本發(fā)明屬于蓄熱材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中低溫兩梯度相變蓄熱材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

我國工業(yè)余熱資源豐富，主要包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱等，余熱資源約占其燃料消耗總量的17％～67％，其中可回收率達60％，余熱利用率提升空間大，節(jié)能潛力巨大。但是，熱能在利用中都存在時間的間斷性、空間的差異性和強度的不穩(wěn)定性等缺點，這極大的限制了其大規(guī)?；瘧?yīng)用。蓄熱技術(shù)利用相變蓄熱材料內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化，能對熱能進行收集、存儲與釋放，進而實現(xiàn)對熱能供求關(guān)系的合理調(diào)控，達到能量高效合理利用的目的。

相變蓄熱材料一般具有可逆性好、儲能密度高、可操作性強等特點。相變蓄熱材料利用物質(zhì)在相變過程中吸熱放熱進行儲存釋放潛熱，按其使用相變溫度劃分為高溫(高于450℃)、中溫(100～450℃)、低溫(0～100℃)和超低溫(低于0℃)等四類，按其化學(xué)組成主要分為有機相變蓄熱材料和無機相變蓄熱材料。有機相變蓄熱材料主要有石蠟、醋酸、己二酸等有機物，有機相變蓄熱材料性能較穩(wěn)定，幾乎無過冷和相分離問題，主要缺點是相變潛熱低，物質(zhì)密度較小，由此造成了有機相變蓄熱材料單位體積蓄熱量較小，另外有機相變蓄熱材料導(dǎo)熱系數(shù)低。無機相變蓄熱材料主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等，無機相變蓄熱材料具有較高的單位體積蓄熱量和良好的導(dǎo)熱性，其缺點是易產(chǎn)生過冷和相分離。

目前許多研究者基于有機相變蓄熱材料的熱性能及無機相變蓄熱材料的過冷、相分離問題進行了一系列的研究。研究表明，在低溫應(yīng)用領(lǐng)域(低于100℃)，具有較高顯熱容和低廉價格的水是最優(yōu)的蓄熱介質(zhì)，而在中高溫領(lǐng)域，特別是中溫(80～250℃)的蓄熱材料的研究相對較少，熱利用技術(shù)相對薄弱，缺乏系統(tǒng)的研究。中國專利CN103834366A公開了一種工業(yè)中溫用相變蓄熱材料及其制備方法，蓄熱材料由己二酸、鍍銅碳納米管及粘結(jié)劑組成，碳納米管需要經(jīng)過400℃高溫處理、超聲波處理、表面鍍銅處理等一些列的處理措施，工藝過程復(fù)雜。中國專利CN104559936A公開了一種中溫用相變蓄熱材料及其制備方法，蓄熱材料由己二酸、稀土氧化物、石墨烯以及粘結(jié)劑組成，制備的己二酸蓄熱材料生產(chǎn)成本較高。因此，很有必要開發(fā)一種完全適合工業(yè)余熱需求的蓄熱量高、過冷度低、導(dǎo)熱性能好、熱穩(wěn)定性好、工藝簡單、低成本的中低溫兩梯度相變蓄熱材料及其制備方法，具有重要的實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，提供一種蓄熱量高、過冷度低、導(dǎo)熱性能好、熱穩(wěn)定性好、工藝簡單、低成本的中低溫兩梯度相變蓄熱材料及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種兩梯度相變蓄熱材料，由以下質(zhì)量含量的材料組分組成：對甲氧基苯酚38～42％，鄰苯三酚45～48％，納米級二氧化硅4～6％，納米級石墨粉3～5％，脂肪酸聚氧乙烯酯2％，對苯二酚2％。

一種兩梯度相變蓄熱材料的制備方法，其步驟如下：

(1)將制備兩梯度相變蓄熱材料的原材料按照質(zhì)量比稱量，原材料各組分的質(zhì)量配比為：對甲氧基苯酚38～42％，鄰苯三酚45～48％，納米級二氧化硅4～6％，納米級石墨粉3～5％，脂肪酸聚氧乙烯酯2％，對苯二酚2％，其中，對甲氧基苯酚、鄰苯三酚100目過篩備用。

