石蠟相變復合材料的研究

1、2010年 第8期 2010年8月Chemical Engineering & Equipment化學工程與裝備13石蠟相變復合材料的研究姜傳飛1，蔣小曙2，李書進2，陸 雷1（1.南京工業(yè)大學材料科學與工程學院，江蘇 南京 210009；2.常州工學院，江蘇 常州 213004）摘 要：以高相變潛熱的石蠟作為蓄熱介質(zhì)，膨脹石墨作為基體，采用共混吸附方法制備定形相變復合材料。并使用SEM、DSC測試方法對膨脹石墨的微觀結(jié)構(gòu)和復合材料的熱性能進行研究，研究結(jié)果表明，膨脹石墨具有大量的微孔結(jié)構(gòu)并與石蠟具有良好的相容性，并解決了石蠟導熱系數(shù)低及易泄露的問題。關(guān)鍵詞：石蠟；膨脹石墨；定形相變材

2、料前言隨著世界能源形勢的日益嚴峻，建筑能耗所占比例飛速增長，建筑節(jié)能顯得日益重要。應用在建筑領(lǐng)域的相變材料應具備幾個特點：(1)相變潛熱高，能夠儲藏或放出較多的能量。(2)相變可逆性好，過冷或過熱現(xiàn)象少。(3)有合適的相變溫度，能夠滿足建筑應用的需要。(4)相變材料無毒、無腐蝕性、成本低、制造方便1。石蠟作為潛熱儲能物質(zhì)具有儲能密度大，化學性質(zhì)穩(wěn)定，價格低廉，無毒無腐蝕性，且無過冷現(xiàn)象，相變溫度范圍寬，可以根據(jù)建筑的不同需要進行調(diào)節(jié)2。石蠟在相變過程中發(fā)生固液相變，直接使用石蠟作為建筑材料有諸多不便，因而需要將石蠟包封起來3采用日本Nicocet公司生產(chǎn)的JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡觀

3、察膨脹石墨的微觀結(jié)構(gòu)。利用美國Erkiecm-Er公司生產(chǎn)的差式掃描量熱儀測試。膨脹石墨是一種蠕蟲形狀的多空材料，比表面積較大，具有良好的吸附性能，因為膨脹石墨的表面基團主要是非極性基團，因此適合吸附非極性大分子，特別是油類物質(zhì)47。基金項目：江蘇省高校自然科學基金項目（08KJD560001）。14 姜傳飛：石蠟相變復合材料的研究 2 試驗結(jié)果與分析2.1 膨脹石墨微觀形貌相變材料的相變潛熱和相變溫度，掃描溫度為20100，升溫速率為5/min，氮氣氣氛保護?；バ纬傻目紫督Y(jié)構(gòu)，在固液相變時，石蠟由固體變成液體，但是由于石墨的毛細管作用力，在宏觀上石蠟復合材料仍然保持固態(tài)不會發(fā)生石蠟的滲出現(xiàn)象

4、 9。2.2 定形相變材料的熱分析對純石蠟、含石蠟80%、50%的相變復合材料進行DSC測試，測試曲線如圖3所示。其中石蠟在3035和5055附近有兩個吸收峰，第一個為石蠟固固相變吸收峰，第二個為石蠟固液相變吸收峰。而含石蠟80%和50%的相變復合材料的相變溫度與石蠟相比幾乎沒有變化。從相變潛熱來看，純石蠟的相變潛熱為183.22J/g而含石蠟80%和50%圖1是膨脹石墨的SEM照片。在60倍的SEM圖中可見，膨脹石墨總體上呈蠕蟲狀。在2000和5000倍下的SEM圖可見，膨脹石墨是由許多粘連、疊合在一起的石墨鱗片組成，片層與片層之間存在許多不規(guī)則的空隙。實驗中發(fā)現(xiàn)，石墨蠕蟲所具有的孔隙結(jié)構(gòu)和

5、蠕蟲之間相的相變復合材料的相變潛熱分別問128.08J/g、89.15J/g符合石蠟在復合材料中所占的比例。膨脹石墨對石蠟吸附后并沒有對石蠟的相變溫度和相變潛熱產(chǎn)生影響。 2.3 相變復合材料的導熱性能 圖3為石蠟與石蠟相變復合材料的降溫曲線，由圖可見，石蠟的降溫速率明顯低于相變復合材料的降溫速率。造成這種現(xiàn)象的原因是由于石蠟的導熱系數(shù)比較低，而膨脹石姜傳飛：石蠟相變復合材料的研究墨的導熱系數(shù)較高，極大地提高了石蠟在儲放熱過程中的傳熱速率，縮短了儲熱和放熱時間。 2.4 復合相變材料的熱穩(wěn)定性圖4為兩組石蠟含量為80%的復合材料的經(jīng)過50次相變循環(huán)后質(zhì)量損失曲線：由圖4可以看到，經(jīng)歷50次循環(huán)

6、后復合材料的質(zhì)量損失情況，由圖可以明顯的看出，復合材料的質(zhì)量損失集中在前十次相變循環(huán)，而后四十次相變循環(huán)質(zhì)量損失不大。其原因可能是：前十次損失的石蠟大都是在吸附過程中包裹在膨脹石墨表面的石蠟，并沒有吸附到膨脹石墨熱膨脹所形成的空隙中。吸附在膨脹石墨空隙中的石蠟雖然在相變過程中產(chǎn)生液體，但是在毛細管作用力下不會泄露滲出，因此不會產(chǎn)生質(zhì)量損失。但是吸附過程中包裹在膨脹石墨表面的石蠟，在相變循環(huán)過程中同樣會發(fā)生固液相變，會有液相產(chǎn)生，液相石蠟不存在毛細管作用力的束縛，容易產(chǎn)生泄露，質(zhì)量很容易損失。 3 結(jié)論（1）微觀表面形態(tài)測試表明，膨脹石墨是一種蠕蟲形狀的多孔隙物質(zhì)，對石蠟有良好的吸附性和束縛性，

7、與石蠟具有良好的相容性。（2）通過熱分析可知相變復合材料的相變溫度并沒有隨石蠟含量的變化而變化，相變潛熱隨石蠟含量的增加而成比例增加。（3）由于復合材料中膨脹石墨優(yōu)良的導熱性能，大大提高了復合材料在傳熱過程中的傳熱速率。（4）膨脹石墨與石蠟復合制備石蠟定形相變復合材料，15解決了石蠟導熱系數(shù)低和工程應用中易泄露的問題，熱穩(wěn)定性良好，為繼續(xù)研制應用在建筑領(lǐng)域中的相變儲能材料提供了技術(shù)支持及理論依據(jù)。參考文獻1 梁辰，閆全英相變儲能技術(shù)的研究和發(fā)展J建筑節(jié)能，2007；35(12)：41-442 朱圣曉，胡小芳石蠟儲能顆粒粒度分布與相變儲能復合石膏板導熱系數(shù)的關(guān)系研究J新型建筑材料，2009；(1

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10、f magnetic polymer beads by inverse suspension polymerizationAbstract: In this paper, hydroxyl magnetic microspheres with strong magnetic response are prepared by inverse suspension polymerization. In order to optimize the preparation procedure and to prepare polymer microspheres, a series of factor

11、s, including reaction time, the concentration of water-soluble polymer(Polyvinyl alcohol，PVA), the relative ratio of glutaraldehyde (GA) to PVA and the volume ratio of oil phase to water phase were all investigated. The responding properties were also characterized by FTIR, SEM and VSM. The results showed, under the optimized conditions of the preparation, the obtained magnetic microspheres possessed several excellent properties, such as high