CN101486894B - 定形相变材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定形相变材料，由如下成分及质量百分比的各组分组成：包覆材料25～45％，加工助剂0.5～10％，余量为石蜡；包覆材料为EVA和POE的混合物，加工助剂为抗氧剂、填料和润滑剂中的一种或几种；定形相变材料采用如下方法步骤制得：S1、配料，按上述质量百分比分别称好包覆材料、加工助剂和石蜡备用；S2、混熔，将容器加热，且将容器加热后的温度控制在150～160℃，然后将称好的石蜡放入容器中，待石蜡熔融后再加入称好的包覆材料和加工助剂后进行搅拌形成熔体；S3、成型，将前述的熔体倒入模板中模压，冷却后即形成定形相变材料。本发明在制备过程中，石蜡无明显损失，加工容易，定形相变材料表面光滑，具有较好的尺寸稳定性和强度，质量损失率低。

Description

定形相变材料及其制备方法 

技术领域

本发明涉及相变储能材料技术领域，具体涉及一种定形相变材料及其制备方法。 

背景技术

固液转化型相变储能材料，具有蓄热密度高、蓄放热近似等温、过程易控制等特点，因而在建筑、电器等领域，大有应用潜力。常用的相变材料的固液转化温度在20-60℃；在建筑物保温时一般控制20-40℃；在电子电器散热方面应用时一般要求固液转化温度在30-60℃；石蜡是在此温度范围常用的一种相变材料。固液转化过程中必须保证液相的密封，所以相变材料必须通过封装，制成定形相变材料，从而解决相变材料在液相时的泄漏和腐蚀问题。 

目前，对相变储能材料进行封装主要有定形化和微囊化两种。但是微胶囊化成本很高，难以实现工业化生产。而定形化主要是将相变材料与一些支撑材料进行复合，形成固化的相变储能材料。支撑材料的选择以及定形相变材料的制备工艺技术，对制成的定形相变材料的使用性能有较大的影响。目前报道使用的支撑材料主要为HDPE(HighDensity Polyethylene高密度聚乙烯)，也有少量采用PP(聚丙烯)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SEBS(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物)的。制备工艺主要有双螺杆挤出法、双辊开炼机塑炼法等。 

比如：叶宏等人研究了石蜡(熔点58℃)和HDPE组成的定形相变材料的结构和性能。Inaba教授较早研究了HDPE和石蜡(熔点54℃)体系混成的定形相变材料的热物理性质，石蜡掺混比例为74wt％。法国的Xavier Py等人制备了石蜡-膨胀石墨定形相变材料，并研究了体系的热物理性能，石蜡掺混比例为65wt％～95wt％。肖敏等人研究了石蜡和热塑弹性体SBS组成的复合相变材料在加入石墨后热传导性能的提高，他们加入的石蜡含量在20wt％～80wt％范围内。还有专利制备了芯材由石蜡类物质组成，由HDPE、PP、SBS、石墨等材料的一种或多种共混物作为包覆材料组成的定形相变材 料。中国专利ZL200410101555.1揭示了“一种石蜡类复合定形相变材料及制备方法”。其相变材料为70wt％～80wt％的石蜡类物质，石蜡类物质的熔点为44～50℃。支撑材料为4wt％～15wt％交链HDPE，4wt％～15wt％的SBS，4wt％～6wt％的膨胀石墨。制备方法：采用已有技术对HDPE交链改性：取70wt％～80wt％的石蜡类物质加热达到130～200℃使其熔化；取4wt％～15wt％的交链HDPE和4wt％～15wt％的SBS，加入到液蜡中搅拌；然后加入4wt％～6wt％的膨胀石墨搅拌；最后放入温度为120～140℃的热模具中，使用200～300kPa的压力压制成型，自然冷却后从模具中取出即成定形相变材料。所制成的定形相变材料无需容器封装，能直接接触传热介质水。 

