14可例如由W下材料形成：含碳的纖維狀材料（例如碳纖維、碳納米管等）； 例如滑石、石墨和層狀娃酸鹽的片材；或既可W是微米尺寸又可W是納米尺寸的例如氮化 棚、二氧化娃和炭黑的球狀材料。
[0026] 此處優(yōu)選地，晶核14具有比相變材料12更高的軟化溫度。晶核14的軟化溫度可 例如比相變材料12的烙點高出約50°，從而在熱能儲存裝置中的復(fù)合材料10的常規(guī)的預(yù) 定使用溫度范圍內(nèi)晶核14不會烙化并由此不僅機械地保持穩(wěn)定而且還在幾何形狀上保持 穩(wěn)定，并且表現(xiàn)出相對于相變材料12的惰性。
[0027] 晶核12優(yōu)選還具有比相變材料12更高的熱導(dǎo)率。由此可實現(xiàn)整個復(fù)合材料10 的有效熱導(dǎo)率的提高。如此處所示的晶核14基本上均勻分布在復(fù)合材料10內(nèi)或在用作基 體材料的相變材料12內(nèi)。在晶核14運樣的均勻分布的情況下，通常導(dǎo)致復(fù)合材料10的各 向同性的導(dǎo)熱性能。
[002引根據(jù)邊界條件，晶核14還可W與此處示出的示意圖相對地在復(fù)合材料10內(nèi)非均 勻地布置。例如，晶核14的數(shù)量可W由外部邊緣區(qū)域（其通過虛線16示意性地與復(fù)合材 料10的內(nèi)部區(qū)域隔開）向內(nèi)減少。換言之，還可W在復(fù)合材料10的外部區(qū)域中W比其在 該復(fù)合材料10的內(nèi)部區(qū)域中的濃度更高的濃度布置晶核14。由此，可相應(yīng)地調(diào)節(jié)復(fù)合材料 10的吸熱和散熱性能。
[0029] 根據(jù)邊界條件，在復(fù)合材料10內(nèi)通過晶核14的相應(yīng)布置可W于該復(fù)合材料10內(nèi) 形成相應(yīng)的預(yù)定熱傳導(dǎo)路徑。例如，可W在水平方向X上、垂直方向y上或W正交于由水平 方向X和垂直方向y所跨越的平面的方式，設(shè)置用于在復(fù)合材料10內(nèi)的熱傳導(dǎo)的優(yōu)選方 向。換言之，在所述情況下復(fù)合材料10至少在一個方向上具有比其余的復(fù)合材料10更高 的熱導(dǎo)率。
[0030] 由于相變材料12在超過其烙點的情況下具有至少千帕斯卡秒、優(yōu)選兆帕斯卡秒 的零剪切粘度，因而可W在由固態(tài)向液態(tài)的相變之后確保晶核14在復(fù)合材料10內(nèi)基本上 保持在其預(yù)定的位置上。換言之，由于相變材料12的相應(yīng)的高粘度，在高于其烙點的情況 下也防止了晶核14的沉降和起浮。由于晶核14的周期穩(wěn)定性的空間布置，相變材料12具 有經(jīng)由多個熱循環(huán)也可重復(fù)的結(jié)晶性能。
[0031] 在圖2的示意性的側(cè)視圖中示出了擠出機18,借助于該擠出機來制備復(fù)合材料 10。當(dāng)前，W圓圈示意性表示W(wǎng)粉末狀的形式被輸入擠出機18的相變材料12。晶核14和 熱塑性的相變材料12W粉末的狀態(tài)被輸入料斗20中。在料斗20中使晶核14和相變材料 12彼此混合成混合物22。此時，運樣來進(jìn)行晶核14和熱塑性的相變材料12的混合或充分 混合，W使晶核14盡可能均勻地分布在相變材料12內(nèi)。
[0032] 通過料斗20將混合物22輸送至擠出機18的螺桿24,其中螺桿24被導(dǎo)入擠出機 18的料筒26內(nèi)。在運種情況下，料筒26可在其長度上一方面被加熱或另一方面被冷卻，W 便于能夠按需要來操作混合物22的擠出。
[0033] 此處所示的用于制備復(fù)合材料10的擠出工藝特別適合于W下情況，即一方面應(yīng) 希望晶核14在相變材料12內(nèi)特別均勻的布置，W及另一方面相變材料12的粘度不應(yīng)過 高，特別是在1000至10000帕斯卡秒的范圍內(nèi)。
[0034] 如果為制備復(fù)合材料10所使用的相變材料12具有相對高的粘度，特別是在超過 10000帕斯卡秒的范圍，那么就提供壓制工藝、特別是熱壓工藝來代替擠出工藝。
[0035] 在運種情況下，也是先將相變材料12和晶核14W粉末的形式15彼此混合成混合 物22,隨后為制備復(fù)合材料而提供合適的壓制。為了在復(fù)合材料10內(nèi)形成分別具有不同濃 度或不同量的晶核14的不同的區(qū)域，可將不同的混合物22分別制備并且例如在熱壓工具 內(nèi)通過對應(yīng)的分層來布置或堆疊。
[0036] 為了制備混合物22,可替代的是，在與晶核14混合前先將相變材料12與溶劑、特 別是有機溶劑（例如Wl，2,4-S氯苯的形式、在135°C的溫度下）混合。隨后，進(jìn)行相變材 料12和晶核14的混合，其中在混合后將所述溶劑再次從所形成的混合物22中去除。混合 物22可再次任選地被輸送至所示出的擠出工藝或前述壓制或熱壓工藝。在用于制備復(fù)合 材料10的壓制工藝的情況中，可W在壓制過程期間對混合物22抽真空，直至復(fù)合材料10 具有預(yù)定的孔隙率。換言之，可例如在壓制工具內(nèi)進(jìn)行抽真空，W將多余的或不期望的空氣 從復(fù)合材料中除去。
