[发明专利]一种有机相变储热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机相变储热材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

当今环境问题引起的社会各方面的高度关注，节能环保技术是经济和社会发展的一项战略任务，是促进经济可持续发展，构建和谐社会实现人与自然和谐发展的重要环节。

相变储能技术是提高能源利用效率的重要技术。相变储能材料是指能被利用其在物态变化时所吸收(放出)的大量热能用于能量储存的材料，是一种可以自然感知环境温度变化并通过“相”态变化来自动进行封闭区域环境温度调节以达到调温、恒温目的新型节能材料。相变储能控温可用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上的不匹配，在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热回收利用，以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景。

相变材料有石蜡类、非石蜡有机物类、无机水和盐及共晶物等。有机类相变材料，具有固体成型性好，不易发生相分离及过冷现象，熔化时蒸汽压力低，无毒，无腐蚀性和自成核、性能稳定等特征。石蜡类的相变潜热可以达到200KJ/kg到240KJ/kg，在多次吸放热后相变温度和相变潜热变化很小；非石蜡有机物类的相变潜热相比较低，为150KJ/kg左右；对无机水合盐，其相对于石蜡类和非石蜡有机化合物，热导率较高。但是，大部分的无机水合盐具有腐蚀性、易过冷、相分离等缺点，并且，这些无机水合盐的储能密度会因循环次数的增加而降低，储能效率也会不断降低。

由于有机相变材料的导热系数很小，在相变过程中，低导热系数会导致相变材料内温度梯度增加，传热速率小，热响应速度慢，使得对象温度与相变点温度差别大，导致能量利用效率低。因此，提高相变热控装置整体表观导热系数，提高装置传热效率，是应用相变材料的关键。

目前，研究人员利用很多方法来提高有机相变材料的导热系数，如添加高导热率的铝、铜金属粉末等。本发明将膨胀石墨添加在有机相变材料，从而提高整体的传热能力，最终达到高效率利用能量的目的。

发明内容

本发明的目的在于解决有机相变储热材料的导热性能差的问题，通过添加可膨胀石墨来增强有机相变材料的传热能力。

本发明的另一目的在于提供一种有机相变储热材料的制备方法。

为了实现本发明目的，本发明所述的有机相变储热材料，包括2%-10%重量份膨胀处理的石墨，和90%-98%重量份的有机相变材料。

其中，优选的为包括4%-6%重量份膨胀处理的石墨，和94%-96%重量份的有机相变材料。

本发明所述的膨胀处理的石墨的处理方法为先将可膨胀石墨干燥处理，然后在500-700℃下处理3-5小时，可获得膨胀处理的石墨。

所述的可膨胀石墨的膨胀率为150ml/g-300ml/g，粒度为40目-70目。

所述有机相变材料为石蜡类有机物类、高级脂肪酸类、聚烯烃等。

所述石蜡类有机物类为十二烷、十四烷、十六烷、十八烷、二十烷、二十二烷或二十四烷等。

所述高级脂肪酸类为癸酸、月桂酸、十二烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、硬脂酸或二十烷酸等。

所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯或1-辛烯等。

本发明所述的有机相变储热材料，可采用如下方法制成：

1）先将可膨胀石墨进行干燥处理，然后将可膨胀石墨500-700℃下处理3-5小时，获得膨胀处理的石墨；

2）将有机相变材料加热到熔点以上50℃，待全部熔化成液体，并保持该温度，再按比例将步骤1）的膨胀处理的石墨添加到液体中，搅拌1-2小时。

为了实现本发明的另一目的，本发明所述有机相变储热材料的制备方法，包括如下步骤：

1）先将可膨胀石墨进行干燥处理，然后将可膨胀石墨500-700℃下处理3-5小时，获得膨胀处理的石墨；

2）将有机相变材料加热到熔点以上50℃，待全部熔化化成液体，并保持该温度，再按比例将步骤1）的石墨添加到液体中，搅拌1-2小时，得到稳定的高导热率的有机相变储热材料。

其中，所述干燥处理采用在真空（优选0.1pa）条件下处理18-36小时。

所述搅拌速度为30-60r/min。

优选，步骤1）中可膨胀石墨干燥处理后，在600℃下焙烧处理3小时。

本发明采用吸附仪测试膨胀石墨对氮气的吸附能力，得到膨胀石墨的比表面积和孔结构分布。