CNTs掺杂对EG/PEG定形相变材料性能的影响研究

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,导热性与吸附性良好的膨胀石墨(EG)和碳纳米管(CNTs)为支撑材料,制备出CNTs/EG/PEG定形相变材料。分别采用恒温烘箱、差示扫描量热仪(DSC)、导热系数测定仪对CNTs/EG/PEG定形相变材料的定形特性、储热性能以及导热性能进行研究表征。实验结果表明,PEG含量越多的该定形相变材料的界面更加的均匀;随着EG和CNTs的含量增加,CNTs/EG/PEG复合材料的定形效果越来越好,熔融焓与结晶焓逐渐降低,导热系数逐渐增加。     

聚乙二醇二元体系的相变特性研究

采用步冷曲线法和差示扫描量热法考察不同分子量聚乙二醇(PEG)及其二元相变体系的相变特性。结果表明,PEG分子质量和组分质量比对相变体系的相变温度和相变潜热有较大的影响,随着PEG分子量的增大,相变起始温度和相变峰温均呈升高趋势,相变潜热先升后降;二元相变体系PEG2000/PEG4000不同质量比步冷曲线均有明显的温度平台,结晶温度38.4~43.2℃,且变化趋势相近;DSC分析PEG2000/PEG4000相变温度和相变潜热均处于PEG2000和PEG4000单一组分范围之间,不同质量比时升温过程中双组分单独作用出现双峰,降温过程中双组分协同作用出现单峰。因此,将不同分子量PEG按一定质量比例共混可实现温度调控的相变材料。     

聚双甲基丙烯酸聚乙二醇酯固-固相变储能材料的制备

制备了以聚甲基丙烯酸为骨架、聚乙二醇(PEG)为工作物质的新型高分子固-固相变储能材料。对PEG和几种不同的相变材料分别进行DSC测试,对PEG分子量为4000的相变材料进行非等温DSC测试。结果表明,与纯PEG相比,相变材料的相转变温度降低12.3℃,相变焓降低45 J/g。随着聚乙二醇分子量由2000依次增加为4000,6000,10000,相变材料的相转变温度分别为44.8,52.9,63.8和74.3℃,相变焓分别为142.9,203.2,190.1,231.4 J/g,均有增加的趋势。随着升温速率增加,PEG分子量为4000的PCM的相变温度依次升高,分别为47.4,50.0和53.1℃。     

PEG/HDPE/CNT定形相变材料在沥青混凝土中的传热特性分析

通过熔融共混法,制备以聚乙二醇(PEG)为相变工作物质、高密度聚乙烯(HDPE)为定形载体及碳纳米管(CNT)为导热填料的新型定形相变材料-PEG/HDPE/CNT (fs-PCMs),并采取渗漏试验、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)和扫描电子显微镜(SEM)对其定形效果、储热特性、热稳定性及微观形貌进行测试与表征;再将其作为调温材料掺加至AC-13沥青混合料中,制备出具有储热调温作用的相变储热沥青混合料,并采用ANSYS软件对其在经受热源辐射时的传热行为进行数值模拟。结果表明,HDPE具有大量的网络结构,能够起到熔融过程中定形液态PEG的作用; PEG/HDPE/CNT fsPCMs的相变储热特性良好、热稳定性较高,能够作为相变储热材料掺入至沥青混凝土中; PEG/HDPE/CNT fs-PCMs的掺量越多,则沥青混凝土的储热性能越优,混凝土内部的传热形式也主要以自然对流为主,这更加有利于改善沥青混凝土在夏季高温气候下的温度场。     

聚乙二醇二元体系的相变特性研究

采用步冷曲线法和差示扫描量热法考察不同分子量聚乙二醇(PEG)及其二元相变体系的相变特性。结果表明,PEG分子质量和组分质量比对相变体系的相变温度和相变潜热有较大的影响,随着PEG分子量的增大,相变起始温度和相变峰温均呈升高趋势,相变潜热先升后降;二元相变体系PEG2000/PEG4000不同质量比步冷曲线均有明显的温度平台,结晶温度38.4⁴3.2℃,且变化趋势相近;DSC分析PEG2000/PEG4000相变温度和相变潜热均处于PEG2000和PEG4000单一组分范围之间,不同质量比时升温过程中双组分单独作用出现双峰,降温过程中双组分协同作用出现单峰。因此,将不同分子量PEG按一定质量比例共混可实现温度调控的相变材料。     

