CN104893674B - 一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法，涉及相变储能技术领域。该相变复合材料包括：泡沫碳和填充到所述泡沫碳孔隙中的石蜡，所述泡沫碳与所述石蜡的重量比为1：1.2～1：3.1；所述石蜡中的碳氢化合物质量分数大于98％，且所述碳氢化合物常温下为固体。所述封装方法包括：1、清洗容器、盖板和泡沫碳，2、填装泡沫碳，3、焊接盖板，4、灌装液态石蜡，5、密封灌装口，精加工。本发明的相变蓄热复合材料的导热系数高，传热性能好，可实现控制空穴位置的分布；采用真空电子束封焊灌装口，保证石蜡相变材料在容器腔体内的绝对密封。

Description

一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法
技术领域
本发明涉及相变储能技术领域，尤其涉及一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法。
背景技术
相变材料在相变过程中伴随着大量的相变潜热，能够吸收或释放大量的能量且相变过程近似等温，这一特性可以通过相变蓄热来实现对物体的温度控制，它在航空航天、太阳能利用、热能回收等领域有广泛的应用前景。目前，研究和寻找高蓄热密度、性能良好的相变材料是相变蓄热技术的关键。石蜡作为一种有机的相变材料，有相变潜热大、熔点范围大、化学性质稳定、几乎无过冷、无毒无腐蚀性等优点，因此石蜡具有作为相变材料应用存在极大潜力。然而石蜡类相变材料还存在以下不足：导热率低，导热系数在0.15W·m-1·K-1～0.35W·m-1·K-1之间；同时，又由于石蜡固液相密度不同，在相变过程中容易形成空穴，增加热阻、降低导热效率，安全性较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料，该相变复合材料包括：泡沫碳和填充到所述泡沫碳孔隙中的石蜡，所述泡沫碳与所述石蜡的重量比为1：1.2～1：3.1；所述石蜡中的碳氢化合物所占质量分数大于98％，且所述碳氢化合物常温下为固体。
优选地，所述常温下为固体的碳氢化合物包括正十八烷、正二十烷、正二十二烷、正二十四烷。
优选地，所述泡沫碳的孔隙率为75％～90％。
优选地，所述石蜡在所述泡沫碳孔隙中的填充率是95％～100％。
本发明所述封装泡沫碳/石蜡类相变复合材料的方法，所述方法按照下述步骤实现：
S1，将预先定制并用蒸馏水清洗容器、盖板和1重量份的泡沫碳，然后放入恒温烘箱中烘干；
S2，将泡沫碳平稳的压入容器中，直至泡沫碳的顶面与容器的顶面重合，在容器开口处扣上盖板；
S3，将盖板固定焊接到容器上；
S4，在真空的条件下，将1.2～3.1重量份的液体石蜡通过盖板开设的灌装孔填充入泡沫碳中；
S5，密封灌装口，得到相变蓄热容器粗体，对所述相变蓄热容器粗体精加工得到相变蓄热容器。
优选地，步骤S1中所述泡沫碳的外形与所述容器的内腔体相同，所述泡沫碳与所述容器过盈配合。
优选地，步骤S3中，采用电子束焊接方法，将盖板固定焊接到容器上。
优选地，步骤S5中，采用真空电子束焊接方法密封灌装口。
优选地，步骤S4中，真空灌装液体石蜡时的真空环境温度高于石蜡相变点温度至少50℃。
优选地，步骤S1中所述泡沫碳的孔隙率为75％～90％；步骤S5中所述相变蓄热容器中石蜡在泡沫碳孔隙中的填充率是95％～100％。
本发明的有益效果是：
本发明所述相变蓄热复合材料是由相变材料和基体材料组成，在使用过程中不仅利用了相变材料的相变潜热，同时还利用了相变材料和基体材料的显热，基体材料的填充提高了相变材料的导热系数，改善了相变材料的传热性能，实现空穴位置分布的控制。
本发明采用真空电子束封焊灌装口，保证石蜡相变材料在容器腔体内的绝对密封。对采用本发明所述方法制造完成的相变蓄热体模样件进行检测表明：当将模样件置于高于石蜡相变点温度50℃的恒温箱内保温足够长时间，在表面均未发现有石蜡相变材料润湿铺展现象；表明相变蓄热容器无渗漏，验证了相变蓄热体的密封性。本发明所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料中石蜡在泡沫碳孔隙中的填充率是95％～100％，可以有效控制封装后热膨胀现象，降低容器热应力。
附图说明
图1是所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的封装方法流程图；
图2是实施例2使用的泡沫碳的扫面电镜图；
图3是实施例2所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参照图1，本实施例所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料，该相变复合材料包括：泡沫碳1和填充到所述泡沫碳1孔隙中的石蜡1，所述泡沫碳1的质量为67g，所述石蜡1的质量为95g；所述石蜡中的正十八烷所占质量分数大于98％。
所述泡沫碳1的理化参数为：密度0.43g·cm-3，孔隙率81％，导热系数133W·m-1·K-1，所述石蜡1正十八烷的理化参数为：熔点28.3℃，潜热245kJ/kg，导热系数0.15W·m-1·K-1，密度814S g·cm-3，775L g·cm-3。
所述石蜡1在所述泡沫碳1孔隙中的填充率是97.3％。可以有效控制封装后热膨胀现象，降低容器热应力。
本实施例中封装所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的方法，按照下述步骤实现：
S1，将预先定制并用蒸馏水清洗容器、盖板和泡沫碳1，放入恒温烘箱中烘干；然后称量并记录烘干后的容器、盖板和泡沫碳1的质量，使烘干后的泡沫碳1的质量为67g；步骤S1中预先定制的泡沫碳1的外形与预先定制容器的内腔体相同；
S2，将泡沫碳平稳的压入容器中，直至泡沫碳的顶面与容器的顶面重合，在容器开口处扣上盖板；
S3，采用电子束焊接方法，将盖板固定焊接到容器上，得到相变蓄热初体；
S4，在真空且真空环境温度高于正十八烷相变点温度至少50℃的条件下，将95g液体正十八烷通过盖板开设的灌装孔填充入泡沫碳中；称量并记录填充石蜡前、后的相变蓄热初体的总质量；
S5，采用真空电子束焊接方法密封灌装口，得到相变蓄热容器粗体，根据预定尺寸进行精加工，得到相变蓄热容器。
在本实施例中，步骤S1之前还存在：选用导热性能好且相容性好的铝合金作为容器材料，根据图纸加工相变蓄热体容器、盖板、泡沫碳，在机械加工泡沫碳时不添加任何冷却剂或污染泡沫碳的其他物质，泡沫碳尺寸保证与容器腔体为过盈配合。
在本实施例中，步骤S5，采用真空电子束焊接方法密封灌装口，实现相变蓄热体的结构密封；进入真空室装配前，清理相变蓄热体上的残余物和其他污物；合理的选择电子束焊接工艺参数和确定合适的工艺措施，控制相变物质的熔化和浸润溢出，保证石蜡相变材料在容器腔体内的绝对密封。
