[发明专利]一种相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合储能相变材料领域，具体涉及一种混酸/膨胀石墨的复合定型储能相变材料及其制备方法。

背景技术

相变材料是利用物质发生相变时需要吸收(或放出)大量热量的性质来贮热的，具有贮热密度高、设备体积小、热效率高以及吸放热为恒温过程等优点。它在太阳能利用、建筑节能、热能回收、航空航天等领域都有广泛的应用前景。

储热技术主要包括显热储热、潜热储热和化学反应储热。其中，利用相变材料的固-液相变潜热的储热方式，因具有储热密度大、相变过程近似等温、过程易控制等优点，而成为储热技术的研究重点。相变材料包括无机物和有机物两类。相对于无机相变材料，有机相变材料具有腐蚀性小、化学性能稳定、在相变过程中几乎没有相分离，价格便宜等优点。但有机相变材料导热率低，固-液相变中出现液体渗漏等问题，制约了有机相变材料的应用。为提高有机物的导热性能并抑制了其在储热技术中应用时的液态流动问题，目前主要是在有机物中添加膨胀石墨的方法。Ahmet Sari(Ahmet Sari.Form-stable paraffin/high density polyethylene composites as solid-liquid phase change material for thermal energy storage preparation and thermal properties[J].Energy Conversion and Management，2004，45：2033-2042.)用两种不同熔点的石蜡与高密度聚乙烯制成了定形相变材料，研究了石蜡在相变复合材料中的最大质量百分数，并且在复合材料中加入了膨胀石墨以提高其导热系数。Xavier Py等(Xavier Py，Regis Olive，Sylvain Mauran.Paraffin/porous-graphite-matrix composite as a high and constant power thermal storage material[J].International Journal of Heat and Mass Transfer，2001，44：2727-2737.)研究了石蜡/多孔石墨基相变材料中石蜡的质量百分数范围，发现石蜡/石墨复合相变材料的热导率与单独的石墨基体的热导率相同。张正国等(张正国，王学泽，方晓明.石蜡/膨胀石墨复合相变材料的结构与热性能[J].华南理工大学学报，2006，34(3)：125.)研究以石蜡为相变材料、膨胀石墨为支撑结构，利用膨胀石墨的多孔吸附特性，制备出四种不同质量分数的石蜡/膨胀石墨复合材料，发现当石蜡占80％时，其储热时间比单一石蜡减少69.7％，放热时间减少了80.2％，极大地提高了能效比。

与其他PCM相比，脂酸类有机物具有相变潜热较高、相变过程中体积变化小、与建筑材料较好融合、价格低廉等优势，本发明利用膨胀石墨具有很好的吸附性能和导热性能的特点，将液态有机酸吸附在膨胀石墨的微孔结构内，并进行定型包覆，制备出导热良好的有机混酸/膨胀石墨复合定型相变储热材料，并对其结构和性能进行实验研究。在毛细作用力和表面张力的作用下，液态有机混酸很难从石墨的微孔结构内渗透出来，再加上复合涂饰剂的包覆过程，从而很好地抑制了有机混酸在储热技术中应用时的液态流动问题，同时，石墨具有较高的导热系数，有助于提高了相变材料的导热性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种导热性能好、性状稳定的储能复合定型相变材料及其制备方法。

一种相变储能材料，它是多元有机混酸/膨胀石墨复合材料，采用膨胀石墨为基体材料，在浸渗有机混酸构成。其中多元有机混酸由两种或三种以上不同熔点的有机脂肪酸混合而成，其中任意一种有机脂肪酸于混酸中的质量含量为20-80％，所有有机脂肪酸的质量之和为100％；膨胀石墨于相变储能材料中的质量分数为4-10wt％。

其中膨胀石墨是由可膨胀石墨经过微波炉膨化而成，有机混酸是癸酸、月桂酸、硬脂酸、豆蔻酸、棕榈酸等中的两种或三种以上按照不同比例共晶混合而成。

所述复合材料外包覆有复合涂饰剂，所述复合涂饰剂为功能性纳米SiO₂改性丙烯酸树脂复合涂饰剂。所述复合涂饰剂可为：水性聚氨酯皮革涂饰树脂，广州伯恩利化工有限公司；超软丙烯酸树脂，广州昊纬化工科技有限公司；改性丙烯酸树脂，武汉大洋化工有限公司；改性丙烯酸树脂，湖北金源实业有限公司。

所述相变储能材料的制备：

1)取可膨胀石墨粉用微波法制备膨胀石墨；