测试速率对PEG/GO定型相变材料熔融和结晶性能的影响

以聚乙二醇/氧化石墨烯(PEG/GO)定型相变材料为测试样品,采用差示扫描量热法(DSC)对其熔融、结晶性能进行了表征,研究了测试速率(即升/降温速率)对该相变材料熔融、结晶温度和热焓的影响。结果表明:随着降温速率的增加,PEG/GO相变材料的结晶温度逐渐降低;随着升温速率的增加,材料的熔融温度逐渐提升;测试速率越高,焓值越小;随着GO加入量的增加,升降温时的焓值均呈现降低的趋势;相同GO含量的PEG/GO定型相变材料,其熔融焓总是大于同等测试速率下得到的结晶焓,而且测试速率越快,差值越大;在相同测试速率下,GO的添加量基本不会对PEG/GO相变材料的熔融、结晶温度产生影响。     

聚乙二醇/SiO2定形相变材料在沥青中的相变储热性能

利用多孔二氧化硅的良好吸附性,将不同计量的聚乙二醇在硅溶胶胶凝过程中吸附于硅凝胶的孔隙结构中制备聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料（PEG/SiO₂ SSPCM）;并将其与熔融沥青共混获得不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料（Asphalt-SSPCM）。借助孔径分析仪和扫描电镜（SEM）表征了载体二氧化硅孔结构和PEG/SiO₂ SSPCM的表观形貌;通过X射线衍射仪（XRD）、综合热分析仪（DSC/TG）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）考察了沥青中PEG/SiO₂ SSPCM的晶体结构、储热性能、热稳定性及化学兼容性;通过本文作者课题组研发的温度模拟试验箱测试了Asphalt-SSPCM的降温效果。结果表明,二氧化硅凝胶具有丰富的孔结构并能将聚乙二醇吸附于其介孔结构中;沥青中PEG/SiO₂ SSPCM仍含有聚乙二醇晶体,其储热能力随聚乙二醇含量的增加而增大,当聚乙二醇含量为76.1%时,相变焓高达117.5J/g,且不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料均表现出良好的热稳定性;PEG/SiO₂ SSPCM与沥青的化学兼容性良好,二者之间仅是物理作用;Asphalt-SSPCM的降温效果显著,可有效改善沥青路面的高温性能;并基于相变理论,分析了沥青-定形相变材料的相变储热原理。     

聚乙二醇/二氧化硅复合定形相变储能材料的制备与研究

为拓宽相变储能材料在实际工程中的应用范围,以聚乙二醇(PEG)为相变储能材料,二氧化硅(SiO2)为载体基质,采用溶胶-凝胶法制备了一种有机-无机复合定形相变材料.通过DSC、TGA、SEM和相变循环试验对复合定形相变材料的结构与性能进行测试,试验结果表明:聚乙二醇的最佳质量分数为70％,相变温度为49.73℃,相变焓为107.6 J·g-1;复合定形相变材料在384.16℃以内质量损失较小,热稳定性良好;复合定形相变材料在多次相变循环后没有液相泄露,质量损失较小,定形效果和相变循环稳定性良好,在众多领域中具有广阔的应用前景.     

聚乙二醇/涤纶接枝共聚固-固相转变贮热材料

为了制备热稳定性好、蓄热性能优异的固-固相转变材料(PCM),研究采用化学法合成了聚乙二醇(PEG)/涤纶(PET)PCM。实验结果表明,PEG/PET PCM的热力学性能与PEG的分子量、PEG/PET质量配比以及不同交联体系有关。化学接枝法合成的PEG/PET PCM,最大相变焓可达112.02 J/g,热稳定性提高,热滞后性减小,PEG/PET PCM在众多领域具有广泛应用。     