实施例2，本实施例与实施例1的区别在于：所述石蜡中的正二十烷所占质量分数大于98％；，石蜡2的质量是99g，泡沫碳2的质量是57g，所述泡沫碳2的理化参数为：密度0.37g·cm-3，孔隙率84％，导热系数110W·m-1·K-1，所述石蜡1正二十烷的理化参数为：熔点37℃，潜热247kJ/kg，导热系数0.15W·m-1·K-1，密度856S-778L g.cm-3，其他与实施例1相同。本实施例中所使用的泡沫碳的扫面电镜图，如图2所示；本实施例中所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的扫描电镜图，如图3所示。
如本领域技术人员知：高导热泡沫碳材料是一种能够维持其自身结构形状的新型材料，泡沫碳材料的密度可以控制在0.40g·cm-3～0.54g·cm-3之间，其导热系数最低为80W·m-1·K-1、最高可以达到160W·m-1·K-1以上。将石蜡类相变材料浸入泡沫碳中以提升相变材料的传热性能，所得到的泡沫碳/相变复合材料导热率可以达到100W·m-1·K-1。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明所述相变蓄热复合材料是由相变材料和基体材料组成，在使用过程中不仅利用了相变材料的相变潜热，同时还利用了相变材料和基体材料的显热，基体材料的填充提高了相变材料的导热系数，改善了相变材料的传热性能，实现空穴位置分布的控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种封装泡沫碳/石蜡类相变复合材料的方法，所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料包括：泡沫碳和填充到所述泡沫碳孔隙中的石蜡，所述泡沫碳与所述石蜡的重量比为1：1.2～1：3.1；所述石蜡中碳氢化合物所占质量分数大于98％，且所述碳氢化合物常温下为固体；所述常温下为固体的碳氢化合物包括正十八烷、正二十烷、正二十二烷、正二十四烷；所述泡沫碳的孔隙率为75％～90％；所述石蜡在所述泡沫碳孔隙中的填充率是95％～100％，其特征在于，所述方法按照下述步骤实现：
S1，将预先定制并用蒸馏水清洗容器、盖板和1重量份的泡沫碳，然后放入恒温烘箱中烘干；
S2，将泡沫碳平稳的压入容器中，直至泡沫碳的顶面与容器的顶面重合，在容器开口处扣上盖板；
S3，将盖板固定焊接到容器上；
S4，在真空的条件下，将1.2～3.1重量份的液体石蜡通过盖板开设的灌装孔填充入泡沫碳中；
S5，密封灌装口，得到相变蓄热容器粗体，对所述相变蓄热容器粗体精加工得到相变蓄热容器；
步骤S5中，采用真空电子束焊接方法密封灌装口；
步骤S1中所述泡沫碳的孔隙率为75％～90％；步骤S5中所述相变蓄热容器中石蜡在泡沫碳孔隙中的填充率是95％～100％。
2.根据权利要求1所述封装方法，其特征在于，步骤S1中预先定制的泡沫碳的外形与预先订制的容器的内腔体相同，所述泡沫碳与所述容器过盈配合。
3.根据权利要求1所述封装方法，其特征在于，步骤S3中，采用电子束焊接方法，将盖板固定焊接到容器上。
4.根据权利要求1所述封装方法，其特征在于，步骤S4中，真空灌装液体石蜡时的真空环境温度高于石蜡相变点温度至少50℃。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106047303A (zh) * 2016-06-30 2016-10-26 郭舒洋 一种高导热复合储热材料的制备方法
WO2018042640A1 (ja) * 2016-09-02 2018-03-08 日立化成株式会社 複合部材及びその製造方法、蓄熱材及びその製造方法、蓄熱式空調装置、並びに蓄熱型ヒートパイプ式給油設備
CN107116279A (zh) * 2017-06-01 2017-09-01 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法
CN107346853B (zh) * 2017-09-05 2019-08-13 湖南中南智造新材料协同创新有限公司 一种自降温导电耐磨复合式电刷及其制备方法
CN109054757B (zh) * 2018-06-21 2020-10-27 昆明理工大学 一种核壳结构的Al@C复合相变蓄热材料的制备方法
CN109054766B (zh) * 2018-09-13 2020-11-03 福州大学 一种泡沫炭复合相变储能材料的制备方法
CN111978923A (zh) * 2019-05-21 2020-11-24 北京赛菲斯技术有限公司 一种相变材料
CN110305635B (zh) * 2019-07-19 2020-08-14 天津工业大学 一种成形储热材料及其制备方法
CN111574965A (zh) * 2020-03-30 2020-08-25 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 电子器件相变温控组件相变材料的灌注方法
CN112351650A (zh) * 2020-10-30 2021-02-09 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 弹载瞬态热控电子模块复合相变冷板的设计方法
CN114015417A (zh) * 2021-11-30 2022-02-08 广州市博卡利生物科技有限公司 一种生物质能可降解控温材料及其制作方法
CN117881077B (zh) * 2024-03-12 2024-05-28 北京钧天航宇技术有限公司 一种一体化热控结构及有源设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999011585A1 (en) * 1997-09-02 1999-03-11 Lockheed Martin Energy Research Corporation Pitch-based carbon foam and composites
CN1914471A (zh) * 2003-12-08 2007-02-14 波音公司 相变热交换器
CN103058171A (zh) * 2013-01-07 2013-04-24 航天材料及工艺研究所 储能用填充型高导热泡沫碳材料的制备方法
CN103131395A (zh) * 2013-02-04 2013-06-05 北京大学 一种石蜡-石墨泡沫复合定形相变材料及其制备方法
CN103269571A (zh) * 2013-04-25 2013-08-28 上海卫星工程研究所 一种快速响应储能散热板

