[发明专利]一种高热导率、高致密度相变复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高热导率、高致密度相变复合材料的制备方法。

背景技术

热能存储技术是一项前景广阔的技术，可以最大限度地降低能量损耗，提高能量效率，改善成本效率，因此在资源的可再生利用方面具有重要意义。利用相变材料恒温相变的过程吸收或释放热能是一种很好的潜热存储手段，具有能量密度高、换热温差小、恒温热源、可重复使用等优点。但相变材料通常热导率较低，一般在0.1-1.0W/(m·K)之间。热导率低意味着材料吸收、释放热量速度慢，换热效率低。因此需要采取一定手段提高相变材料热导率。

石墨类材料对于相变材料而言是一种很好的导热强化填料，具有成本低、密度低、耐热、热导率高等优点，兼具一定的化学稳定性。其中，膨胀石墨具有蜂窝状多孔结构，对相变材料尤其是有机类相变材料具有良好的吸附性和相容性，最重要的是膨胀石墨内部连通的三维网络片层结构能够实现热量的快速传递。上述优点使得膨胀石墨成为相变材料导热强化相的首选材料之一。

相变材料的热性能常以熔点、融化焓、热导率等指标来进行表征。对于引入导热强化相的相变复合材料，若基体和增强体已经确定，则材料的熔点和融化焓也随之固定，而热导率将随增强体含量而变化。此外，复合相变材料的致密度也是值得关注的指标，原因有二：1.材料的致密度反映出材料的孔隙率，致密度低意味着材料内部空气相含量较高，而低热导率的空气相的存在会严重影响材料整体的热导率；2.虽然复合相变材料的融化焓由相变基体材料决定，但材料的储热密度却受到致密度影响，致密度高意味着单位体积能够容纳更多的相变材料，也即能够存储更多的热量。目前以膨胀石墨为导热强化相制备的相变复合材料，其致密度一般在80％～90％，使得基体相变材料不能完全发挥其储热能力。

发明内容

本发明的目的是为了解决单一相变材料热导率较低，且以膨胀石墨为导热强化相的复合相变材料致密度不高的问题，提供了一种高热导率、高致密度的相变复合材料的制备方法。

本发明一种高热导率、高致密度相变复合材料的制备方法，按以下步骤实现：

一、增强体预处理：以可膨胀石墨为原料，在温度为750～1200℃的马弗炉中加热30～60s，获得蠕虫状膨胀石墨；

二、基体材料预处理：将赤藓糖醇固体粉末置于烧杯中，升温至120～130℃，同时搅拌，搅拌速率60～200r/min，获得液态赤藓糖醇；

三、两相混合：按照液态赤藓糖醇和蠕虫状膨胀石墨质量比1:(24～199)的比例向液态赤藓糖醇中添加蠕虫状膨胀石墨，保温120～130℃，保温时间0.5～2h，同时搅拌，搅拌速率300～650r/min，得到两相混合液；

四、超声振荡：将两相混合液升温至130℃～160℃，然后在搅拌的同时施加超声波，超声功率200W-500W，超声时间5min～40min，搅拌速率200～350r/min，超声结束后停止搅拌，得到复合材料液态混合物；

五、凝固成型：将复合材料液态混合物降温至室温，得到高热导率、高致密度相变复合材料，即完成。

本发明的有益效果：

1.原料丰富，价格低廉；

2.操作简便、安全，制备周期短；

3.利用热导率较高的膨胀石墨作为导热强化相，能够大幅提高相变材料的热导率，提高换热效率；

4.本发明采用超声的方法促进两相融合，并在一定程度上使膨胀石墨的石墨骨架分解，使液态糖醇能够进入内部的微小孔隙，获得的复合相变材料致密度高，能够最大限度地发挥相变材料的储热能力；

5.适用性好，对原料配比无严格要求，可通过添加不同含量的导热强化相，对复合材料热导率进行控制，以满足实际需求。

附图说明

图1是试验一制得高热导率、高致密度相变复合材料的SEM照片；

图2是试验二制得高热导率、高致密度相变复合材料的SEM照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种高热导率、高致密度相变复合材料的制备方法，按以下步骤实现：

一、增强体预处理：以可膨胀石墨为原料，在温度为750～1200℃的马弗炉中加热30～60s，获得蠕虫状膨胀石墨；

二、基体材料预处理：将赤藓糖醇固体粉末置于烧杯中，升温至120～130℃，同时搅拌，搅拌速率60～200r/min，获得液态赤藓糖醇；