聚乙二醇/聚氯乙烯/废旧PCB非金属粉复合定形相变材料的制备与研究

采用熔融共混法和模压法,以聚乙二醇(PEG)为相变材料,聚氯乙烯(PVC)为定形基材,废旧印刷电路板非金属粉(N-PCB)为增强填料,制备了一种新型的复合定形相变材料。通过差示扫描量热仪对材料的相变过程进行了表征。结果发现,添加PEG20000质量分数为30%时,复合材料的相变熔融焓和凝固焓最大,分别为46.61 J/g和47.62 J/g,相变温度区间为65.0～78.0℃。另外,还研究了N-PCB作为填料对于新型复合定形相变材料的密度、热变形温度和力学性能的影响,结果发现在PEG20000/PVC体系中N-PCB添加量为30%时,复合材料的综合性能最优。     

PEG/EG复合相变储能材料蓄冷性能的实验研究

制备了以相对分子质量不超过1 000的聚乙二醇（PEG）为相变基质、膨胀石墨（EG）为导热强化相的PEG/EG低温复合相变储能材料,并分析了不同EG含量时各种因素对这种相变储能材料的蓄冷性能的影响。利用闪光导热分析法研究了EG含量和加压程度对这种复合材料的导热性能的影响,用电子显微镜观察法比较了不同EG含量和加压条件下这种复合材料导热性能差异的微观机理,用工程测量法分析了这种复合材料的蓄冷性能及其相变曲线。结果表明,EG含量和加压程度对这种低温复合材料导热性能的影响是通过改变EG内部导热网络结构而实现的;随着EG含量的增加,复合材料的蓄冷性能呈提升趋势;EG能够减少冷媒温度、蓄冷剂本身质量对蓄冷过程的影响。     

电驱动PEG/EG复合相变材料的制备与性能

以聚乙二醇（PEG）为相变组分，膨胀石墨（EG）为支撑材料，采用真空浸渍的方法制备了PEG/EG电热转换相变储能材料。改变复合相变材料中EG的质量分数，探究其在电热转换与热能存储效率、定形效果、相变焓值、储放热速率等方面的作用。结果表明，EG不仅能够提高复合相变材料的导热性能，还赋予其导电性能。当EG质量分数为5%时，PEG/EG复合相变材料具有良好的电热转换性能，在外加电压为7 V时，其电热转换与热能存储效率达到80.6%。同时，复合相变材料表现出良好的定形效果、较高的相变焓值（152.2 J/g）和优异的导热性能，与纯PEG相比，其储热所用时间减少了73%，储放热速率大幅提高。因此，PEG/EG复合相变材料在电驱动热能存储系统和能量转换与存储等领域具有广阔的应用前景。     

高导热膨胀石墨/棕榈酸定形复合相变材料的制备及储热性能研究

采用棕榈酸(palmitic acid, PA)作为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite, EG)作为添加基质,通过“熔融共混-凝固定形”工艺制备了PA/EG定形复合相变材料以提高相变材料的综合性能。预测并制备了21种不同配比的定形复合相变材料,对其形貌结构和孔隙率进行了微观表征与理论分析,并在此基础上对样品进行了传热性能分析、热物性测试、热稳定性研究和储热性能分析。SEM形貌分析显示所使用工艺可使棕榈酸能较好地被吸附于膨胀石墨的孔隙结构并使之均匀分布;DSC测试结果表明定形复合相变材料[70%(质量) PA]的焓值为193.01 J/g,纯PA的焓值为275.35 J/g,对应于熔点分别为61.08℃和59.53℃。EG的添加,可有效提高相变材料的热导率。当样品密度为900 kg/m³,EG含量为30%(质量)时,定形复合相变材料的热导率为14.09 W/(m·K),相比于纯PA[0.162 W/(m·K)]提高约87倍;对制备的样品进行50次循环稳定性实验,EG含量为24%(质量)和30%(质量)的样品形态均未出现明显变化,表现出良好的充放热循环稳定性。     

Preparation and thermal characterization of expanded graphite/paraffin composite phase change material

