專(zhuān)利名稱(chēng)：一種76－83℃的復(fù)合定形相變材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石蠟作為主儲(chǔ)熱劑，高密度聚乙烯HDPE作包封支撐材料，氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SEBS作封裝吸油材料，膨脹石墨EG作導(dǎo)熱填料的復(fù)合定形相變材料及制備方法。
背景技術(shù)：
能源是人類(lèi)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求日益增加，但同時(shí)對(duì)能源的利用率卻不高，使得能源的供給漸趨緊張。用于工業(yè)余熱回收、相變蓄能電暖器、節(jié)能空調(diào)等領(lǐng)域的儲(chǔ)能技術(shù)，不僅可以減少能耗，而且還可以使電力系統(tǒng)達(dá)到“削峰填谷”的作用。所謂“削峰填谷”是指把用電負(fù)荷從用電高峰轉(zhuǎn)移到當(dāng)日或季節(jié)用電低谷中去。其中相變儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)能能力大、溫度恒定、過(guò)程易控制、可以多次重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，成為最具發(fā)展?jié)摿Α⒛壳皯?yīng)用最多和最重要的儲(chǔ)熱方式。其中，固-液相變材料具有貯能密度大、貯能過(guò)程近似恒溫、體積變化小、過(guò)程易控制等優(yōu)點(diǎn)得到各國(guó)科學(xué)家的廣泛重視。但傳統(tǒng)的固-液相變材料在使用時(shí)會(huì)發(fā)生固態(tài)-液態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，必須使用專(zhuān)門(mén)的容器封裝，增加了傳熱介質(zhì)與相變材料之間的熱阻，降低了傳熱效率，成本也提高了。為解決這些問(wèn)題，近幾年來(lái)，一些科學(xué)工作者采用一些技術(shù)，使得固-液相變材料在發(fā)生相變時(shí)仍保持原來(lái)的形狀，從而具有了固-固相變材料的性能。肖敏等人(Energy Conversion & Management，2002，48(1)P103)研究了石蠟和熱塑性彈性體SBS和石墨組成的復(fù)合相變材料；采用雙輥混煉機(jī)將熔點(diǎn)為56-58℃的石蠟和SBS密煉均勻，石蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20-0.80。秦鵬華等人(清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，43(6)833-835)制備了石蠟/高(低)密度聚乙烯定形相變材料，采用熔點(diǎn)為60-62℃的石蠟與高密度聚乙烯或低密度聚乙烯共混制得，其中石蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7-0.9。葉宏等人(Solar Energy Materials &Solar Cells，2000，64(1)37-44)將石蠟與高密度聚乙烯共混熔融，冷卻后制成形狀穩(wěn)定的具有一定強(qiáng)度的相變材料，其中含石蠟70-75％。但到目前為止，可以用于較高溫度環(huán)境下，封裝效果良好的定性相變材料還沒(méi)有得到很大的進(jìn)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，使用熔點(diǎn)在76-81.6℃，相變潛熱在200-220kJ/kg的石蠟作為主儲(chǔ)熱材料，采用高吸油材料對(duì)其進(jìn)行封裝以解決相變材料的滲漏問(wèn)題，制備一種可以用于較高溫度如鍋爐中的定性相變儲(chǔ)能材料。本方法采用具有高吸油性的氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)作為封裝材料，SEBS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合能相當(dāng)高，比SBS具有更優(yōu)良的穩(wěn)定性、耐熱性，且與石蠟的相容性極好，同枝狀的HDPE一起將石蠟封裝住，從而阻擋了石蠟的滲出。
本發(fā)明的組成是質(zhì)量百分含量為66-80％，熔點(diǎn)為76-81.6℃，相變潛熱為200-220kJ/kg的石蠟，11-15％高密度聚乙烯，4-12％氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SEBS，及3-7％膨脹石墨。
本發(fā)明的特征在于，采用吸油性更強(qiáng)的SEBS作為封裝材料，用以下步驟制備1)取質(zhì)量百分比含量為66-80％，熔點(diǎn)為76-81.6℃相變潛熱高達(dá)200-220kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中加熱熔融，加熱液蠟溫度至100-120℃；2)取質(zhì)量百分比含量為11-15％的高密度聚乙烯加入液蠟中，加熱至140-160℃，以100-120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，直至石蠟與高密度聚乙烯熔為一體，成為粘稠液體；3)取質(zhì)量百分比含量為4-12％的氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，加入到液蠟與高密度聚乙烯的共混物中，攪拌至熔融；4)加入質(zhì)量百分比含量為3-7％的膨脹石墨，攪拌至均勻；5)將混合物取出放入模具中，以200-300kPa的壓力壓制成板狀，冷卻后取出。
