[發(fā)明專利]一種石蠟-石墨泡沫復(fù)合定形相變材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310044235.6
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103131395A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳良杰;鄒如強(qiáng);劉振濮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;H01B1/04
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種以石蠟為儲能材料，高密度聚乙烯（HDPE）和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）為封裝劑，石墨泡沫為封裝定形骨架，具有優(yōu)良導(dǎo)熱率、吸光和導(dǎo)電性質(zhì)的復(fù)合定形相變材料及其制備方法。

背景技術(shù)

相變材料作為一種清潔高效的熱能儲存材料受到廣泛關(guān)注，其在太陽能利用、建筑節(jié)能、電力調(diào)峰等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。石蠟類相變材料由于可調(diào)的相變溫度、較大的相變潛熱、無過冷和相分離、循環(huán)性能好、成本低和儲量豐富等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，但是石蠟熔化后的封裝問題和石蠟低的熱導(dǎo)率限制了石蠟的進(jìn)一步使用。

目前，利用高分子熔融混合封裝相變材料的技術(shù)因其封裝效果好而受到關(guān)注。Inaba等(Heat?and?transfer,1997,32,307)是該項(xiàng)封裝技術(shù)的先驅(qū)，開始研究了高密度聚乙烯混合封裝熔點(diǎn)為54℃的石蠟，并詳細(xì)研究了其熱物理性質(zhì)，其中石蠟的含量為74%。夏定國等人在專利CN1635044A中，更進(jìn)一步的發(fā)展了該項(xiàng)封裝技術(shù)，使用高密度聚乙烯和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）封裝石蠟，同時(shí)向其中加入膨脹石墨，利用膨脹石墨的多孔結(jié)構(gòu)提高封裝效果并且利用膨脹石墨的高熱導(dǎo)率增強(qiáng)復(fù)合定形相變材料的導(dǎo)熱性能。但是由于膨脹石墨在復(fù)合定形相變材料中是不連續(xù)存在的，因此復(fù)合定形相變材料整體是不具備導(dǎo)電性質(zhì)的，這也減弱了復(fù)合定形相變材料在電力調(diào)峰中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種石蠟-石墨泡沫復(fù)合定形相變材料及其制備方法，不需要容器封裝，并同時(shí)具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、吸光性能和導(dǎo)電性能，可以將太陽能和電能高效的轉(zhuǎn)化為熱能存儲于相變材料中。

本發(fā)明所述的復(fù)合定形相變材料其組成是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%-72%的石蠟，7%-9%的高密度聚乙烯（HDPE），3%-4%的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）和15%-30%的石墨泡沫，其中石蠟通過高密度聚乙烯和SEBS封裝于石墨泡沫中。

本發(fā)明提出的制備上述復(fù)合定形相變材料的方法，包括以下步驟：

1）稱取原料組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：60%-72%的石蠟，7%-9%的高密度聚乙烯（HDPE），3%-4%的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SEBS），以及15%-30%的石墨泡沫；

2）將石蠟加熱熔化，使其溫度達(dá)150-180℃；

3）將高密度聚乙烯和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物加入到步驟2）所得液態(tài)石蠟中，機(jī)械攪拌使其均勻溶解；

4）將石墨泡沫置于模具中，將步驟3）所得液態(tài)混合物澆注于石墨泡沫上并使其充滿石墨泡沫的孔隙，冷卻后得到石蠟-石墨泡沫復(fù)合定形相變材料。

所述機(jī)械攪拌的時(shí)間優(yōu)選為0.3-1小時(shí)。

所述石墨泡沫通過現(xiàn)有技術(shù)制備，其方法為：將石油瀝青基中間相、合成中間相或煤焦油中間相瀝青加入反應(yīng)器中，以1-5℃/min速率升溫至260-400℃，充壓2-6Mpa，再以1-2℃/min速率升溫至350-550℃，恒溫15min-2小時(shí)，采用不同冷卻和放氣方式得到瀝青泡沫體；升溫至950-1100℃，全程氮保護(hù)炭化得炭化瀝青泡沫體；再在氬氣保護(hù)下升溫至2600-3000℃進(jìn)行石墨化，自然冷卻，得到高導(dǎo)熱石墨泡沫材料；其孔徑為80-800μm，密度為0.28-0.75g/cm³。

本發(fā)明的特點(diǎn)是，石墨泡沫中石墨是互相連通的，因此復(fù)合定形材料具有很高的導(dǎo)熱率，可達(dá)100W/(m·K)以上；由于石墨具有良好的吸光性能，復(fù)合定形相變材料能夠吸收陽光將太陽能高效轉(zhuǎn)化為熱能存儲于相變材料中；同時(shí)由于三維連通的石墨使得復(fù)合定形相變材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，在加電壓情況下將電能高效轉(zhuǎn)化為熱能存儲于相變材料中。

本發(fā)明采用石蠟作為儲熱材料，通過高密度聚乙烯（HDPE）和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）來封裝石蠟，達(dá)到石蠟不泄露的目的，并采用石墨泡沫作為支撐骨架，使得相變材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、吸光和導(dǎo)電性能，能夠?qū)⑻柲芎凸饽芨咝мD(zhuǎn)化為熱能儲存于相變材料，可廣泛應(yīng)用于建筑控溫節(jié)能、電力調(diào)峰、太陽能利用、余熱回收等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中制備的大孔石墨泡沫照片。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中制備的小孔石墨泡沫照片。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中制備的小孔石墨泡沫的X500的電子顯微鏡照片。