石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储热性能研究

由二元相图确定出石蜡-硬脂酸二元低共熔物的质量配比为m(石蜡)∶m(硬脂酸)=17∶8,按上述配比通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸复合相变材料,将石蜡-硬脂酸复合相变材料与石墨通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料,通过储/放热实验和差示扫描量热法(DSC)对石蜡-硬脂酸和石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的热性能进行了测试和表征。结果表明,石蜡-硬脂酸复合相变材料的相变储热性能好;随着石墨含量的增加,石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储/放热时间明显缩短,导热性能大幅度提高,但相变潜热逐渐降低,相变温度保持不变。制备的石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热,导热性能优良,可用于低温储能领域。     

脂肪酸多元低共熔物的共晶质量比例、储热性能及其应用

以单一脂肪酸癸酸(CA)、月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)为原料,使用Schrader公式和MATLAB软件分析了脂肪酸二元低共熔物(CA-LA和CA-MA)、三元低共熔物(CA-LA-PA、CA-LA-SA、CA-MA-PA和CA-MA-SA)和四元低共熔物(CA-LA-PA-SA和CAMA-PA-SA)的共晶相图。确定了以上8种脂肪酸低共熔物的共晶质量比例。采用差热扫描仪(DSC)测试了脂肪酸多元低共熔物的储热性能,测试结果表明:脂肪酸低共熔物的相变温度明显低于脂肪酸的相变温度,且随着低共熔物中组分的增加而降低。制备出的脂肪酸低共熔物的融化温度和融化焓值分别为15~31℃和127~155kJ/kg。     

碳/SiO_2纳米纤维膜基定形相变材料的制备及性能

研究首先制得二元脂肪酸低共熔物,然后将用静电纺丝法制备不同SiO2含量的、并对其进行炭化的PAN/SiO2纳米纤维膜作为支撑材料,吸附二元脂肪酸低共熔物制得碳/SiO2纳米纤维膜基定形相变材料(CSNPCM),利用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等对制备出的定形相变材料的形貌结构和储热性能进行分析和表征。随着SiO2含量的增加,定形相变材料对二元脂肪酸低共熔物的吸附容量有所降低。SEM结果表明,二元脂肪酸低共熔物均匀地包埋、分散在多孔纳米纤维膜的三维网络结构中。DSC测试结果表明,SiO2的加入降低了定形相变材料的相变潜热,对其相变温度无太大影响。     

癸酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

本文研制了一种用于相变温度在0~5℃的冷藏运输系统的二元有机复合相变蓄冷材料。该材料由癸酸和辛酸按比例混合经超声波振荡后制得,质量配比为30∶70。通过步冷曲线法测定了不同质量配比的癸酸-正辛酸溶液的相变温度,利用相图确定了二元低共熔共晶点,此时的质量配比为30∶70。经差示扫描量热仪(DSC)测得共晶溶液的相变温度为1.5℃,相变潜热为120.6 J/g。癸酸-正辛酸共晶混合物经过30次、60次结晶与熔化循环后,相变温度、相变潜热均未发生明显变化。测试结果表明,该相变蓄冷材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和良好的循环热稳定性,在蓄冷系统尤其是冷藏运输系统中有着很大的应用潜力。     

正癸酸-月桂酸-硬脂酸三元低共熔体系/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

将正癸酸(DA)、月桂酸(LA)和硬脂酸(SA)熔融共混制备了三元体系相变材料(DA-LA-SA),以DA-LA-SA为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体材料,用熔融共混法制备不同DA-LA-SA含量的三元低共熔脂肪酸/膨胀石墨复合相变材料(DA-LASA/EG-PCMs)。采用FT-IR、XRD、SEM、TGA和DSC对其组成成分、晶体结构、微观形貌、相变温度和相变焓进行表征。结果表明,当DA、LA和SA的质量配比为1∶8∶1时,DA-LA-SA具有较低的相变温度和较高的相变焓;EG由大量的微孔构成,通过微孔束缚和表面吸附与DA-LA-SA物理结合,具有良好的稳定性;EG质量分数为10%时,所制备的DA-LA-SA/EG-PCMs三元相变体系复合相变材料的相变温度为38.6℃,相变焓为123J/g,导热系数为3.572 1 W·(m·K)-1,分散均匀,颗粒粒径较小,具有优良的热性能和稳定性。     

