CN101565606A - 一种高分子固-固相变储能材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种高分子固－固相变储能材料，按质量百分比，由相变主材料60％～95％和骨架材料5％～40％组成，总质量百分比为100％，相变主材料采用高密度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纤维。将相变主材料和骨架材料干混后，置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为100℃～190℃；将制得的粒料重复4～6次置于挤出机中造粒，即制得本发明的高分子固－固相变储能材料。本发明相变储能材料相变焓值高、储能性能好、热稳定性好、化学稳定性高，且相变过程形态稳定，在太阳能储存、能量利用与转换、废冷与废热利用等多种技术领域具有应用前景。

Description

一种高分子固-固相变储能材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种高分子固-固相变储能材料，本发明还涉及该相变储能材料的制备方法。

背景技术

能源利用领域中最重要的课题是节能与环保，而相变储能技术是利用相变材料的相变潜热进行能量贮存(蓄冷、蓄热)的一项新型环保节能技术，可解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。近年来，发达国家在推广应用相对比较成熟的储能技术的同时，纷纷投入巨资开发新的储能技术和储能材料，以期不断提高其技术性能、经济性和可靠性，使相变储能材料(PCM)成为国内外能源利用和材料科学方面研究的热点。相变储能材料能够在其物相变化过程中，从外部环境中吸收热(冷)量或向环境释放热(冷)量，从而实现能量的储存和释放。利用相变储能材料的特征，将其应用于太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域，并制造出各种提高能源利用率的设施，同时由于其相变时的温度近似恒定，可用于调整控制周围环境的温度，且能多次重复使用。因此相变储能材料成为日益受到人们重视的、应用前景十分广泛的新材料。

相变材料通常由多组份构成，包括主储热剂、相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂和相变促进剂等。相变储能材料，按照相变形式，主要分为固-固相变储能材料和固-液相变储能材料；按照相变温度范围分为高温储能材料、中温储能材料和低温储能材料；按照成分大致可分为无机物储能材料和有机物(包括高分子)储能材料。

目前常用的相变储能材料主要包括无机物相变储能材料和有机物相变储能材料两大类。绝大多数无机物相变储能材料具有腐蚀性，而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了储能能力。有机物相变储能材料的腐蚀性小，相变过程中几乎没有相分离，且化学性能稳定、价格便宜。但是有机物相变储能材料普遍存在储能密度和导热系数低的缺点，致使其应用于储能系统时，存在传热性能差、储能利用率低的缺陷，降低了储能系统的效能。因此，研制储能密度大、性能稳定的高分子复合相变储能材料成为该研究领域的热点和难点。可以预见，高分子相变储能材料和技术将作为一个新的工业和研究领域得到迅速的发展。

现有高分子固-固相变储能材料的制备方法，主要有接枝共聚法和共混法。接枝共聚法的制备工艺复杂、成本较高，且辅料和溶剂的排放对环境造成污染，因而采用该方法大批量生产相变储能材料受到制约；共混法的制备工艺简单、成本较低、无污染，后续成型方法易实现。但单纯共混法制得的相变储能材料中的相变主材料与骨架材料结合不牢固，在相变过程中会产生分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分子固-固相变储能材料，储能密度和导热系数高，将其应用于储能系统中，具有较好的传热性能，提高储能利用率，能够提高储能系统的效能。

本发明的另一目的是提供上述相变储能材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种高分子固-固相变储能材料，按质量百分比，由以下组份组成：相变主材料60％～95％、骨架材料5％～40％，上述组份质量之和为100％，其中，相变主材料采用高密度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纤维。

本发明所采用的另一技术方案是，上述相变储能材料的制备方法，按以下步骤进行：

步骤1：按质量百分比，分别取相变主材料60％～95％、骨架材料5％～40％，各组份总量100％，干混后，得到配料，其中的相变主材料采用高密度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纤维；

步骤2：将步骤1制得的配料，置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为100℃～190℃；

步骤3：将步骤2制得的粒料重复4～6次置于挤出机中造粒，每次重复造粒期间造粒的温度与步骤2造粒时的温度一致，即制得高分子固-固相变储能材料。

本发明相变储能材料以高密度聚乙烯(HDPE)或聚乙二醇(PEG)为相变主材料、活性炭纤维为骨架材料，采用吸附和熔融共混法挤出制得。在发生固-液相变后，仍保持其固态时的形状，具有相变焓值高、储能性能好、热稳定性好、化学稳定性高和相变过程形态稳定等特点，克服了有机物固-液相变贮能材料单独使用时的缺点。在太阳能储存、能量利用与转换、废冷与废热利用等多种技术领域具有应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明相变储能材料，按质量百分比，由以下组份组成：

相变主材料    60％～95％

骨架材料      5％～40％

上述组份质量之和为100％，其中，相变主材料采用高密度聚乙烯(HDPE)或聚乙二醇(PEG)，骨架材料采用活性炭纤维。

本发明相变储能材料相变温度和相变焓的测定，可采用差示扫描量热仪(DSC)，在氮气保护下，升温速率5℃/min，测量温度范围为室温至200℃，测得主吸收峰峰顶对应的温度即为相变温度，在吸收峰的起始温度和终止温度之间，吸收峰与基线包围的面积对应的热量即为相变焓。

