定形相变材料的研制及热性能分析(1)

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1、定形相变材料的研制及热性能分析(1)摘要本工作研制了一组定形相变材料，这们分别采用不同的支撑材料，有聚乙烯、聚丙烯、橡胶等，所用芯材石蜡熔点也不同，分析了复合材料的均匀性，对定形相变材料中石虹的掺混比进行了讨论，并采用电子扫描显微镜、dsc差示扫描量热仪等仪器对其理化结构及热性能进行了分析。该类材料的研制成功有望成为电蓄热地板采暖用的关键材料，为开发具有中国特色的环保采暖方式提供帮助。　　关键词定形相变材料贮能石蜡1引言　　　　利用相变材料的相转变潜热或蓄冷，温度变化小、蓄能密度大，在太阳能利用、工业余热和废热回收及建筑采暖和空调节能等领域有着广阔应

2、用前景[1]。传统的固液相变贮能材料在实际应用中，都需用容器封装，增加了传热时相变材料与外部传热介质间的热阻，降低了传热效率，且增加了封装成本。定形相变材料是由相变材料和高分子支撑和封装材料组成的复合贮能材料，由于高分子囊材的微封装和支撑作用，作为芯材的相变材料发生固液相变时不会流出，且整个复合材料即使在芯材熔化后也能保持原来的形状不变并且有一定的强度。该类材料有以下优点：无需封装，不泄漏，从而减小了封装成本和难度，并减小了相变材料和传热流体间热阻。该类材料在建筑暖通空调领域及建筑材料领域有着较为广阔的应用前景。　　inaba教授[2]较早研究了高密

3、度聚乙烯和熔点54℃的石蜡体系混成的定形相变材料的热物理性质，石蜡掺混比例为74in。对一些材料的微观结构用扫描电子显微镜进行了研究分析。　　3结果分析　　　　3．1dsc分析结果　　3.1.1不同支撑材料与48#切片石蜡的实验　　　　用切片石蜡和不同类型低压聚乙烯和聚丙烯进行了实验，石蜡所占的质量百分比相同，可以从图1看出有些hdpe组成的材料潜热值偏低，一方面由于材料本身造成的，材料各处潜热测量值有差异，另一方面则是由于材料和工艺的适应性不好。研制定形相变材料时，针对不同的材料，要相应的调整制备工艺。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

4、　　　　图1不同支撑材料与48#石蜡组成材料的潜热测量值相变潜热值（kj/kg）103.197.37101.5111.23.1.3材料均匀性　　我们分别在两个定形相变材料试样（组成材料一样，石蜡所占百分比不同）的4个不同部位分别取样进行dsc分析，得结果见图2，从图中我们可以看出同一试样不同部位相变潜热值差别不大，差别在10%以内，说明定形相变材料中石蜡分布较均匀。　　3．1．4潜热测定及石蜡掺混比临界值讨论　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2试样不同部位潜热值测试结果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

5、　　　　　　　　　　　　　　　图360#石蜡dsc测试曲线　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4定形相变材料（石蜡占70wt%）dsc测试曲线　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5定形相变材料（石蜡占90%）dsc曲线　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6不同比例石蜡的定形相变材料的潜热测试值　　　　从60#石蜡dsc测试曲线（图3）可以看出，60#石蜡有两个相变峰，每个相变峰出现在40℃附近，较小，第二个相变峰出现在60℃，较大。从定形相变材料的ds

6、c曲线（图4，5）中同样可以看到这两个相变峰，聚乙烯熔融的峰出现在120℃附近。可以看到两者的温度差约为60℃，能够保证在定形相变材料中石蜡发生相转变由固态变成液态时，聚乙烯能支撑结构使得材料形态不变。由dsc测得的相变热和用石蜡所占百分比概算得的结果差别不大。图6为含不同比例的石蜡的定形相变材料的潜热，石蜡含量在70%～90%之间，材料的相变热在130～175kj/kg，可以看出潜热值随石蜡所占比例增加近似线性增加。为了实现支撑材料的对整体结构的支撑作用，支撑材料在定形相变材料中所占比例应有一个下限，即石蜡所占比例有一个上限，在制备定形相变材料时，

7、石蜡比例达到90%时，定形相变材料有一些渗出现象，所以石蜡在定形相变材料所占质量百分比的不宜大于90%。