[發(fā)明專(zhuān)利]一種高導(dǎo)熱石蠟與石墨相變復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310539664.0
• 申請(qǐng)日: 2013-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103555282A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉占軍;郭全貴;連鵬飛;張俊鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C09K5/06
• 分類(lèi)號(hào): C09K5/06
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專(zhuān)利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種高導(dǎo)熱石蠟與石墨相變復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

在熱能的儲(chǔ)存和利用過(guò)程中，常常存在供應(yīng)之間在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾，如太陽(yáng)能的間歇性、電力負(fù)荷的峰谷差、周期性工作的大功率電子散熱器件的散熱和工業(yè)余熱利用等。相變儲(chǔ)能材料通過(guò)材料發(fā)生相變時(shí)吸收或釋放大量熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存和利用，可有效解決能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾。相變儲(chǔ)能材料按照相態(tài)的變化方式可分為固-液相變、固-固相變、液-氣和固-氣相變四類(lèi)。后兩類(lèi)材料在相變過(guò)程中有大量的氣體產(chǎn)生、體積變化很大，在實(shí)際應(yīng)用中很少采用。固-固相變材料則存在相變溫度高、相變焓低且成本較高的缺點(diǎn)，其應(yīng)用也受到很大限制。固-液相變材料由于具有成本低、相變潛熱大、相變溫度范圍寬以及無(wú)過(guò)冷或析出現(xiàn)象等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的一類(lèi)相變材料。但相變儲(chǔ)能材料自身都存在導(dǎo)熱率低（一般在1W/m.K以下），傳熱性能差的問(wèn)題，這必然影響能量?jī)?chǔ)放速率。因此，需將相變儲(chǔ)能材料與導(dǎo)熱性能優(yōu)異的材料進(jìn)行復(fù)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行強(qiáng)化傳熱的目的。

為此，國(guó)內(nèi)外諸多技術(shù)工作者針對(duì)將固-液相變材料與導(dǎo)熱性能優(yōu)異的材料復(fù)合方面進(jìn)行了大量的研究工作。將金屬顆粒（如Ag、Al和Cu粉）加入到相變材料中改善相變材料的導(dǎo)熱性能是一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。美國(guó)科學(xué)家在太陽(yáng)能熱水器中的相變儲(chǔ)能材料中加入Al粉后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Al粉的質(zhì)量含量達(dá)到50%以上時(shí)，熱傳導(dǎo)效率提高了近4倍多。Zeng等人系統(tǒng)考察了Ag顆粒的添加對(duì)相變材料十四烷導(dǎo)熱性能的影響。研究表明，隨著Ag顆粒質(zhì)量的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)提高，但導(dǎo)致材料的潛熱下降；此外，由于金屬一般具有較高的密度，引發(fā)整個(gè)蓄熱系統(tǒng)的重量增加，實(shí)用性變差。近年來(lái)新型發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)材料是將高導(dǎo)熱金屬泡沫、石墨泡沫和膨脹石墨等多孔材料與相變材料復(fù)合，來(lái)提高相變材料的熱導(dǎo)率和換熱效率。但是，金屬泡沫材料易腐蝕、密度高，且與相變材料相容性差，從而限制了其應(yīng)用。質(zhì)輕且導(dǎo)熱性能較好的多孔炭材料如石墨泡沫、膨脹石墨具有熱導(dǎo)率高、密度低、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)以及與相變材料相容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，是相變材料理想的儲(chǔ)存載體。仲亞娟等人（Heat?transfer?enhancement?of?paraffin?wax?using?graphite?foam?for?thermal?energy?storage.?Zhong?Y?J,?et?al.?Solar?Energy?Materials?＆?Solar?Cells,?2010,94:1011-1014(泡沫石墨作為石蠟相變儲(chǔ)能材料強(qiáng)化傳熱載體)）采用石墨泡沫吸附石蠟制備了石蠟/石墨泡沫相變復(fù)合材料。結(jié)果表明：石墨泡沫的孔結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱系數(shù)是影響最終復(fù)合材料熱性能的重要因素。與石蠟的導(dǎo)熱系數(shù)（0.3W/m.K）相比,?石蠟/石墨泡沫復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)提高了近50倍，高達(dá)14.6?W/m.K。此外，仲亞娟等人（Heat?transfer?enhancement?of?paraffin?wax?using?expanded?nature?graphite?for?thermal?energy?storage.?Carbon,2010,48:300-304(膨脹石墨作為石蠟相變儲(chǔ)能材料強(qiáng)化傳熱載體））還利用可壓縮的膨脹石墨（CENG）為儲(chǔ)存載體，采用真空浸滲的方式與相變材料石蠟進(jìn)行復(fù)合，制備了石蠟/CENG復(fù)合材料。與石蠟的導(dǎo)熱系數(shù)相比,?石蠟/CENG復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)提高了25以上。從以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，利用質(zhì)輕的多孔炭材料可改善相變材料的導(dǎo)熱性能，但提升幅度有限，最終復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)都在50W/m.K以下，很難滿(mǎn)足在一些散熱領(lǐng)域內(nèi)的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本低、導(dǎo)熱性能優(yōu)異且儲(chǔ)熱能力強(qiáng)的石蠟與石墨相變復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明主要利用天然鱗片石墨為填料，煤瀝青為粘結(jié)劑，通過(guò)常規(guī)工藝來(lái)制備高導(dǎo)熱石墨材料；然后利用真空壓力浸滲方法，將固-液相變材料石蠟浸入高導(dǎo)熱石墨材料孔隙中，完成石蠟/石墨相變復(fù)合材料的制備。本發(fā)明具體制備方法包括如下步驟：

（1）按重量百分比為60～75%的天然鱗片石墨與25～40%的煤瀝青的比例，將煤瀝青熔化成液體后與天然鱗片石墨在捏合機(jī)中混捏0.5～2h，混捏完畢后，將混合原料放入鋼制模具中，然后以600～900kg/cm²的壓力進(jìn)行壓制成型并保壓5～15min；