[发明专利]相变复合材料高低温循环测试系统

说明书

本发明公开的一种相变材料高低温循环测试系统，旨在提供一种受热均匀，循环测试效率高，准备工作量少的测试系统。本发明通过下述技术方案实现：高温箱或低温箱内的热、冷空气流通过多孔板上的孔道直接与样品架上的被测样品接触，循环移动杆带动样品架，在高温箱和低温箱之间做往复运动，当所述样品架完全离开加热器时，伸缩杆自动将进样口挡板送至进样口，当样品架达到进样口时，伸缩杆带动所述进样口挡板离开所述进样口；数据采集‑程序控制箱根据置于样品盒内与待测相变材料接触的测温探头的反馈信号，控制循环移动杆，带动样品在高温箱和低温箱的高低温区域之间作往复运动，往复交替样品盒内装填的待测相变材料进行吸热和放热的热循环测试过程。

技术领域

本发明属于材料测试技术领域，具体涉及一种用于相变复合材料的高低温循环测试系统。

背景技术

相变储能材料是利用相变过程中吸收或释放的热量来进行潜热储能的物质，能够在相态变化过程中吸收和释放大量热量，且变化过程中温度几乎保持恒定，具有储能密度大、效率高以及近似恒定温度下吸热与放热等优点，因而可以应用于很多领域，如太阳能利用、废热回收、智能空调建筑物、调温调湿、工程保温材料、医疗保健、纺织行业(保温衣服)、日常生活、航天与卫星等精密仪器的恒温等方面。虽然自然界和工业中存在着很多种发生相变并伴随有热量吸放的材料，但工程上，主要指那些相变过程中温度变化范围比较窄，潜热量大的材料。如果材料自身具备良好的导热性能，则可以在更多的热管理场合应用。相变材料可以分成无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三种。无机相变材料主要指无机水合盐相变材料，其相变潜热大，熔解温度高。主要的无机相变材料：CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaBr2·6H2O、CH3COONa·3H2O等。无机相变材料虽具有导热系数大、价格便宜的优点，但存在过冷、相分离及腐蚀性强等缺陷。有机相变材料，多种有机物的混合体，不同晶型和不同高分子支链结构的组合，带来不同的恒温范围。这也造就了有机相变材料的一个显著优点，能够通过不同种类材料的混合达到调节相变温度的目的；其另一个优点是，凝固时无过冷现象。有机相变储能材料主要包括固-液相变、固-固相变、复合相变三大类。固-液相变材料，主要包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类和聚烯醇类等，优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，潜热大；缺点是液态下容易泄露。目前应用较多的主要是脂肪烃类与聚多元醇类化合物。固-固相变材料是通过材料晶型的转换实现储能与能量释放的，优点在于体积变化小、无泄漏、无腐蚀和使用寿命长等。有机复合相变材料是指由相变材料与载体物质相结合形成的可保持固态形状的相变材料。相变材料的组成有2种材料：工作介质(相变材料)和载体物质。相变材料负责相变吸热放热，载体物质负责保持形态和力学性能。复合相变材料的主要类型包括：导热增强型复合相变材料、共混型复合相变材料、微胶囊型复合相变材料、纳米复合型复合相变材料。有机无机复合相变材料是将有机材料和无机材料复合在一起使用，各取所长。主要有两种方式，一种是以无机材料为骨架，有机材料作为填充物，附着在骨架上，无机骨架起到支撑形状和维持力学性能的作用，有机材料起到吸收存储热量的作用；另一种是导热材料制作成纤维状，相变材料与之复合成为复合相变材料。相变材料及其复合材料大多表面粗糙，这会给测量带来很大的接触热阻。对于热导率较高的相变材料样品，样品边缘热损会给测量带来一定影响，要设法保证测量区域内尽可能为一维热流。

应用于热管理场合的相变材料一般需要满足几个条件。首先，材料热密度高，潜热量大；其次，导热率高，吸热放热过程迅速；再次，稳定性好，不容易分解以及与周边材料发生副反应，使用周期长，不会对系统造成不良影响。随着相变材料吸放热次数的增加，其蓄热能力会发生衰减甚至完全失去，因此快速有效地对相变复合材料进行热循环测试，无论是对材料本身寿命的判断，还是新型相变复合材料的研发都具有重要意义。相变储能材料的热物性是衡量其工作性能的标准，也是其应用系统设计及性能评估的依据。相变储能材料的热物性包括相变温度、相变潜热、热导率、比热、循环热稳定性、膨胀系数、储热系数等，而相变温度、潜热及热导率是衡量相变储能材料性能最关键的几个参数，因此对相变储能材料的热物性测试一般都围绕这几个参数进行。相变材料相变区间与温度步长大小及每一温度步长的驰豫时间有关。对于相变材料热性能的测试评价，主要包括以下几方面的内容：