本發(fā)明涉及相變材料，特別涉及一種高導(dǎo)熱相變材料。

背景技術(shù)：

相變材料的種類(lèi)很多，可以被利用作相變材料的物質(zhì)有兩萬(wàn)多種，根據(jù)相變材料選取原則，無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物兩大類(lèi)材料在應(yīng)用上均有一定限制。相對(duì)于有機(jī)物，無(wú)機(jī)鹽種類(lèi)雖然繁多，且具有單位體積潛熱大、導(dǎo)熱系數(shù)較高等優(yōu)點(diǎn)，但此類(lèi)材料存在過(guò)冷、相分離、析出、腐蝕、污染、性能退化等問(wèn)題，并且使用壽命有限。有機(jī)物性質(zhì)溫和，無(wú)過(guò)冷、腐蝕等問(wèn)題，價(jià)格低廉，容易獲取，一直是相變材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但是有機(jī)相變材料在應(yīng)用上也有兩大難點(diǎn)，其一，有機(jī)相變材料大多屬于固-液相變材料范疇，材料吸熱后呈液體狀態(tài)，其流動(dòng)性限制其應(yīng)用；其二，有機(jī)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)普遍偏小，一般在0.15～0.3w/(m·k)，影響材料蓄、放熱速度，影響使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高導(dǎo)熱相變材料，其通過(guò)對(duì)材料的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相變材料流動(dòng)性的調(diào)節(jié)，并有效提高了相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)和相變潛熱。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高導(dǎo)熱相變材料，包括以下重量份的材料：

癸酸100重量份；

丙烯-乙烯共聚物20～25重量份；

其中，所述丙烯-乙烯共聚物中，丙烯含量為8～12wt％。

優(yōu)選的是，所述的高導(dǎo)熱相變材料，其中，所述丙烯-乙烯共聚物的數(shù)均分子量為10000～13000g/mol。

優(yōu)選的是，所述的高導(dǎo)熱相變材料，其中，所述丙烯-乙烯共聚物的數(shù)均分子量為11000～12000g/mol。

優(yōu)選的是，所述的高導(dǎo)熱相變材料，其中，還包括6～8重量份的月桂酸。

優(yōu)選的是，所述的高導(dǎo)熱相變材料，其中，還包括6～8重量份的肉豆蔻酸。

優(yōu)選的是，所述的高導(dǎo)熱相變材料，其中，還包括2～3重量份的對(duì)氟甲苯。

優(yōu)選的是，所述的高導(dǎo)熱相變材料，其中，還包括2～3重量份的己酸乙酯。

本發(fā)明的有益效果是：本案以癸酸為相變材料主體，并輔以丙烯-乙烯共聚物作為支撐載體，有效改善了癸酸吸熱融化后的流動(dòng)性；并且，由于丙烯的改性，使得不僅其能夠提供優(yōu)異的支撐作用，還可在一定程度上協(xié)同提高相變材料整體的相變潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)；同時(shí)，通過(guò)月桂酸、肉豆蔻酸、對(duì)氟甲苯和己酸乙酯的引入，在整體上改善了各材料的分散程度，提高了相變材料的相變潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

