專利名稱：一種高分子固-固相變儲(chǔ)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(chǔ)能材料， 本發(fā)明還涉及該相變儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)是利用相 變材料的相變潛熱進(jìn)行能量貯存(蓄冷、蓄熱)的一項(xiàng)新型環(huán)保節(jié)能技術(shù)， 可解決能源供求在時(shí)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(chǔ)能技術(shù)的同時(shí)，紛紛投 入巨資開發(fā)新的儲(chǔ)能技術(shù)和儲(chǔ)能材料，以期不斷提高其技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性和
可靠性，使相變儲(chǔ)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(diǎn)。相變儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。利用相變儲(chǔ)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(shí)由于其相變時(shí)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(chǔ)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(chǔ)熱劑、相變點(diǎn)調(diào)整劑、防過冷劑、 防相分離劑和相變促進(jìn)劑等。相變儲(chǔ)能材料，按照相變形式，主要分為固一 固相變儲(chǔ)能材料和固一液相變儲(chǔ)能材料；按照相變溫度范圍分為高溫儲(chǔ)能材—料、中溫儲(chǔ)能材料和低溫儲(chǔ)能材料；按照成分大致可分為無機(jī)物儲(chǔ)能材料和 有機(jī)物(包括高分子)儲(chǔ)能材料。
目前常用的相變儲(chǔ)能材料主要包括無機(jī)物相變儲(chǔ)能材料和有機(jī)物相變 儲(chǔ)能材料兩大類。絕大多數(shù)無機(jī)物相變儲(chǔ)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(diǎn)，影響了儲(chǔ)能能力。有機(jī)物相變儲(chǔ)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(jià)格便宜。但是有 機(jī)物相變^l能材料普遍存在儲(chǔ)能密度和導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點(diǎn)，致使其應(yīng)用于儲(chǔ) '能系統(tǒng)時(shí)，存在傳熱性能差、.儲(chǔ)能利用率低的缺陷，降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)的效能。 因此，研制儲(chǔ)能密度大、性能穩(wěn)定的高分子復(fù)合相變儲(chǔ)能材料成為該研究領(lǐng) 域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)?？梢灶A(yù)見，高分子相變儲(chǔ)能材料和技術(shù)將作為一個(gè)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)。但單純共混法制得的 相變儲(chǔ)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(huì)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(chǔ)能材料，儲(chǔ)能密度和導(dǎo)熱 系數(shù)高，將其應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)中，具有較好的傳熱性能，提高儲(chǔ)能利用率， 能夠提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效能。
本發(fā)明的另一目的是提供上述相變儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能材料的制備方法，按以
下步驟進(jìn)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(jī)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(jī)中造粒，每次重復(fù) 造粒期間造粒的溫度與步驟2造粒時(shí)的溫度一致，即制得高分子固-固相變 儲(chǔ)能材料。
本發(fā)明相變儲(chǔ)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(shí)的形狀，具有相變焓值高、儲(chǔ)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(diǎn)，克服了有機(jī)物固-液相變貯能材料單獨(dú)使用時(shí)的缺點(diǎn)。在太陽能儲(chǔ)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(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明相變儲(chǔ)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(chǔ)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?dú)獗Ｗo(hù)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)，且制得的相比 儲(chǔ)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(huì)產(chǎn)生分
離。該制備方法具體按以下步驟進(jìn)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(jī)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(jī)中造 粒，每次重復(fù)造粒期間造粒的溫度與步驟2造粒時(shí)的溫度一致，制得高分子 固-固相變儲(chǔ)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(jī)擠 -出造粒，制得固-固相變儲(chǔ)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(jī)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(jī)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(chǔ)能材料。 實(shí)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(jī)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(jī)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(chǔ)能材料。 實(shí)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(jī)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(jī)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(chǔ)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(jī)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(jī)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(chǔ)能材料。經(jīng)測定，該 相變儲(chǔ)能材料的相變溫度為135.9°C，相變焓216kJ/kg。 實(shí)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(jī)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(jī)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(chǔ)能材料。經(jīng)測定， 該相變儲(chǔ)能材料的相變溫度為134.3°C，相變焓209kJ/kg。
實(shí)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(jī)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(jī)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(chǔ)能材料。經(jīng)測定，該 相變儲(chǔ)能材料的相變溫度為136.1°C，相變焓175kJ/kg。 實(shí)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(jī)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(jī)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(chǔ)能材料。經(jīng)測定，該相變儲(chǔ)能 材料的相變溫度為56°C，相變焓131kJ/kg。 實(shí)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(jī)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(jī)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(chǔ)能材料。經(jīng)測定，該相變儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(diǎn)，在太陽能儲(chǔ)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(jì)、簡便、實(shí)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(chǔ)能材料，其特征在于，該相變儲(chǔ)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(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于，該方法按以下步驟進(jìn)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(jī)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(jī)中造粒，每次重復(fù) 造粒期間造粒的溫度與步驟'2造粒時(shí)的溫度一致，即制得高分子固-固相變 儲(chǔ)能材料。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種高分子固-固相變儲(chǔ)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(jī)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(jī)中造粒，即制得本發(fā)明的高分子固-固相變儲(chǔ)能材料。本發(fā)明相變儲(chǔ)能材料相變焓值高、儲(chǔ)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(chǔ)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