此外，中国专利ZL200410068844.6揭示了“一种适于大规模工业生产的高导热定形相变蓄热材料”，由相变蓄热材料、高分子支撑材料、加工改进剂和导热添加剂组成。其中相变蓄热材料采用相变温度在15～70℃、50wt％～80wt％的石蜡；高分子支撑材料采用质量百分比为10wt％～30wt％的聚乙烯、聚丙烯、SBS、SEBS中的一种或几种；加工改进剂采用质量百分比为5wt％～20wt％的氧化铝、蒙脱土、硅藻土、粘土、钛白粉、碳酸钙、膨润土、二氧化硅中的一种或几种；导热添加剂采用质量百分比为5wt％～15wt％的金属粉或石墨。该材料可以很好地解决大规模工业生产的加工工艺问题，并且具有较好的导热性能，非常适于定形相变蓄热材料在建筑采暖中的大规模应用。 

但是，现有技术普遍存在如下问题：1、相变材料与支撑材料的熔融温度差异过大，混合与制成成品时加工温度较高，加工困难。2、相变材料有较多损失。3、制成的定形相变材料的长期稳定性较差。比如：高密度聚乙烯HDPE(熔点135℃)及聚丙烯PP(熔点200℃)和石蜡的熔点(30-60℃)相差较大，定形相变材料制备时容易造成石蜡流失。HDPE，PP的结晶度高，结晶过程中易将石蜡排挤出晶格，在使用过程中，每次的熔融-冷却过程都有石蜡从共混物中渗出，流失较多，影响定形相变材料的稳定性。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种定形相变材料，并相应提供一种定形相变材料的制备方法，来解决现有技术中加工困难、相变材料损失大，以及定形相变材料稳定性较差的问题。 

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种定形相变材料，由石蜡、包覆材料和加工助剂组成，各组分的质量百分比为：包覆材料25～45％，加工助剂0.5～10％，余量为石蜡；其中，所述包覆材料为EVA和POE的混合物，所述加工助剂为抗氧剂、填料和润滑剂中的一种或几种，所述定形相变材料采用如下方法步骤制得： 

S1、配料，按上述质量百分比分别称好包覆材料、加工助剂和石蜡备用； 

S2、混熔，将容器加热，且将容器加热后的温度控制在150～160℃，然后将前述称好的石蜡放入容器中，待石蜡熔融后再加入前述称好的包覆材料和加工助剂后进行搅拌形成熔体； 

S3、成型，将前述的熔体倒入模板中模压，冷却后即形成定形相变材料。 

进一步地，所述步骤S2混熔中，进行搅拌的时间为30～60分钟。 

本发明的有益效果是：本发明的定形相变材料制备方法，在制作过程中石蜡无明显损失；而且加工温度较低，可很容易的制备各种形状及厚度的定形相变材料制品。制得的定形相变材料表面光滑，具有较好的尺寸稳定性和较好的强度，多次高低温交变实验表明质量损失率不超过0.2％，远远优于HDPE等作为包覆材料的定形相变材料。 

具体实施方式

实施例一 

本发明提供的定形相变材料，其关键在于包覆材料(也可以说支撑材料)选用了EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer乙烯-醋酸乙烯脂共聚物)、POE(Polyolefin Elastomers乙烯-辛烯共聚物)中的一种或两种。 

配方为：质量百分比为25～45％的包覆材料；质量百分比为0.5～10％的加工助剂。加工助剂为抗氧剂、填料和润滑剂等中的一种或几种；其余为作为相变材料的石蜡。 

本发明提供的定形相变材料的制备方法，包括如下步骤： 

先配料：即按配方分别称好各种物料备用。 

然后混熔：即将不锈钢釜加热达到150～160℃，然后先加石蜡熔融，再缓慢加入EVA和/或POE，同时添加加工助剂，并启动搅拌30～60min制成均匀熔体。 

最后成型：即在前述步骤制备的熔体未冷却凝固时，把熔体倒在不锈钢或其它金属模板之间模压，即制成定形相变材料的板材。 

本具体实施方式的定形相变材料的制备方法，具体包括如下步骤： 

先配料：即称取各种物料备用，包括130克的石蜡，69克的EVA，以及1克的抗氧剂1010(四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯，商品名：抗氧剂1010)。 

然后混熔：将不锈钢锅用油浴加热。温度达到150～160℃后，先加入石蜡或其它相变材料，石蜡熔融后缓慢加入EVA，同时添加抗氧剂1010，并启动电动搅拌机搅拌混熔30分钟。 