本發(fā)明利用SEBS的高吸油性能，采用先用高密度聚乙烯將石蠟初步封裝起來(lái)，再用SEBS的高吸油性將石蠟更好地封裝起來(lái)的方法制備出一種相變溫度在76-84℃的定形相變材料。SEBS和高密度聚乙烯可以形成高度交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將石蠟封裝住，使石蠟在加熱時(shí)也不會(huì)滲漏，并能維持一定形狀，可以直接放入加熱流體清水中。經(jīng)過(guò)多次熱循環(huán)試驗(yàn)也無(wú)石蠟滲漏，失重率低于2％，材料性能穩(wěn)定。


圖1為差熱量熱掃描儀測(cè)得的實(shí)施例1的相變曲線。
其中Peak值為為相變峰處的溫度，Peak Height為此處的熱流值，Area為積分面積，Delta H為該樣品的相變潛熱，Onset值為開(kāi)始發(fā)生相變時(shí)的溫度，End值為相變完成時(shí)的溫度。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將800g熔點(diǎn)為81.6℃，相變潛熱為209.1kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中，于100-120℃加熱熔化，將150g的高密度聚乙烯放入其中，將溫度升至140-160℃，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至石蠟與高密度聚乙烯融為一體，成為粘稠液體，加入100g的SEBS，攪拌均勻，最后加入50g膨脹石墨，攪拌均勻。將共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用300kPa的壓力壓制成型。待冷卻后，從模具中取出，即制得定形相變材料。使用美國(guó)PE公司的Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的溶解曲線的峰值為82.31℃，相變潛熱為149.2kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相變材料放入88℃熱水中浸泡200小時(shí)，材料無(wú)明顯變形，烘干后稱(chēng)重，失重率低于0.5％；測(cè)量材料的相變潛熱變化低于10％。
實(shí)施例2將800g熔點(diǎn)為81.6℃，相變潛熱為212.5kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中，于100-120℃加熱熔化，將100g的高密度聚乙烯放入其中，將溫度升至140-160℃，以120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至石蠟與高密度聚乙烯融為一體，成為粘稠液體，加入50g的SEBS，攪拌均勻，最后加入50g膨脹石墨，攪拌均勻。將共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用200kPa的壓力壓制成型。待冷卻后，從模具中取出，即制得定形相變材料。使用美國(guó)PE公司的Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的溶解曲線的峰值為81.62℃，相變潛熱為168.8。截取30*30*10mm大小的定形相變材料放入88℃熱水中浸泡200小時(shí)，材料無(wú)明顯變形，烘干后稱(chēng)重，失重率低于0.5％，測(cè)量材料的相變潛熱變化低于10％。
實(shí)施例3將800g熔點(diǎn)為81.6℃，相變潛熱為212.5kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中，于100-120℃加熱熔化，將150g的高密度聚乙烯放入其中，將溫度升至140-160℃，以120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至石蠟與高密度聚乙烯融為一體，成為粘稠液體，加入50g的SEBS，攪拌均勻，最后加入50g膨脹石墨，攪拌均勻。將共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用300kPa的壓力壓制成型。待冷卻后，從模具中取出，即制得定形相變材料。使用美國(guó)PE公司的Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的溶解曲線的峰值為83.83℃，相變潛熱為153.0kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相變材料放入88℃熱水中浸泡200小時(shí)，材料無(wú)明顯變形，烘干后稱(chēng)重，失重率低于2％，測(cè)量材料的相變潛熱變化低于10％。
實(shí)施例4將800g熔點(diǎn)為81.6℃，相變潛熱為209.1kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中，于100-120℃加熱熔化，將120g的高密度聚乙烯放入其中，將溫度升至140-160℃，以110r/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至石蠟與高密度聚乙烯融為一體，成為粘稠液體，加入60g的SEBS，攪拌均勻，最后加入40g膨脹石墨，攪拌均勻。將共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用200kPa的壓力壓制成型。待冷卻后，從模具中取出，即制得定形相變材料。使用美國(guó)PE公司的Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的溶解曲線的峰值為81.21℃，相變潛熱為164.4kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相變材料放入88℃熱水中浸泡200小時(shí)，材料無(wú)明顯變形，烘干后稱(chēng)重，失重率低于1％，測(cè)量材料的相變潛熱變化低于10％。
