[发明专利]一种具有交联网络结构的柔性相变复合材料及其制备方法

说明书

一种具有交联网络结构的柔性相变复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。包括：柔性聚合物基体，与柔性基体交联的碳纳米管(CNT)，以及填充的固‑液相变材料；通过添加交联剂进行化学交联反应，构建了基于柔性聚合物/碳纳米管的三维交联网络，这种化学交联作用能够降低CNT的界面阻碍作用，解决CNT的分散不均匀问题。有利于提高固‑液相变材料的封装效率，显著增强相变复合材料的机械性能和储热性能。本发明材料有稳定的相变性能，具备温度调节和热能储存的功能。本发明材料易于剪裁加工，在室温下即展现出良好的柔性，在柔性电子器件控温领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性相变材料领域，更具体地，涉及一种具有交联网络结构的柔性相变复合材料及其制备方法。

背景技术

在相变过程中可以释放和吸收大量潜热的形状稳定的相变材料(PCM)在许多重要领域中引起了极大的兴趣，例如柔性电子设备和电池的热管理、智能织物的温度调节系统以及节能建筑的可控蓄热应用。这些领域都对相变材料的柔性提出了很高的要求。然而，现有的形稳型复合相变材科制备时的支撑材料多选用常规烯烃聚合物：如高密度聚乙烯、聚丙烯等。这类聚合物机械强度较大，弹性低，宏观上表现出的硬度较大，较差的延展性和较低的抵抗变形的能力，使得其难以通过压延技术加工为薄膜，无法满足现有电子设备体积小型化、空间结构紧凑化的要求，使得相变热控技术和相变蓄热技术难以应用到电子器件控温甚至是智能可穿戴系统中。因此，研究一种可应用于储热和热管理中的柔性相变复合材料存在重要意义。

有机固-液相变材料主要用于中温储能和热控，具有无过冷现象、性能稳定、无腐蚀性、价格低廉等优点，但在固-液相变时的泄漏问题以及固有的低热导率是限制固-液相变材料广泛应用的根本因素。近年来，研究者们将固-液相变材料负载于多孔材料中，利用毛细作用力吸附相变材料以提高封装效率，由于相变材料的吸附量在很大程度上由孔容量决定，因此多孔材料通常需要高孔隙率，高比表面积和互穿的3D网络结构，但是此类多孔材料的制备技术复杂且造价往往偏高，并不适合工程应用。为了弥补上述不足，可利用物理混合的方法将固-液相变材料填充在柔性高分子聚合物链段中。目前，热塑性弹性体(也称为热塑性橡胶)多被用于制备柔性相变材料的高分子聚合物，热塑性弹性体是一种在常温下显示橡胶高弹性，高温下又能重塑成型的高分子材料，其结构特点是由化学组成不同的树脂段(硬段)和橡胶段(软段)构成。硬段的链段间作用力足以形成物理交联，软段则是具有较大自由旋转能力的高弹性链段；而软硬段又以适当的次序排列并以适当的方式联接起来。这独特的结构为相变材料的填充提供了可能性。

但是高分子材料和相变材料的热导率都很低，这对热能储存和热管理应用都是极大地不利，现有提高导热性的方法是向柔性相变复合材料中添加高导热率的碳纳米填料例如CNT，石墨烯纳米片和膨胀石墨。当添加量相对较小时，每个填料颗粒彼此分离，并且难以形成有效的热路径。然而，高含量的导热填料无疑导致相变焓的降低，这限制了实际应用，这是因为大量的填料通常在复合材料中形成致密的网络结构，这极大地限制了分子链的迁移性，从而阻止了聚合物基PCM的微晶成核和生长。其中，CNT具有出色的导热性能、力学增韧能力以及来自其黑色外观的光热转换能力，使得CNT在柔性相变储能和热管理应用大放光彩。但由于它们的化学惰性和强烈的管间范德华力吸引力，传统的物理混合法难以实现碳纳米管介质在相变复合物中均匀分散，这同时也阻碍了导热网络和增韧网络的形成。

发明内容：

本发明提供一种具有交联网络结构的柔性相变复合材料及其制备方法，用于解决现有技术难以解决的碳纳米管在相变介质中的分散难题，现有形稳型相变复合材料柔性效果较差的技术问题，并且使得所述柔性相变复合材料在光热储能和电池控温领域具有优异的应用前景。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种具有交联网络结构的柔性相变复合材料，包括：柔性聚合物基体，与柔性基体交联形成多孔交联网络的碳纳米管，以及填充在多孔网络中的固-液相变材料；

其中，柔性聚合物基体为带双键结构的高分子聚合物；