本案提供一實(shí)施例的高導(dǎo)熱相變材料，包括以下重量份的材料：

癸酸100重量份；

丙烯-乙烯共聚物20～25重量份；

其中，丙烯-乙烯共聚物中，丙烯含量為8～12wt％。

癸酸是一種優(yōu)異的相變材料，它的相變溫度為31.5℃，相變潛熱為158kj/kg，沸點(diǎn)270℃。癸酸在融化后呈液態(tài)，其流動(dòng)性需要改良。目前定形有機(jī)相變材料已有許多成功的研究，這些研究主要是以有機(jī)相變材料和其他不可相變材料混合的方式來(lái)控制材料的流動(dòng)性。制備定形相變材料的過(guò)程實(shí)際上是制備復(fù)合相變材料的過(guò)程，該材料主要由兩種成分組成，一是相變材料，通過(guò)工作物質(zhì)的相變進(jìn)行儲(chǔ)能；另一種是載體基質(zhì)，該成分的作用是控制材料的流動(dòng)性。載體基質(zhì)需易于加工，融化溫度一般要求較高，而且在相變材料的相變范圍內(nèi)性能要穩(wěn)定，在該范圍內(nèi)需保持形狀和材料性能不變，并且要在強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、密封性等方面也有一定要求，最重要的一點(diǎn)是與工作物質(zhì)要有合適的相容性。許多學(xué)者曾應(yīng)用高聚乙烯(hdpe)作為支撐體與各種相變溫度的石蠟混合制成定型相變材料。癸酸與石蠟性質(zhì)相似，因此在現(xiàn)有技術(shù)中也有研究使用高聚乙烯作為支撐體。但從未來(lái)量產(chǎn)的角度去考量，僅將一種添加物作為單一的支撐體來(lái)使用不符合經(jīng)濟(jì)學(xué)規(guī)律，換言之，如果能夠通過(guò)添加一種物質(zhì)，使得其既能起到支撐體作用，就能對(duì)產(chǎn)品本身產(chǎn)生出乎意料的積極改性作用，這樣的產(chǎn)品將更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。在本案中，則是希望可以通過(guò)對(duì)材料配方的突破，來(lái)發(fā)現(xiàn)一種既能作為支撐體又能作為輔助相變蓄熱體或能與相變材料產(chǎn)生協(xié)效作用的添加材料。而這種添加材料正是丙烯-乙烯共聚物。

丙烯的引入可以對(duì)聚乙烯支撐體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度作出一定的貢獻(xiàn)，主要是在高溫下的流動(dòng)性方面作出了重大的改進(jìn)，丙烯可以增加聚乙烯在高溫下的結(jié)構(gòu)剛性，從而能夠減小相變材料在吸熱后的流動(dòng)性，增加相變材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到提高后的最大好處就是相變材料吸放熱的可控性和使用壽命得到明顯提高。但丙烯的改性還不止如此，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，丙烯-乙烯共聚物可以在一定程度上協(xié)同參與癸酸的蓄熱，換言之，丙烯-乙烯共聚物的引入提高了相變材料的相變潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)。但是需要注意的是，在丙烯-乙烯共聚物中，丙烯的含量需要被限定在8～12wt％。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超出該范圍的丙烯含量將導(dǎo)致丙烯-乙烯共聚物對(duì)相變材料整體的支撐作用和協(xié)同蓄熱作用呈非線性狀態(tài)，即丙烯-乙烯共聚物對(duì)相變材料的改性作用變得不可預(yù)測(cè)，而這不利于對(duì)相變材料進(jìn)行可控性利用。丙烯-乙烯共聚物屬于無(wú)規(guī)共聚物，其制備方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，即將丙烯單體和乙烯單體按設(shè)計(jì)比例混勻后，在現(xiàn)有已知的聚乙烯的實(shí)驗(yàn)條件下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩者的無(wú)規(guī)共聚反應(yīng)，而反應(yīng)時(shí)間與分子量的關(guān)系也可完全參考聚乙烯的一般規(guī)律進(jìn)行操作。

在上述實(shí)施例中，所述丙烯-乙烯共聚物的數(shù)均分子量為10000～13000g/mol；其中，丙烯-乙烯共聚物的數(shù)均分子量?jī)?yōu)選為11000～12000g/mol，在該范圍內(nèi)，可使癸酸獲得最佳的支撐效果，分散均勻度最好，測(cè)得的相變潛熱值最穩(wěn)定，表面在該范圍內(nèi)，相變材料的性能最穩(wěn)定，蓄放熱頻次長(zhǎng)久。

在上述實(shí)施例中，相變材料還包括6～8重量份的月桂酸。月桂酸與癸酸的結(jié)合僅是兩種蓄熱材料的簡(jiǎn)單疊加，但通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，月桂酸能與丙烯-乙烯共聚物產(chǎn)生積極的協(xié)效作用，其整體所獲相變潛熱值大于月桂酸與癸酸自身潛熱值的簡(jiǎn)單疊加，由此說(shuō)明，月桂酸的引入得到了意料不到的改進(jìn)效果。

