[發明專利]一種節能型導熱復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010329882.1
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111499300B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 張勇;方姚;金保昇;許月陽
• 申請（專利權）人: 東南大學;國電科學技術研究院有限公司
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B28/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 金詩琦

本發明公開了一種節能型導熱復合材料及其制備方法與應用，所述復合材料包括以下重量份數的原料：水泥336～600份、石墨0～24份、碳化硅0～180份、鐵粉0～60份、萘系減水劑0～4.8份、水355～360份。所述方法包含以下步驟：將水泥、碳化硅、鐵粉在磁力線方向與重力方向相反的均勻磁場環境中攪拌，得混合物一；向混合物一中加入萘系減水劑，混合均勻得到粉末狀混合物；向水中緩緩加入混合物，攪拌至混合均勻；將水泥漿澆筑成型，標準養護箱中養護，得到節能型導熱復合材料。所述應用為節能型導熱復合材料在增強中深層地熱井固井導熱性能方面的應用。本發明能夠避免金屬顆粒與其他物料由于密度不同而出現的分層現象，有利于水泥粉末與導熱粒子的混合均勻。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，具體為一種節能型導熱復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

我國地熱資源的開發利用有著廣泛的應用前景，市場潛力巨大，然而怎樣實現地熱能的高效和持續利用，成為當前面臨的主要問題。地熱井作為開發地熱資源中最為重要的一項工程步驟，從地面向下幾千米來開采，索取熱能，傳輸到地上，進行各種地熱利用。而地熱井成井有著非常復雜的工藝流程，工程項目一般時間很長，投入資金也很高，但這一階段的工程關系到地熱能開發利用的成敗，因而，地熱井成井質量的好壞對地熱能的開發與高效利用有著至關重要的意義。

地熱井的換熱器埋入地下，通過循環介質(一般為水)在封閉地下埋管中流動，實現地下巖石與系統間的傳熱。地埋管換熱器實現了地熱資源的初步提取。固井則是地埋管換熱器施工過程中的重要環節，所用到的固井材料是介于地埋管換熱器的埋管與鉆孔壁之間，用來增強埋管與周圍巖土之間的換熱，同時防止地下水各蓄水層之間的交叉污染。固井材料的選擇以及正常的施工對于保證地埋管換熱器的效率有著至關重要的意義，采用導熱性能不良的固井材料會顯著增加換熱過程中的熱阻，造成地熱井井下換熱效率低下，因而選擇合適的固井材料對整個地熱井取熱性能起著重要的作用。

因此，在這種背景下，開發一種具有較高導熱系數，又不會影響施工的地熱井固井強化換熱水泥基復合材料，勢在必行。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種提高導熱系數和換熱效率的節能型導熱復合材料，本發明的另一目的是提供一種物料混合均勻的節能型導熱復合材料的制備方法，本發明的再一目的是提供一種節能型導熱復合材料在中深層地熱井固井中的應用。

技術方案：本發明所述的一種節能型導熱復合材料，包括以下重量份數的原料：水泥336～600份、石墨0～24份、碳化硅0～180份、鐵粉0～60份、萘系減水劑0～4.8份、水355～360份。

優選地，水泥基復合材料包括以下重量份數的原料：普通硅酸鹽425#或普通硅酸鹽525#或油井水泥336份至600份、石墨0份至24份、碳化硅0份至180份、鐵粉0份至60份、萘系減水劑0份至4.8份、水360份。

優選地，水泥基復合材料包括以下重量份數的原料：普通硅酸鹽425#水泥570份、石墨0份、碳化硅15份、鐵粉15份、萘系減水劑4.8份，水360份。

其中，水泥為普通硅酸鹽425#、普通硅酸鹽525#和油井水泥中的任意一種。碳化硅平均粒度大于3000目，質量純度大于98％，水分含量小于等于0.5％。鐵粉平均粒度大于1000目，質量純度大于99％，水分含量小于等于0.5％。碳化硅和鐵粉為球形。石墨平均粒度大于3000目，質量純度大于99％；水分含量小于等于0.5％。萘系減水劑為FDN粉體萘系磺酸鈉。

上述節能型導熱復合材料的制備方法，包含以下步驟：

步驟一，按化學計量比將水泥、碳化硅、鐵粉在磁力線方向與重力方向相反的均勻磁場環境中攪拌至混合均勻，得混合物一；

步驟二，向步驟一混合均勻的混合物一中加入事先準備好的配方量的粉末狀萘系減水劑，并再次混合均勻，得到粉末狀混合物；