PET基定形相变复合纤维的制备

采用静电纺丝技术成功制备了以5种脂肪酸二元低共熔混合物(LA-MA、LA-SA、MA-PA、MA-SA、PA-SA)为固液相变材料,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为支撑材料的定形相变复合纤维。研究了不同种类的脂肪酸二元低共熔物对复合相变纤维的形貌结构、储热性能以及力学性能的影响。研究结果表明这5种定形相变复合纤维的表面均呈现褶皱的形貌特征,同时纤维直径也明显增大。热分析结果表明当改变纤维中脂肪酸二元低共熔物的种类时,复合相变纤维的熔化温度和熔化焓值均随之而变化,其中熔化温度最低为33.23℃,最高为52.82℃,熔化焓值最低为62.75kJ/kg,最高为94.76kJ/kg。力学性能测试结果表明,由于脂肪酸二元低熔物的加入复合相变纤维的拉伸强度减小,断裂伸长率增大。     

有机改性蒙脱土基复合相变材料的制备及相变动力学分析

以癸酸(CA)、肉豆蔻酸(MA)、硬脂酸(SA)三元低共熔物为相变材料,有机改性蒙脱土(OMMT)为层状封装材料,采用熔融浸渗法制备 CA-MA-SA/OMMT 复合相变材料,相变材料和层状材料的最佳质量比 m(CA-MA-SA)∶m(OMMT)=7∶3。采用 X 射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变材料的结构、性能进行表征。结果表明：三元脂肪酸低共熔物被有效封装在改性后的蒙脱土层间,复合相变材料的相变温度为20.14℃,相变潜热为89.14 J·g-1。相变动力学分析结果,复合相变材料的相变反应级数为1.18,活化能为14.22 kJ·mol-1。活化能说明低共熔物与蒙脱土之间是嵌合关系,不是化学吸附。     

癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨蓄能复合相变材料的制备与热性能研究

癸酸、棕榈酸、硬脂酸形成的三元低共熔物与膨胀石墨通过真空浸渍法制备出新型癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨储能复合相变材料,适宜的质量比为m(癸酸)∶m(棕榈酸)∶m(硬脂酸)=77.0∶11.5∶11.5,m(癸酸-棕榈酸-硬脂酸)∶m(膨胀石墨)=13∶1。采用DSC、FT-IR、TG、SEM、冷热循环实验和蓄/放热实验研究了材料的结构和热性能。SEM和FT-IR分析结果表明低共熔物与膨胀石墨是通过物理吸附方式结合。DSC结果表明复合材料融化和凝固时的相变温度为28.93℃和16.32℃,相变潜热为137.38J/g和141.51J/g。TG结果表明复合相变材料在100℃以下具有良好的热稳定性。500次热循环和蓄/放热实验表明循环前后复合相变材料的热可靠性好,且使用寿命长。膨胀石墨的添加改善了复合材料的热性能和热导率。研究表明制备的新型复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和热导率,热性能稳定可靠,可用于低温蓄能领域。     

脂肪酸三元低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测

对脂肪酸低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测公式进行了选择和实验验证,通过DSC实验测试月桂酸-肉豆蔻酸二元低共熔混合物、月桂酸-肉豆蔻酸-棕榈酸三元低共熔混合物的热物性参数,发现理论预测公式对低共熔质量配比和相变温度的预测与实验结果吻合较好,可以用于计算脂肪酸类低共熔混合物的热特性参数。在此基础上对10种脂肪酸三元低共熔混合物的质量配比、相变温度和潜热进行了预测计算,这10种脂肪酸三元相变温度范围为16.12～38.86℃,相变潜热范围为154.99～177.39J/g。脂肪酸三元低共熔混合物的研究丰富了脂肪酸的相变温度和相变潜热范围,为脂肪酸类相变材料的工程应用提供了更广阔的空间。     

肉豆蔻酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性研究

以肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备了MA-TD二元复合相变材料,利用步冷曲线法测定不同质量比的MA-TD复合相变材料的结晶温度,绘制相图获得二元体系低共晶点,确定了MA-TD共晶混合物的质量比为36∶64,其结晶温度为32.7℃。差示扫描量热测试结果表明MA-TD共晶混合物的相变潜热为227.08kJ/kg。傅里叶变换红外光谱测试表明,复合相变材料中MA和TD的分子结构未发生变化,两者为物理复合。经过500次0～60℃冷热循环,MA-TD二元复合相变材料的相变温度基本不变,说明该复合相变材料的热稳定性较好。     