在上述實(shí)施例中，相變材料還包括6～8重量份的肉豆蔻酸。同理，肉豆蔻酸與丙烯-乙烯共聚物亦能產(chǎn)生積極的協(xié)效作用。但無(wú)論是月桂酸還是肉豆蔻酸，它們的添加量都應(yīng)被限制，這是因?yàn)樗鼈兊奶砑邮腔谏鲜鰧?shí)施例的配方整體而言的，在上述配方的框架下，若超出優(yōu)選的添加量，將導(dǎo)致對(duì)相變潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)的提升作用偏離線性，甚至產(chǎn)生負(fù)面影響，變得不可控，這對(duì)于一款相變材料的開(kāi)發(fā)利用是非常忌諱的，因此，從配方的整體性而言，后續(xù)的添加物應(yīng)優(yōu)先服務(wù)于配方整體，即它們的添加量應(yīng)以上述配方整體為基礎(chǔ)而被限定在6～8重量份這一范圍內(nèi)。若超出這一范圍，將導(dǎo)致需要重新對(duì)配方進(jìn)行復(fù)配，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，僅通過(guò)有限次的實(shí)驗(yàn)，還未能配出另一個(gè)符合條件的備用配方。

在上述實(shí)施例中，相變材料還包括2～3重量份的對(duì)氟甲苯。當(dāng)配方中存在癸酸、月桂酸和肉豆蔻酸時(shí)，三者的兼容性不是很理想，此時(shí)需要加入一種協(xié)效劑能夠使三者互容，在與丙烯-乙烯共聚物混合時(shí)，能夠起到混合均勻的效果，使三者互不排斥，以避免相變材料局部差異所導(dǎo)致的蓄熱障礙。三種酸與共聚物混合的條件是在150～160℃下攪拌混勻。與對(duì)氟甲苯結(jié)構(gòu)相近的對(duì)氯甲苯、鄰氟甲苯和甲苯本身對(duì)兼容性的改進(jìn)效果遠(yuǎn)不及對(duì)氟甲苯，這也說(shuō)明了對(duì)氟甲苯在這里的作用絕不僅僅是一種溶劑作用。

在上述實(shí)施例中，相變材料還包括2～3重量份的己酸乙酯。己酸乙酯主要用于增加丙烯-乙烯共聚物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使丙烯-乙烯共聚物在吸熱時(shí)，能兼顧自身的剛性和韌性，提高對(duì)相變材料的夾持力和支撐力，從而能夠滿(mǎn)足相變材料長(zhǎng)久的高頻次的蓄放熱要求。并且，考慮到流動(dòng)性問(wèn)題和對(duì)相變潛熱的影響，己酸乙酯的用量應(yīng)被限制。與己酸乙酯結(jié)構(gòu)相似的乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸甲酯等均無(wú)法實(shí)現(xiàn)己酸乙酯對(duì)相變材料的改進(jìn)效果。

表一列出不同實(shí)施例的相變材料的具體組成及其性能參數(shù)：

表一

表二列出不同對(duì)比例的相變材料的具體組成及其性能參數(shù)：

表二

本案導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定是通過(guò)drh-600導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀測(cè)得，儀器參考標(biāo)準(zhǔn)：gb/t3399-82。相變潛熱采用dsc測(cè)量法獲得。上述的測(cè)試數(shù)值僅供參考，采用不同的儀器、不同的標(biāo)準(zhǔn)和不同的分析軟件可能會(huì)使測(cè)得的數(shù)值產(chǎn)生略微的偏差，但這些數(shù)值所呈現(xiàn)的規(guī)律、總體趨勢(shì)及所反映出的本質(zhì)問(wèn)題應(yīng)該都是與表一、表二相一致的。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出的實(shí)施例。