(2)將對甲氧基苯酚按配比放入混料釜中，混料釜升溫至60～70℃，攪拌1小時，使對甲氧基苯酚處于完全熔融狀態(tài)。

(3)按配比向混料釜中依次加入脂肪酸聚氧乙烯酯與對苯二酚，邊攪拌邊升溫。

(4)釜升溫至150～160℃時，將鄰苯三酚按配比加入混料釜中，攪拌2小時，使鄰苯三酚處于完全熔融狀態(tài)以及對甲氧基苯酚、鄰苯三酚混合均勻。

(5)在攪拌狀態(tài)下，按配比向混料釜中依次加入納米級二氧化硅、納米級石墨粉，在150～160℃溫度下熔融吸附3小時。

(6)冷卻造粒成型，即得到所述兩梯度相變蓄熱材料。

本發(fā)明的原理在于：相變材料對甲氧基苯酚和鄰苯三酚分別為低溫相變材料和中溫相變材料，二者相變潛熱高、熱性能優(yōu)異，二者組合使用，一方面可以實現(xiàn)工業(yè)余熱的梯級利用，降低對熱源的要求，滿足不同用戶需求，另一方面，中溫相變材料鄰苯三酚蓄熱、放熱時，低溫相變材料對甲氧基苯酚為熔融狀態(tài)，可提高中溫相變材料鄰苯三酚的導(dǎo)熱能力，大大縮短中溫相變材料鄰苯三酚的蓄熱、放熱時間。納米級二氧化硅具有較強的蓄熱能力、導(dǎo)熱性能和吸附性能，納米級石墨粉具有較強的導(dǎo)熱性能和吸附性能，納米級二氧化硅和納米級石墨粉在提高相變材料對甲氧基苯酚和鄰苯三酚蓄熱能力的同時，增強了相變材料對甲氧基苯酚和鄰苯三酚的導(dǎo)熱性能及熱穩(wěn)定性，提高了相變材料的使用壽命。脂肪酸聚氧乙烯酯非離子表面活性劑可使相變材料對甲氧基苯酚、鄰苯三酚與納米級二氧化硅、納米級石墨粉充分混合，避免相分離現(xiàn)象的發(fā)生，同時對苯二酚提高體系穩(wěn)定性。

本發(fā)明的積極效果是：

(1)本發(fā)明以對甲氧基苯酚、鄰苯三酚、納米級二氧化硅、納米級石墨粉、脂肪酸聚氧乙烯酯非離子表面活性劑、對苯二酚為原料，通過簡單工藝制備出兩梯度相變蓄熱材料，生產(chǎn)周期短。

(2)本發(fā)明制備的兩梯度相變蓄熱材料為兩級相變材料，可實現(xiàn)工業(yè)余熱的梯級利用。同時該蓄熱材料，對熱源的要求低，可滿足用戶對蒸汽和熱水的需求。中溫相變材料鄰苯三酚蓄熱、放熱時，低溫相變材料對甲氧基苯酚為熔融狀態(tài)，可提高中溫相變材料鄰苯三酚的導(dǎo)熱能力，大大縮短中溫相變材料鄰苯三酚的蓄熱、放熱時間。

(3)本發(fā)明制備的兩梯度相變蓄熱材料中摻入納米級二氧化硅和納米級石墨粉，可增強相變材料的蓄熱能力、導(dǎo)熱性能和吸附性能，提高相變材料的使用壽命。

(4)摻入脂肪酸聚氧乙烯酯非離子表面活性劑與對苯二酚，可使相變材料對甲氧基苯酚、鄰苯三酚與納米級二氧化硅、納米級石墨粉充分混合，避免相分離現(xiàn)象的發(fā)生，增強體系穩(wěn)定性。

總之，本發(fā)明制備的兩梯度相變蓄熱材料具有蓄熱量高、過冷度低、導(dǎo)熱性能好、熱穩(wěn)定性好、工藝簡單、低成本等優(yōu)點，可實現(xiàn)工業(yè)余熱的梯級利用，滿足用戶對蒸汽和熱水的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種兩梯度相變蓄熱材料制備方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明一種兩梯度相變蓄熱材料蓄熱時間與體系溫度變化圖。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。

