100％，其中，相變主材料采用高密度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纖維。
2. 」種權(quán)利要求1所述相變儲能材料的制備方法，其特征在于，該方法按以下步驟進行步驟l:按質(zhì)量百分比，分別取相變主材料60% 95%、骨架材料5% 40%，各組份總量100%，干混后，得到配料，其中的相變主材料采用高密 度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纖維；步驟2:將步驟l制得的配料，置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造 粒過程中的溫度為10(TC 190。C;步驟'3:將步驟2制得的粒料重復(fù)4 6次置于擠出機中造粒，每次重復(fù) 造粒期間造粒的溫度與步驟'2造粒時的溫度一致，即制得高分子固-固相變 儲能材料。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種高分子固-固相變儲能材料，按質(zhì)量百分比，由相變主材料60％～95％和骨架材料5％～40％組成，總質(zhì)量百分比為100％，相變主材料采用高密度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纖維。將相變主材料和骨架材料干混后，置于擠出機中造粒，得到粒料，控制造粒過程中的溫度為100℃～190℃；將制得的粒料重復(fù)4～6次置于擠出機中造粒，即制得本發(fā)明的高分子固-固相變儲能材料。本發(fā)明相變儲能材料相變焓值高、儲能性能好、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性高，且相變過程形態(tài)穩(wěn)定，在太陽能儲存、能量利用與轉(zhuǎn)換、廢冷與廢熱利用等多種技術(shù)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
文檔編號C08L23/00GK101565606SQ20091002268
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者蕾 付, 楊永平, 忠 王, 陳立貴 申請人:陜西理工學(xué)院