最后成型：在前述混熔的熔体未冷却凝固时，把熔体倒在不锈钢模板之中；在温度100℃-130℃(最佳温度范围为110-120℃)的平板硫化机中模压1-5分钟，排气2-4次，取出冷却即制成定形相变材料的板材。 

实施例二 

本具体实施方式的定形相变材料的制备方法，具体包括如下步骤： 

先配料：即称取各种物料备用，包括110克的石蜡，88克的EVA，以及1克的抗氧剂1010。 

然后混熔：将不锈钢锅用油浴加热。温度达到150～160℃后，先加入石蜡，待石蜡熔融后缓慢加入EVA，同时添加抗氧剂1010，并启动电动搅拌机搅拌混熔60分钟。 

最后成型：在前述混熔的熔体未冷却凝固时，把熔体倒入不锈钢模板；在温度110℃的平板硫化机中模压1-5分钟，排气2-4次，取出冷却即制成定形相变材料的板材。 

实施例三 

本具体实施方式的定形相变材料的制备方法，具体包括如下步骤： 

先配料：即称取各种物料备用，包括120克的石蜡，79克的EVA，以及1克的抗氧剂1010。 

然后混熔：将Z-型捏合机加热达到150～160℃后，先加入石蜡，待石蜡熔融后缓慢加入EVA，同时添加抗氧剂1010，并启动电机搅拌捏合混熔20-45分钟。 

最后成型：在前述混熔的均匀熔体排料倒在不锈钢模板之中；在温度110℃的平板硫化机中模压1-5分钟，取出冷却即制成定形相变材料的型材。 

实施例四 

本具体实施方式的定形相变材料的制备方法，具体包括如下步骤： 

先配料：即称取各种物料备用，包括120克的石蜡，79克的EVA，以及1克的抗氧剂1010。 

然后混熔：将不锈钢锅用油浴加热。油温达到150～160℃后，先加入石蜡，待石蜡熔融后缓慢加入EVA，同时添加抗氧剂1010，并启动电动搅拌机搅拌混熔45分钟。 

最后成型：在前述混熔的熔体未冷却凝固时，把熔体倒入不锈钢模板；在常温平板硫化机上模压1-3分钟，排气2-4次，即制成定形相变材料的板材。 

实施例五 

本具体实施方式的定形相变材料的制备方法，具体包括如下步骤： 

先配料：即称取各种物料备用，包括130克的石蜡，29g的POE，40g的EVA，以及1克的抗氧剂1010。 

然后混熔：将Z-型捏合机加热达到150～160℃后，先加入石蜡，待石蜡熔融后缓慢加入EVA和POE；同时添加抗氧剂1010，并启动电机搅拌捏合混熔20-45分钟。 

最后成型：在前述混熔的熔体未冷却凝固时，把熔体倒在不锈钢模板之中；在常温的平板硫化机上模压1-3分钟，排气2-4次，即制成定形相变材料的板材或型材。 

实验表明，本发明定形相变材料制备过程中石蜡无明显损失，可很容易地制备各种形状及厚度的定形相变材料制品。制得的定形相变材料样品表面光滑，具有较好的尺寸稳定性和较好的强度。经过75℃、48h的热老化，70℃、5h的恒温水浴实验和高低温(20～70℃，48h)温度循环实验，定形相变材料质量损失率不超过0.2％，远优于HDPE等作为包覆材料的定形相变材料。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (2)

1.一种定形相变材料，由石蜡、包覆材料和加工助剂组成，其特征在于：各组分的质量百分比为：包覆材料25～45％，加工助剂0.5～10％，余量为石蜡；其中，所述包覆材料为EVA和POE的混合物，所述加工助剂为抗氧剂、填料和润滑剂中的一种或几种，所述定形相变材料采用如下方法步骤制得：

S1、配料，按上述质量百分比分别称好包覆材料、加工助剂和石蜡备用；

S2、混熔，将容器加热，且将容器加热后的温度控制在150～160℃，然后将前述称好的石蜡放入容器中，待石蜡熔融后再加入前述称好的包覆材料和加工助剂后进行搅拌形成熔体；

S3、成型，将前述的熔体倒入模板中模压，冷却后即形成定形相变材料。

2.如权利要求1所述的定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2混熔中，进行搅拌的时间为30～60分钟。