【主權(quán)項】
1. 一種用于熱能儲存裝置的復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有熱塑性的相變材料（12)，該相 變材料中以預(yù)定的空間分布嵌入晶核（14)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合材料（10)，其特征在于，相變材料（12)是超高分子量的聚乙 稀。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料（10)，其特征在于，相變材料（12)在低于其熔點的 情況下具有至少千帕斯卡秒，優(yōu)選兆帕斯卡秒的零剪切粘度。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合材料（10)，其特征在于，晶核（14)具有比相變材料 (12)更高的軟化溫度，特別是比相變材料（12)高至少50°C的軟化溫度。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合材料（10)，其特征在于，晶核（14)具有比相變材料 (12)更高的熱導(dǎo)率。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合材料（10)，其特征在于，晶核（14)是由碳所形成的纖 維材料，由滑石、石墨或?qū)訝罟杷猁}所形成的片材，和/或微米尺寸和/或納米尺寸的由氮 化硼、二氧化硅或炭黑所形成的球狀材料。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的復(fù)合材料（10)，其特征在于，借助于晶核（14)在復(fù)合材料 (10)內(nèi)形成至少一個預(yù)定的熱傳導(dǎo)路徑，該復(fù)合材料（10)至少在一個方向上具有比剩余 的復(fù)合材料（10)更高的熱導(dǎo)率。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的復(fù)合材料（10)，其特征在于，晶核（14)基本均勻地分布 在復(fù)合材料（10)內(nèi)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的復(fù)合材料（10)，其特征在于，晶核（14)的數(shù)量從復(fù)合材 料（10)的外部邊緣區(qū)域向該復(fù)合材料（10)的內(nèi)部區(qū)域減少。10. 制備用于熱能儲存裝置的復(fù)合材料（10)的方法，其中將熱塑性的相變材料（12)與 晶核（14)混合成混合物（22)，隨后由所述混合物（22)形成復(fù)合材料（10)。11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，將晶核（14)和熱塑性的相變材料（12)以粉 末狀態(tài)彼此混合。12. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，在與晶核（14)混合之前將相變材料（12)與 溶劑，特別是與有機溶劑混合，并且在將相變材料（12)與晶核（14)混合之后從混合物（22) 中去除出所述溶劑。13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12之一的方法，其特征在于，將混合物（22)擠出或壓制成復(fù)合 材料（10)，特別是熱壓成復(fù)合材料（10)。14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，在壓制、特別是熱壓混合物（22)的情況中， 在所述壓制、特別是熱壓的過程中對混合物（22)抽真空直至復(fù)合材料（10)具有預(yù)定的孔 隙率。
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于熱能儲存裝置的復(fù)合材料(10)，其具有熱塑性的相變材料(12)，該相變材料(12)中以預(yù)定的空間分布嵌入晶核(14)。本發(fā)明還涉及制備用于熱能儲存裝置的復(fù)合材料(10)的方法。
【IPC分類】C09K5/06
【公開號】CN105189693
【申請?zhí)枴緾N201480016487
【發(fā)明人】J.謝弗, C.塞德爾, C.特里貝爾
【申請人】西門子公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年2月19日
【公告號】DE102013204690A1, EP2956519A1, WO2014146844A1