月桂酸/十六醇/二氧化硅复合相变材料的结构与性能

为了制备适用于服用调温纺织品领域的定形相变材料,选用月桂酸和十六醇二元低共熔物作为工作物质,采用溶胶-凝胶法制备月桂酸/十六醇/二氧化硅复合相变材料。用DSC、IR、TG、SEM、热渗出等方法对其结构和性能进行了研究。结果表明:二氧化硅复合相变材料相变温度为34℃,符合服用要求;当相变材料的质量分数为64%时,相变焓可达122.4J/g;复合相变材料是二氧化硅凝胶和月桂酸/十六醇二元体系的物理共混物,没有新的键合生成;TG曲线表明复合相变材料在125℃之前,具有良好的热稳定性;复合相变材料组织呈近球形或椭球形的颗粒状,表面光滑圆润,粒径在2μm左右,分散性较好;热渗出实验表明,二氧化硅凝胶对月桂酸/十六醇二元低共熔相变材料具有良好的定形效果。     

CA-SA/蒙脱土复合相变贮能材料的制备、结构与性能

用差式扫描量热(DSC)技术研究了癸酸(CA)和硬脂酸(SA)二元混合物的热性能,确定了CA-SA二元低共熔物的组成和相变温度;在此基础上,研究了CA-SA二元低共熔物与蒙脱土复合贮能材料的制备方法,并用XRD、IR、DSC等方法对复合材料的结构和性能进行了表征与测试.研究结果表明:CA-SA被有效地包封在蒙脱土层间,制得复合材料的相变温度为20.21℃,相变焓为120.43J/g.     

二元脂肪酸/生物基SiO_2复合相变材料的制备与性能

为了获得适用于建筑领域的相变材料和相变温度,选用月桂酸(LA)和棕榈酸(PA)共混制备的二元低共熔脂肪酸(LA-PA)作为储能材料,废弃稻草和稻草灰提取的生物基SiO_2(b-SiO_2)粉末作为载体,采用熔融浸渗法制备了LA-PA/b-SiO_2定形相变储能材料。采用FTIR、XRD、比表面测试、SEM、DSC、TGA对LA-PA/b-SiO_2复合相变材料的结构与性能进行分析。结果表明:LA-PA和b-SiO_2并不是简单的物理相互作用;LA-PA被束缚在b-SiO_2多孔网络中,从而在固相变为液相时,相变材料不会泄露。通过XRD分析可得,随着b-SiO_2含量的增加,LA-PA/b-SiO_2复合相变材料的结晶度降低。由DSC和TGA分析可知,LA-PA/b-SiO_2复合相变材料具有良好的相变性质和热稳定性,相变焓在67.36~146.0J/g之间。     

肉豆蔻酸-十四醇/二氧化硅复合相变材料的制备及性能研究

利用肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)复合制备出二元共熔混合物作为储能基元,以二氧化硅作为载体材料,采用溶胶-凝胶法制得MA-TD/SiO_2定形复合相变材料。在70℃温度条件下,采用扩散-渗透圈法确定MATD相变材料和正硅酸乙酯(TEOS)的最佳质量配比为1∶2。扫描电镜(SEM)观测发现复合相变材料外观近球形,储能基元被固定到SiO_2多孔网络中;DSC检测结果表明复合相变材料的相变起始温度为23.46℃,相变潜热为83.07kJ/kg;红外光谱(FT-IR)测试结果显示相变材料和SiO_2之间为物理复合,未出现新物质;300次0～60℃冷热循环后MA-TD/SiO_2复合相变材料的失重率仅为0.67%,具有良好的热稳定性。     

脂肪酸三元体系相变材料固-液相变动力学研究

为有效地控制脂肪酸贮能材料的相变过程,利用差示扫描量热法(DSC)研究了癸酸(CA)-肉豆蔻酸(MA)-硬脂酸(SA)、CA-MA-棕榈酸(PA)、CA-PA-SA三元低共熔物体系的热力学性能,确定最低共熔混合物的组成、相变温度和相变潜热。运用Kissinger动力学方法计算CP-MA-SA、CP-MA-PA、CP-PA-SA三元低共熔混合物固-液相变过程的相变活化能及反应级数。结果表明:活化能为257.46~353.40kJ/mol,反应级数为1左右,动力学参数为脂肪酸三元体系在民用建筑的应用提供了重要依据。     