Expanded graphite (EG)/paraffin composite phase change materials (PCMs), with mass fraction of EG varying from 0 to 10 wt.%, were prepared and characterized. Polarizing optical microscope investigation showed that compact EG networks formed gradually with increase in the mass fraction of EG. These networks provided thermal conduction paths which enhanced the thermal conductivity of the composite PCMs, e.g., an addition of 10 wt.% EG resulting in a more than 10-fold increase in the thermal conductivity compared to that of pure paraffin. Thermal characterization of the composite PCMs with a differential scanning calorimeter (DSC) revealed the effect of the porous EG on the phase change behavior of paraffin. The shifts in the phase change temperatures were observed. The maximum deviation of the melting/freezing points of the composite PCMs from that of pure paraffin was 1.2 °C whereas that of the peak melting/freezing temperature was 5.6 °C. The DSC investigation also showed an anomaly in the latent heat of the paraffin in the composite PCMs in that it first increased and then decreased with increase in the EG fraction. Heat storage/retrieval tests of the composite PCMs in a latent thermal energy storage system showed that the heat storage/retrieval durations for EG(10)/paraffin(90) composite were reduced by 48.9% and 66.5%, respectively, compared to pure paraffin, which indicated a great improvement in the heat storage/retrieval rates of the system.     

Solid–solid phase-change materials cross-linked by carbon quantum dots: Address leakage and high super-cooling degree simultaneously

Leakage and super-cooling are two main disadvantages of polyethylene glycol (PEG) when used as phase-change materials (PCMs) for thermal energy storage, which seriously restrict the practical applications of the materials. In this study, we employ carbon quantum dots (CQDs) as cross-linkers to fabricate PEG-based solid–solid PCMs, which not only address the leakage issue of PEG during melting process, but also have much lower super-cooling degree compared with PEG, exhibiting extraordinary thermal energy storage performance. CQDs serve as a heterogeneous nucleating agent in the crystal domains of these PEG-based PCMs according to the characterizations. Additionally, CQDs are also beneficial to the thermal stability of the PCMs. And these PEG-based PCMs have high phase-change enthalpies (94.4 J/g) and applicable phase-change temperatures (25–37°C), showing potential for thermal energy storage.     

Poly(ethylene glycol)/poly(methyl methacrylate) blends as novel form‐stable phase‐change materials for thermal energy storage

In this study, we focused on the preparation and characterization of poly(ethylene glycol) (PEG)/poly(methyl methacrylate) (PMMA) blends as novel form‐stable phase‐change materials (PCMs) for latent‐heat thermal energy storage (LHTES) applications. In the blends, PEG acted as a PCM when PMMA was operated as supporting material. We subjected the prepared blends at different mass fractions of PEG (50, 60, 70, 80, and 90% w/w) to leakage tests by heating the blends over the melting temperature of the PCM to determine the maximum encapsulation ratio without leakage. The prepared 70/30 w/w % PEG/PMMA blend as a form‐stable PCM was characterized with optical microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. The thermal properties of the form‐stable PCM were measured with differential scanning calorimetry (DSC). DSC analysis indicated that the form‐stable PEG/PMMA blend melted at 58.07°C and crystallized at 39.28°C and that it had latent heats of 121.24 and 108.36 J/g for melting and crystallization, respectively. These thermal properties give the PCMs potential LHTES purposes, such as for solar space heating and ventilating applications in buildings. Accelerated thermal cycling tests also showed that the form‐stable PEG/PMMA blend as PCMs had good thermal reliability and chemical stability. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2010     

聚乙二醇/纤维素相变材料的制备及性能表征

以微晶纤维素（MCC）为原料，制备纤维素海绵（Cell），并以其作为基体，通过物理共混的方法与聚乙二醇（PEG）PEG-6000进行复合，制备聚乙二醇/纤维素相变材料（PCMs），研究了PCMs的结构与相变储能性能。实验结果表明：PCMs中PEG的质量分数可以达到90.77%，且相变过程中不会发生液体泄漏的问题。FT-IR分析表明纤维素基体和PEG之间存在明显的氢键作用，无新化合物产生。XRD分析结果表明：与纯PEG-6000相比，纤维素基体的加入不会改变PEG的结晶形态，但会降低PEG的结晶度。DSC结果表明，PCMs的熔融焓（ΔH_f）随着PCMs中PEG质量分数的增加而增大，ΔH_f最高可达146.88J/g（PCM₅），但均小于纯的PEG（179.09J/g）；PCMs的结晶焓（ΔH_c）随着PCMs中PEG质量分数的增加而降低，ΔH_c的绝对值最高可达137.81J/g。TG分析表明，当环境温度小于250℃时，PCMs的热稳定性较好。     

