[發明專利]一種可以增強蓄換熱效率的定型相變材料及制備方法

無效

• 申請號: 201210544805.3
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN102977860A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 呂石磊;孔祥飛;黃璟瑜;蔡哲;衛莎莎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發明涉及一種定型相變材料，屬于定形相變蓄能材料領域。

背景技術

隨著中國現代化建設的加速和城鎮化發展的加快，中國建筑面積以每年20億平方米左右的速度急劇的增長，約相當于全世界每年新建建筑的40%，而且這一進程還要持續25-30年。伴隨著經濟的增長，人們對生活舒適水平的要求也越來越高，尤其是建筑室內居住環境的熱舒適程度；對熱舒適程度要求的提高必然會導致空間制冷和供暖負荷的增長。綜合這兩方面原因，建筑面積數量上的增長和對空間熱舒適要求的提高會導致我國建筑能耗的急劇攀升，因此，建筑節能勢在必行。在諸多節能手段當中，相變儲能技術既可以將室內溫度維持在舒適程度范圍之內，也可以達到建筑節能的目的，因此，相變蓄能材料在建筑中應用有著光明的前景。當周圍空氣溫度達到相態變化點時，相變材料通過其自身的物理相態的變化，利用潛熱吸收環境的熱量或釋放所吸收的熱量到環境中。應用到建筑中，相變材料達到相變溫度時，吸收室內過剩的熱量或冷量，然后在需要時再釋放到室內環境中去，通過反復的循環，將建筑室內溫度維持接接近恒定的范圍內，進而降低空調或供暖耗能，達到既舒適又節能的目的。

相變材料的相態變化分為四種：固-固相變、固-液相變、固-氣相變和液-氣相變。而固-氣相變和液-氣相變因為氣態的體積膨脹力太大易于造成封裝材料或建筑材料被破壞；固-固相變因為一般造價較高且當高于相變溫度時性質不穩定而適用度較低；因為價格低廉而且易于得到，固-液相變材料在相變材料建筑中得到了廣泛的應用。但固-液相變材料的液相的易流動性和易滲透性是其建筑應用的難點和局限性。因此，前人學者做了很多研究工作用來克服這一瓶頸，主要有兩種方法：微膠囊包覆、定型材料支撐包覆。微膠囊包覆技術利用聚合物外殼將相變材料包裹在內，使相變循環在聚合物腔體內進行，然后將內載有相變材料的微膠囊粉末加入到建筑材料中。此種技術因為其工藝較復雜、膠囊壁材造價高且一旦囊壁被破壞將造成相變材料的泄露。依托定型材料支撐包覆技術的定型相變材料一般由相變材料和定型支撐材料復合制成，由于定型材料的支撐和包覆的作用，相變材料不發生宏觀意義上的液體流動，無論相變與否材料整體都保持固體的狀態，不需要外在容器包裹，因此，整個材料的成本較低，易于推廣。從上世紀90年代開始，廣大國內外學者對定型相變材料做了很多深入的研究工作。

Inaba制作了一種定型相變材料：質量分數占74%的石蠟為相變材料和26%的HDPE（高密度聚乙烯）為支撐包覆材料，并且確定了此種定型相變材料的導熱系數、潛熱、熱容和密度。葉宏和葛新石研究了一系列的聚乙烯-石蠟的混合物，從其中選出了6種不同熔點和HDPE作為支撐材料，以期獲得定型相變材料具有高強度同時HDPE含量較少。Sari等研究了兩種石蠟/HDPE定型相變材料的熱物性，相變材料的最大含量高達77%，并且因為加入了3%的膨脹石墨，兩種定型相變材料的導熱性能分別提高了14%和24%。張寅平等人制備了以石蠟為相變材料，以HDPE、SBS等作定型支撐材料的定形相變材料，并且利用定形相變材料制成了電加熱蓄熱地板系統。閆全英等人通過將兩種型號的石蠟與HDPE以不同的比例混合制成定形相變材料。孟多和王立久以甲基丙烯酸甲酯為定型支撐原料，以脂肪酸及其低共熔物為相變蓄熱介質，采用本體聚合法制備了定形相變材料。

目前，在定型相變材料領域中，相變蓄能介質主要為石蠟、脂肪酸及其低共熔混合物，而支撐包覆材料主要為HDPE，少量采用SBS（(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物）和膨脹石墨等。但是目前的技術或手段也存在著一些問題。

（1）目前市場上可以買到的石蠟，其熔點高不適用于建筑中應用，如52#，54#，56#，58#石蠟，熔點范圍從52℃至58℃不適用于建筑物應用；而純烷烴雖然有熔點范圍比較合適的種類，如正十八烷熔點為28℃，但其造價頗高；脂肪酸類的低共熔混合物雖然可配得比較合適的熔點且成本較低，但是純脂肪酸類帶有刺激性氣味，因此也制約了其在建筑中的應用。

（2）支撐包覆材料HDPE可形成三維網絡結構將液態相變材料牢牢禁錮在結構中，有著硬度大的優點，但是也有著韌性差、熔融流動性較差而造成加工困難等缺點。

（3）高分子支撐包覆材料和相變材料的導熱性能都比較差，這會造成定型相變材料的蓄放熱速率較低，進而導致吸放熱不充分、調節室內溫度不及時、相變材料的浪費等問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種可以增強蓄換熱效率的定型相變材料。

本發明的技術方案概述如下：