二元有机/煤系高岭土复合相变储能材料的制备及其热性能

采用熔融插层技术,以二甲基亚砜(DMSO)改性的煤系高岭土为前驱体,将月桂酸(LA)和月桂醇(LAL)作为相变材料插入高岭土(Kaolin)层间,制备二元有机/煤系高岭土复合相变储能材料。采用XRD、FTIR、DSC等现代测试技术对复合材料的热性能与内层结构进行了研究。结果表明LA-LAL/kaolin复合物相变温度为25.1℃,相变焓为45.24J/g;复合相变材料是煤系高岭土和月桂酸/月桂醇二元体系的物理共混物,没有新的键合生成;热稳定性实验表明,煤系高岭土对月桂酸/月桂醇二元低共熔相变材料具有良好的定形效果。     

CA-LA-MA-PA-SA/PAN/MWNTs-COOH相变复合纤维膜的结构与热性能

以脂肪酸五元低共熔物(CA-LA-MA-PA-SA)为固-液相变材料,以聚丙烯腈/羧基化多壁碳纳米管(PAN/MWNTs-COOH)复合纤维膜为支撑载体,其中PAN/MWNTs-COOH的质量比例为95/5和90/10,通过物理吸附法制备CA-LA-MA-PA-SA/PAN/MWNTs-COOH定形相变复合纤维膜。系统分析了复合纤维膜的形态结构、相变温度和焓值、储放热速率。SEM观察结果表明CA-LAMA-PA-SA五元低共熔物被成功地吸附到静电纺PAN/MWNTs-COOH复合纤维膜的多孔网络结构中。DSC测试结果表明制备的纤维膜的相变融化温度和焓值约为19℃和121～129kJ/kg。传热测试结果表明添加MWNTs-COOH后复合纤维膜的储热和放热效率得到显著提高。     

十酸-十四酸-十八酸/有机蒙脱土复合相变材料的制备与性能研究

选用十酸、十四酸和十八酸制备的三元低共熔物为相变材料,有机改性蒙脱土为支撑材料,熔融浸渗法制备了十酸-十四酸-十八酸/有机蒙脱土复合相变材料。采用DSC、FT-IR、TG、SEM、冷/热循环试验和蓄/放热试验等方法对其结构和热性能进行研究,结果表明,DSC测试复合材料的相变温度21.06℃,相变潜热102.26J/g;FT-IR表明相变材料和支撑材料的结合为物理吸附;TG曲线表明复合材料在低于130℃时热稳定性良好;SEM试验显示相变材料很好的分散在支撑材料层间;冷/热循环试验表明复合材料经历1000次冷/热循环后有较好的热稳定性;蓄/放热试验说明复合材料具有显著的蓄/放热能力,应用于建筑节能领域,可减小室内环境大幅度波动,满足人们对室内温度高舒适度的要求。     

溶胶-凝胶法制备脂肪酸/SiO_2复合储能相变材料研究

以SiO_2为担载材料、癸酸-硬脂酸脂肪酸低共熔物为相变芯材,通过溶胶-凝胶法制备脂肪酸/SiO_2复合储能相变材料,并通过SEM,FT-IR,DSC及TG对其结构和性能进行了分析和表征。结果表明:当癸酸-硬脂酸的掺量为55%时,脂肪酸能牢固封存于SiO_2的三维空间网络结构中,复合储能相变材料颗粒均匀,表面光滑圆润;当超过SiO_2负载量时,多余的脂肪酸会暴露于基体表面,造成颗粒团聚、黏结且分散性差;SiO_2作为担载材料与相变芯材之间仅为简单的物理嵌合关系,同时还能提高复合储能相变材料的高温稳定性,使其在150℃以下具有稳定的热性能;复合储能相变材料的相变温度和潜热分别为29.9℃和68.2J/g,适合作为储能蓄热材料应用于低温相变领域。     

粉煤灰-硅藻土复合相变储能材料制备及导热强化

固废资源化利用是实现节能减排的重要途径,以月桂酸为相变工作介质,以粉煤灰-硅藻土二元载体为封装材料,碳纳米管为导热剂,采用直接熔融共混法制备出月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管复合相变储能材料。采用热扩散渗透测试、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、无纸记录仪等分别考察了定形复合相变储能材料的承载性能、微观结构和热物性。结果表明:粉煤灰-硅藻土二元载体可有效防止月桂酸的泄漏,当二元载体中月桂酸的质量分数为28%时可制得无泄漏复合相变储能材料,且原样粉煤灰利用率为55%;FTIR结果表明复合材料中各组分之间相容性好;DSC测得其熔化相变温度为45.79℃,相变潜热为51.06 J/g;TGA分析显示月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管热稳定性较好;储/放热性能曲线显示加入质量分数为5%的碳纳米管时,复合相变储能材料的熔化与凝固时间分别减少60%和62.5%,传热效率得到显著改善。