實(shí)施例5將800g熔點(diǎn)為81.6℃，相變潛熱為212.5kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中，于100-120℃加熱熔化，將120g的高密度聚乙烯放入其中，將溫度升至140-160℃，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至石蠟與高密度聚乙烯融為一體，成為粘稠液體，加入80g的SEBS，攪拌均勻，最后加入50g膨脹石墨，攪拌均勻。將共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用200kPa的壓力壓制成型。待冷卻后，從模具中取出，即制得定形相變材料。使用美國(guó)PE公司的Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的溶解曲線的峰值為82.37℃，相變潛熱為163.7kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相變材料放入88℃熱水中浸泡200小時(shí)，材料無(wú)明顯變形，烘干后稱(chēng)重，失重率低于2％，測(cè)量材料的相變潛熱變化低于10％。
實(shí)施例6將800g熔點(diǎn)為76℃，相變潛熱為216.9kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中，于100-120℃加熱熔化，將180g的高密度聚乙烯放入其中，將溫度升至140-160℃，以120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至石蠟與高密度聚乙烯融為一體，成為粘稠液體，加入140g的SEBS，攪拌均勻，最后加入80g膨脹石墨，攪拌均勻。將共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用300kPa的壓力壓制成型。待冷卻后，從模具中取出，即制得定形相變材料。使用美國(guó)PE公司的Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的溶解曲線的峰值為76.72℃，相變潛熱為142.6kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相變材料放入88℃熱水中浸泡200小時(shí)，材料無(wú)明顯變形，烘干后稱(chēng)重，失重率低于1％，測(cè)量材料的相變潛熱變化低于10％。
權(quán)利要求
1.一種76-83℃的復(fù)合定形相變材料，其特征在于，組成是質(zhì)量百分含量為66-80％，熔點(diǎn)為76-81.6℃，相變潛熱為200-220kJ/kg的石蠟，11-15％高密度聚乙烯，4-12％氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SEBS，及3-7％膨脹石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合定形相變材料的制備方法，其特征在于，包括以下各步驟1)取質(zhì)量百分比含量為66-80％，熔點(diǎn)為76-81.6℃相變潛熱高達(dá)200-220kJ/kg的石蠟放入反應(yīng)釜中加熱熔融，加熱液蠟溫度至100-120℃；2)取質(zhì)量百分比含量為11-15％的高密度聚乙烯加入液蠟中，加熱至140-160℃，以100-120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，直至石蠟與高密度聚乙烯熔為一體，成為粘稠液體；3)取質(zhì)量百分比含量為4-12％的氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，加入到液蠟與高密度聚乙烯的共混物中，攪拌至熔融；4)加入質(zhì)量百分比含量為3-7％的膨脹石墨，攪拌至均勻；5)將混合物取出放入模具中，以200-300kPa的壓力壓制成板狀，冷卻后取出。
全文摘要
一種76－83℃的復(fù)合定形相變材料及制備方法屬于相變儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域。本發(fā)明用高吸油率的氫化苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物SEBS作封裝吸油材料，熔點(diǎn)為76－81.6℃，相變潛熱為200－220kJ/kg的石蠟作為主儲(chǔ)能材料。組成是質(zhì)量百分含量為66－80％的石蠟，11－15％高密度聚乙烯，4－12％SEBS，及3－7％膨脹石墨。本發(fā)明按上述質(zhì)量百分含量取石蠟放入反應(yīng)釜中加熱熔化；將高密度聚乙烯加入到液蠟中攪拌至熔為一體后，加入SEBS繼續(xù)攪拌至熔融；最后按上述比例加入膨脹石墨EG，攪拌至均勻；取出放入模具中，使用200－300kPa的壓力壓制成板狀，冷卻后取出。本發(fā)明制備的可用于較高溫度鍋爐中的材料無(wú)需容器封裝，能直接接觸傳熱介質(zhì)水，在高于熔點(diǎn)的熱水中浸泡200小時(shí)后，失重率低于2％，相變潛熱變化低于10％。
文檔編號(hào)C09K5/06GK1782018SQ20051011670
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者夏定國(guó), 方春香, 焦慶影, 陳超, 于志輝, 戚道鐸 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)