專利名稱：一種定形相變材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相變材料的制備方法，特別涉及一種以石蠟和烯烴類聚合物為原料的定形相變材料的制備方法。
常用的相變材料是通過固液相變進(jìn)行能量的儲(chǔ)存和釋放的，由于儲(chǔ)能時(shí)材料為液態(tài)，必需有容器密封封裝，不僅容易泄漏，而且還增大了傳熱介質(zhì)和相變材料間的熱阻，且成本亦會(huì)相應(yīng)提高，使得傳統(tǒng)的相變材料在太陽能利用和建筑領(lǐng)域的推廣應(yīng)用存在一定的困難。
在0-100攝氏度范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的固液相變材料多為結(jié)晶水合鹽類，如CaCl2·6H2O，Na2SO4·10H2O。如專利“具有抑制劑的相變材料和其制備方法”(公開號(hào)1270201)采用的是金屬硝酸鹽和水的組合物。這類相變材料使用時(shí)需要封裝，不僅容易泄漏，而且還增大了傳熱介質(zhì)和相變材料間的熱阻，成本也有相應(yīng)提高。
日本較早地在定形相變材料方面開展了研究，日本崗山大學(xué)的Inaba教授等(Heat andMass Transfer，32(1997)，p307)研究了石蠟和高密度聚乙烯體系的熱物理性能。他們所采用的定形相變材料中，石蠟的含量為74wt％，熔點(diǎn)為54℃，相變焓為121.4kJ/kg(純石蠟的相變焓為164kJ/kg)。
法國的Xavier Py等人(Inter.J.Heat and Transfer，44(2001)，p2727)以膨脹石墨作為支撐材料，制備了石蠟-膨脹石墨定形相變材料，并研究了體系的熱物理性能。他們所采用的石蠟熔點(diǎn)分別為70-80℃，18.1℃和-9℃，含量為65-95wt％。他們首先是將膨脹石墨放入鋁制立方體模具中，用不同壓力壓到不同密度(50-350kg/m3)，然后將壓好的石墨塊浸入熔融的石蠟中，直至重量不再增加。這樣制得的定形相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)4-70Wm-1K-1。對(duì)相變焓的結(jié)果沒有報(bào)道。
中國科技大學(xué)熱能系的葉宏和葛新石(Solar Evergy Materials and Solar Cells，64(2000)，p37)制備了石蠟-高密度聚乙烯定形相變材料，石蠟的含量為70-75wt％，熔點(diǎn)為58-62℃，相變焓可達(dá)157kJ/kg(純石蠟的相變焓為199kJ/kg)。他們首先將石蠟和高密度聚乙烯熔融，然后在高于高密度聚乙烯熔點(diǎn)的溫度下將二者混合后，讓混合物冷卻。
華南理工大學(xué)的肖敏和龔克成(太陽能學(xué)報(bào)，22(2001)，p247)制備了石蠟-SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)定形相變材料，石蠟的含量為20-80wt％，熔點(diǎn)56-58℃，相變焓可達(dá)165.2kJ/kg。具體方法是在雙輥熱煉機(jī)上，在100℃下將石蠟緩慢加入SBS中，混合熱煉而成。為了提高材料的導(dǎo)熱性能，還加入少量處理后的膨脹石墨。
在已有技術(shù)中，一類是采用石蠟和高密度聚乙烯制備定形相變材料，其中石蠟的相變溫度單一，石蠟含量不超過75％，相變焓最高達(dá)157kJ/kg；第二類是以石蠟為相變材料，采用SBS作為支撐材料，石蠟的相變溫度單一，含量可達(dá)80％，相變焓亦有相應(yīng)提高，達(dá)到165.2kJ/kg；第三類以石蠟為相變材料，采用膨脹石墨為支撐材料，其目的是提高定形相變材料的導(dǎo)熱性。
本發(fā)明提出的一種定形相變材料的制備方法，以相變材料石蠟和支撐材料為原料，其特征在于該方法依次包括以下步驟(1)將10-50wt％支撐材料烯烴類聚合物在煉膠機(jī)中塑煉成片，在室溫-40℃之間逐漸加入石蠟，直至石蠟的含量達(dá)90-50wt％，混煉至均勻，其中烯烴類聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一種；(2)將混合物在塑料粉碎機(jī)中粉碎；(3)將粉碎后的混合物加入到塑料擠出機(jī)中，加熱溫度分別設(shè)定為料筒加熱溫度為90-150℃，螺桿部分加熱溫度為100-160℃，口模加熱溫度為90-150℃，進(jìn)行熔融擠出；(4)將擠出的熔體經(jīng)水冷卻后烘干即為定形相變材料。
在上述制備方法中，所述的相變材料石蠟為切片石蠟、半精煉石蠟或全精煉石蠟中任何一種。
在上述制備方法中，所述的相變材料為熔點(diǎn)在25-70℃之間的石蠟。