本发明相变储能材料采用吸附和熔融共混的方法制备，相对于现有技术，不仅工艺简单、成本较低、无污染、后续成型易于实现，且制得的相比储能材料中的相变主材料和骨架材料结合牢固，在相变过程中不会产生分离。该制备方法具体按以下步骤进行：

步骤1：按质量百分比，分别取相变主材料60％～95％、骨架材料5％～40％，各组份总量100％，将取得的骨架材料切碎，然后，与相变主材料干混，得到配料；

相变主材料采用高密度聚乙烯(HDPE)或聚乙二醇(PEG)，骨架材料采用活性炭纤维。

步骤2：将步骤1制得的配料，置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为100℃～190℃；

步骤3：将步骤2制得的粒料重复步骤2的挤压4～6次置于挤出机中造粒，每次重复造粒期间造粒的温度与步骤2造粒时的温度一致，制得高分子固-固相变储能材料。

本发明制备方法将相变主材料与骨架材料吸附熔融共混，通过挤出机挤出造粒，制得固-固相变储能材料。

实施例1

按质量百分比，分别取高密度聚乙烯(HDPE)60％和切碎的活性炭纤维40％；并干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为190℃；将制得的粒料重复4次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为190℃，即制得高分子固-固相变储能材料。

实施例2

按质量百分比，分别取聚乙二醇(PEG)95％和切碎的活性炭纤维5％；并干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为100℃；将制得的粒料重复5次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为100℃，即制得高分子固-固相变储能材料。

实施例3

按质量百分比，分别取聚乙二醇(PEG)77.5％和切碎的活性炭纤维22.5％；干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为145℃；将制得的粒料重复6次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为145℃，即制得高分子固-固相变储能材料。

实施例4

按质量百分比，分别取高密度聚乙烯(HDPE)87％和切碎的活性炭纤维13％；干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为190℃；将制得的粒料重复5次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为190℃，即制得高分子固-固相变储能材料。经测定，该相变储能材料的相变温度为135.9℃，相变焓216kJ/kg。

实施例5

按质量百分比，分别取高密度聚乙烯(HDPE)83.3％和切碎的活性炭纤维16.7％；干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为180℃；将制得的粒料重复6次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为180℃，即制得高分子固-固相变储能材料。经测定，该相变储能材料的相变温度为134.3℃，相变焓209kJ/kg。

实施例6

按质量百分比，分别取高密度聚乙烯(HDPE)80％和切碎的活性炭纤维20％，干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为180℃；将制得的粒料重复4次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为180℃，即制得高分子固-固相变储能材料。经测定，该相变储能材料的相变温度为136.1℃，相变焓175kJ/kg。

实施例7

按质量百分比，分别取聚乙二醇(PEG)85％和切碎的活性炭纤维15％；干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为120℃；将制得的粒料重复4次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为120℃，即制得高分子固-固相变储能材料。经测定，该相变储能材料的相变温度为56℃，相变焓131kJ/kg。

实施例8

按质量百分比，分别取聚乙二醇(PEG)75％和切碎的活性炭纤维25％；干混，得到配料，将该配料置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为120℃；将制得的粒料重复5次置于挤出机中造粒，每次重复造粒的温度均为120℃，即制得高分子固-固相变储能材料。经测定，该相变储能材料的相变温度为54℃，相变焓118kJ/kg。

本发明高分子固-固相变储能材料以高密度聚乙烯(HDPE)或聚乙二醇(PEG)为相变主材料、活性炭纤维为骨架材料，采用吸附和熔融共混法挤出制得。具有相变焓值高、储能性能好、热稳定性好、化学稳定性高和相变过程形态稳定等特点，在太阳能储存、能量利用与转换、废冷与废热利用等多种技术领域具有应用前景。制备方法经济、简便、实用、易于推广应用，是一种环保型的加工方法。

Claims (2)

1.一种高分子固-固相变储能材料，其特征在于，该相变储能材料，按质量百分比，由以下组份组成：

相变主材料    60％～95％

骨架材料      5％～40％

上述组份质量之和为100％，

其中，相变主材料采用高密度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纤维。

2.一种权利要求1所述相变储能材料的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

步骤1：按质量百分比，分别取相变主材料60％～95％、骨架材料5％～40％，各组份总量100％，干混后，得到配料，其中的相变主材料采用高密度聚乙烯或聚乙二醇，骨架材料采用活性炭纤维；

步骤2：将步骤1制得的配料，置于挤出机中造粒，得到粒料，控制造粒过程中的温度为100℃～190℃；

步骤3：将步骤2制得的粒料重复4～6次置于挤出机中造粒，每次重复造粒期间造粒的温度与步骤2造粒时的温度一致，即制得高分子固-固相变储能材料。