Preparation of form-stable silica/polyethylene glycol composites using flash-drying for large-scale melt-spun fibers with thermal management property

The combination of phase change materials (PCMs) with fibers can afford smart fibers with thermal management properties. However, the issues of easy leakage and poor thermal stability of PCMs often limit their use in high-temperature spinning. Herein, we report a form-stable PCM of spherical SiO₂/PEG composite that was prepared through flash-drying using inorganic dendritic silica (D-SiO₂) as the core skeleton to support organic polyethylene glycol (PEG). The SiO₂/PEG composite not only presents high crystallization enthalpy (101.35 J/g), but also maintains a superior phase change stability. Meanwhile, it exhibits a significant temperature hysteresis effect during heating and cooling, and the endothermic and exothermic time are 381.95 and 293.57 s, respectively. Because the degradation temperature of 300°C for SiO₂/PEG is higher than the melt processing temperature of 240–270°C for the preparation of polyamide 6 (PA6) fibers, PA6/SiO₂/PEG fibers were prepared using melt spinning. The prepared PA6/SiO₂/PEG fibers exhibit high latent heat (17.14 J/g), outstanding thermal cycling stability and satisfactory temperature adjustment properties, and the temperature-adjustment time of 458.97 s and temperature difference of 10.68°C under the thermal environment. Moreover, the tensile strength of PCFs-20% reached 1.97 cN/dtex after drawing, which make PCFs meet the requirements of uses in textile industries.     

PEG/UPR/石墨烯复合相变材料的制备及其在节能 建筑中的传热性能研究

以聚乙二醇(PEG)为相变储热材料、不饱和聚酯树脂(UPR)为封装载体、石墨烯(GNP)为导热填料,通过熔融共混法制备出新型PEG/GNP/UPR复合相变材料,并采用导热系数测试仪、扫描电镜、差示扫描量热仪及傅里叶红外光谱仪对其进行测试与表征。将PEG/GNP/UPR作为调温材料掺入至水泥墙体中制备出相变储热墙体,利用热流计和温度记录仪测试了PEG/GNP/UPR对水泥墙体的热物性能的影响。试验结果表明,UPR具有丰富的三维网络结构,并能通过物理吸附作用牢牢将PEG分子链段限固与锚嵌其中,此外,GNP的掺入能够显著增强复合相变材料的导热特性,且PEG/GNP/UPR的相变特性与PEG基本相似;在升温过程中,PEG/UPR/GNP不仅能够吸收和储存墙体所受辐射的大量热量,而且PEG/UPR/GNP的掺入使得墙体的密度降低,这也会增大墙体的比热容,进而改善水泥墙体的温度。     

铜纳米粒子导热增强固-液相变储能材料的性能

使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙二醇（PEG）作为钝化剂对铜纳米颗粒进行原位包覆制备了PVP/PEG/Cu复合纳米粒子（CuNP），将其作为导热增强剂引入到PEG中制备了CuNP/PEG固-液相变储能材料（PCMs），并通过FTIR、XRD、DSC以及TGA等表征了CuNP/PEG固-液PCMs的结构及热性能。利用纳米粒子表面的PVP与PEG之间的氢键和空间位阻效应，以及PVP对铜核的保护作用，赋予了铜纳米粒子在PCMs中优异的分散稳定性。结果表明，CuNP的引入能够显著提高复合相变储能材料的导热能力，并能够作为晶核加速材料的结晶行为。当纳米粒子的质量分数为5%时，CuNP/PEG固-液PCMs的相变焓值为157.0 J/g，体系的储热速率、放热速率和结晶速率与纯PEG相比分别提高了34.09%、31.45%和53.33%。