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999011585A1 (en) * 1997-09-02 1999-03-11 Lockheed Martin Energy Research Corporation Pitch-based carbon foam and composites
CN1914471A (zh) * 2003-12-08 2007-02-14 波音公司 相变热交换器
CN103058171A (zh) * 2013-01-07 2013-04-24 航天材料及工艺研究所 储能用填充型高导热泡沫碳材料的制备方法
CN103131395A (zh) * 2013-02-04 2013-06-05 北京大学 一种石蜡-石墨泡沫复合定形相变材料及其制备方法
CN103269571A (zh) * 2013-04-25 2013-08-28 上海卫星工程研究所 一种快速响应储能散热板

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carbon foam matrices saturated with PCM for thermal protection purposes;Osama Mesalhy;《CARBON》;20060505(第44期);第2080-2088页 *
Development of Methods to Fully Saturate Carbon Foam With Paraffin Wax Phase Change Material for Energy Storage;Ron Warzoha;《Journal of Solar Energy Engineering》;20130531;第135卷;第1-8页 *
Morphologies and thermal characterization of paraffin/carbon foam composite phase change material;X. Xiao;《Solar Energy Materials & Solar Cells》;20130731(第117期);第451-461页 *
The effect of surface energy on the heat transfer enhancement of paraffin wax/carbon foam composites;K. Lafdi;《CARBON》;20070625(第45期);第2188-2194页 *
泡沫碳/相变材料复合体研究进展;白天;《宇航材料工艺》;20110531(第5期);第6-9页 *

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