實施例1

兩梯度相變蓄熱材料的原材料組分及質(zhì)量比為：對甲氧基苯酚38％，鄰苯三酚48％，納米級二氧化硅6％，納米級石墨粉4％，脂肪酸聚氧乙烯酯非離子表面活性劑2％，對苯二酚2％。

制備時按圖1所示，先將100目過篩的對甲氧基苯酚加入混料釜，加熱至60～70℃，攪拌1小時，使對甲氧基苯酚完全熔融，然后依次加入脂肪酸聚氧乙烯酯、對苯二酚。繼續(xù)攪拌升溫至150～160℃，將100目過篩的鄰苯三酚加入混料釜，攪拌2小時，使鄰苯三酚完全熔融并與對甲氧基苯酚混合均勻，然后依次加入納米級二氧化硅、納米級石墨粉，在150～160℃溫度下熔融吸附3小時。生成的相變材料送入造粒機，即得到所述中低溫兩梯度相變蓄熱材料。

經(jīng)測試，本實施例所制備的中低溫兩梯度相變蓄熱材料兩次相變的溫度分別為54.3℃、133.5℃，熱導(dǎo)率為2.46W/(m·K)，過冷度為0.8℃。以一定的升溫速率從室溫升溫至180攝氏度，保溫5min，然后冷卻至室溫，經(jīng)過這樣的500次蓄熱、放熱循環(huán)后，質(zhì)量損失率小于1％。

實施例2

兩梯度相變蓄熱材料的原材料組分及質(zhì)量比為：對甲氧基苯酚40％，鄰苯三酚46％，納米級二氧化硅5％，納米級石墨粉5％，脂肪酸聚氧乙烯酯非離子表面活性劑2％，對苯二酚2％。

制備時按圖1所示，先將100目過篩的對甲氧基苯酚加入混料釜，加熱至60～70℃，攪拌1小時，使對甲氧基苯酚完全熔融，然后依次加入脂肪酸聚氧乙烯酯、對苯二酚。繼續(xù)攪拌升溫至150～160℃，將100目過篩的鄰苯三酚加入混料釜，攪拌2小時，使鄰苯三酚完全熔融并與對甲氧基苯酚混合均勻，然后依次加入納米級二氧化硅、納米級石墨粉，在150～160℃溫度下熔融吸附3小時。生成的相變材料送入造粒機，即得到所述中低溫兩梯度相變蓄熱材料。

經(jīng)測試，本實施例所制備的兩梯度相變蓄熱材料兩次相變的溫度分別為54.2℃、133.4℃，熱導(dǎo)率為2.38W/(m·K)，過冷度為0.8℃。以一定的升溫速率從室溫升溫至180攝氏度，保溫5min，然后冷卻至室溫，經(jīng)過這樣的500次蓄熱、放熱循環(huán)后，質(zhì)量損失率小于1％。

實施例3

兩梯度相變蓄熱材料的原材料組分及質(zhì)量比為：對甲氧基苯酚42％，鄰苯三酚45％，納米級二氧化硅4％，納米級石墨粉5％，脂肪酸聚氧乙烯酯非離子表面活性劑2％，對苯二酚2％。

制備時按圖1所示，先將100目過篩的對甲氧基苯酚加入混料釜，加熱至60～70℃，攪拌1小時，使對甲氧基苯酚完全熔融，然后依次加入脂肪酸聚氧乙烯酯、對苯二酚。繼續(xù)攪拌升溫至150～160℃，將100目過篩的鄰苯三酚加入混料釜，攪拌2小時，使鄰苯三酚完全熔融并與對甲氧基苯酚混合均勻，然后依次加入納米級二氧化硅、納米級石墨粉，在150～160℃溫度下熔融吸附3小時。生成的相變材料送入造粒機，即得到所述中低溫兩梯度相變蓄熱材料。

經(jīng)測試，本實施例所制備的兩梯度相變蓄熱材料兩次相變的溫度分別為54℃、133.4℃，熱導(dǎo)率為2.35W/(m·K)，過冷度為0.7℃。以一定的升溫速率從室溫升溫至180攝氏度，保溫5min，然后冷卻至室溫，經(jīng)過這樣的500次蓄熱、放熱循環(huán)后，質(zhì)量損失率小于1％。