采用本發(fā)明制備的定形相變材料，相變過程可逆，相變溫度在25-70℃可調(diào)，相變焓最大可達(dá)175kJ/kg，材料在相變前后保持固體狀態(tài)，無小分子泄漏，無需封裝，可直接使用。
由于本發(fā)明選用一系列具有不同熔點(diǎn)的石蠟，因而相變溫度可調(diào)。本發(fā)明在采用高密度聚乙烯為支撐材料時(shí)，石蠟的含量可以達(dá)到90％，相變焓可達(dá)174.8kJ/kg；此外，本發(fā)明還采用了低密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等多種支撐材料，從成本和易得的角度提供了多種選擇，為適應(yīng)不同用途的要求提供了選擇的可能。
定形相變材料的相變溫度和相變焓測(cè)定可采用示差掃描量熱儀(DSC)，在N2保護(hù)下，升溫速率5℃/min，測(cè)量溫度范圍為室溫-200℃，測(cè)得主吸熱峰的峰頂對(duì)應(yīng)的溫度即為相變溫度，在峰的起始溫度和終止溫度之間，吸熱峰與基線包圍的面積對(duì)應(yīng)的熱量即為相變焓。
(2)將混合物在塑料粉碎機(jī)中粉碎。
(3)將粉碎后的混合物加入到塑料擠出機(jī)中，設(shè)定料筒加熱溫度分別為90℃，螺桿部分加熱溫度為100℃，口模加熱溫度為90℃，螺桿轉(zhuǎn)速為25-30r/min。
(4)將擠出的熔體經(jīng)水冷卻后烘干。
測(cè)得相變溫度為60.18℃，相變焓為144.4kJ/kg。
(2)將混合物在塑料粉碎機(jī)中粉碎。
(3)將粉碎后的混合物加入到塑料擠出機(jī)中，設(shè)定料筒加熱溫度分別為150℃，螺桿部分加熱溫度為160℃，口模加熱溫度為150℃，螺桿轉(zhuǎn)速為25-30r/min。
(4)將擠出的熔體經(jīng)水冷卻后烘干。
測(cè)得相變溫度為50.72℃，相變焓為79.57kJ/kg。
(2)將混合物在塑料粉碎機(jī)中粉碎。
(3)將粉碎后的混合物加入到塑料擠出機(jī)中，設(shè)定料筒加熱溫度分別為120℃，螺桿部分加熱溫度為130℃，口模加熱溫度為120℃，螺桿轉(zhuǎn)速為25-30r/min。
(4)將擠出的熔體經(jīng)水冷卻后烘干。
測(cè)得相變溫度為60.54℃，相變焓為174.8kJ/kg。
權(quán)利要求
1.一種定形相變材料的制備方法，以相變材料石蠟和支撐材料為原料，其特征在于該方法依次包括以下步驟(1)將10-50wt％支撐材料烯烴類聚合物在煉膠機(jī)中塑煉成片，在室溫-40℃之間逐漸加入石蠟，直至石蠟的含量達(dá)90-50wt％，混煉至均勻，其中烯烴類聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一種；(2)將混合物在塑料粉碎機(jī)中粉碎；(3)將粉碎后的混合物加入到塑料擠出機(jī)中，加熱溫度分別設(shè)定為料筒加熱溫度為90-150℃，螺桿部分加熱溫度為100-160℃，口模加熱溫度為90-150℃，進(jìn)行熔融擠出；(4)將擠出的熔體經(jīng)水冷卻后烘干即為定形相變材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的相變材料石蠟為切片石蠟、半精煉石蠟或全精煉石蠟中任何一種。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的相變材料為熔點(diǎn)在25-70℃之間的石蠟。
全文摘要
一種定形相變材料的制備方法,涉及以石蠟和烯烴類聚合物為原料制備定形相變材料技術(shù)。其特征是首先將10－50wt%烯烴類聚合物在煉膠機(jī)中塑煉成片,在室溫－40℃之間逐漸加入石蠟,直至石蠟的含量達(dá)90－50wt%。將混合物在粉碎機(jī)中粉碎后加入到擠出機(jī)中熔融擠出,擠出的熔體經(jīng)水冷卻后烘干即為定形相變材料。所述烯烴類聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一種,所述石蠟為熔點(diǎn)在25－70℃之間的石蠟。利用本發(fā)明制備的定形相變材料,相變溫度在25－70℃可調(diào),相變焓最大可達(dá)175kJ/kg,無小分子泄漏,無需封裝,可直接使用。本發(fā)明采用聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等多種支撐材料,可適應(yīng)不同用途的要求。
文檔編號(hào)C09K5/00GK1369537SQ02104340
公開日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者楊睿, 張寅平, 秦鵬華, 賈俊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)