CN106398651B - 一种用于汽车隔热垫的固-液相变材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车隔热垫的固‑液相变材料，固‑液相变材料按质量百分比由以下组成：膨胀石墨7‑9%、二元低共熔脂肪酸82‑87%、多孔氧化镁1‑5%、多孔聚酯纤维1‑5%，羧甲基纤维素1‑3%，其中二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成。本发明的用于汽车隔热垫的固‑液相变材料的相变温度为31‑36℃，相变潜热为141‑167J/g，具有良好的韧性和强度，能够满足隔热遮阳垫对温度、强度及韧性的要求，同时固‑液相变材料稳定性强，即使在受到较大冲击力和折弯力的情况下，也能稳定其结构，不会发生液态泄漏，克服了现有相变材料的不足。
Description
技术领域
本发明涉及复合相变材料领域，特别涉及一种用于汽车隔热垫的固-液相变材料。
背景技术
汽车作为人们户外活动工具，受到外界强光照射的几率非常高，时间特别长，特别是随着炎热夏季的来临，许多人的车停在露天停车场上，经过暴晒，当人们再次回到车内时，车内温度奇高，人根本无法忍受，经过现场测验，在四川省成都市某晴朗的一天，当外界气温为32℃时，将无遮阳垫的汽车停在露天停车场1小时后，用温度计测量汽车内温度，测验结果为，车内驾驶室温度达到65℃，比外界气温高出33℃，在此温度下，人们只能先打开车内空调一段时间后才能进入车内，这不仅仅耗时耗能源，还会突发意外情况，造成眩晕呕吐甚至晕倒、汽车自燃等危害，同时，经测验，汽车金属车身部分的温度可达到75℃以上，极易造成烫伤。
因此，近几年人们开发出了各种类型的产品来用于汽车降温，主要以遮阳篷、玻璃隔热贴膜和隔热遮阳垫为主流产品，由于隔热遮阳垫携带和使用方便，价格较低，隔热效果好，一直备受人们喜爱。据某著名隔热遮阳垫生产企业声称，使用隔热遮阳垫后，汽车内外的温度相差在12℃以内，一般在6-7℃之间，即当室外温度为32℃时，遮盖有隔热遮阳垫的汽车车内温度一般在38℃左右，最高不会超过44℃，具有优秀的隔热效果。
但是现有使用的汽车隔热遮阳垫仍然存在着不完善之处，其隔热途径只能通过反射太阳光来实现，而不能对车身进行隔热降温，因此其隔热能力还存在较大上升空间，若在现有的隔热遮阳垫上涂覆一层吸热材料，然后通过吸热材料实现对汽车车身吸热散热作用，进而可以除去车身的大量热量，车身的温度可以得到明显降低，最终汽车内外都得到了隔热降温的效果，实现了现有隔热遮阳垫隔热途径的多样化，隔热效果可以得到进一步提升。但是，这一设想还存在一个问题：吸热涂层在吸收热量后，其本身温度会升高，若此时吸热涂层散热不迅速及时，当吸热涂层上升的温度与车身下降的温度相近而保持动态热平衡时，吸热涂层几乎不再吸热，而此时车身的温度显然会比预期温度高，当长时间使用隔热遮阳垫后，车身继续受热而温度升高，与吸热涂层动态平衡的温度进而升高，这样就会导致隔热遮阳垫对车身的隔热降温效果越发不明显，这不仅会影响隔热遮阳垫的使用效果，还会因为温度变化率过大吸热涂层热胀冷缩厉害而产生裂纹，进而会缩短吸热材料的使用寿命。有鉴于此，若能提供一种辅助吸热涂层散热的结构或材料，带有吸热涂层的隔热遮阳垫的隔热降温效果就会得到有效保障。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于汽车隔热垫的固-液相变材料，通过向相变材料内添加补强材料，调整相变材料的相变温度和相变潜热，同时改善相变材料的力学性能，以使相变材料能够成功应用于隔热遮阳垫上，以发挥出相变材料辅助的功能。
本发明采用的技术方案如下：一种用于汽车隔热垫的固-液相变材料，固-液相变材料按质量百分比由以下组成：膨胀石墨7-9%、二元低共熔脂肪酸82-87%、多孔氧化镁1-5%、多孔聚酯纤维1-5%，羧甲基纤维素1-3%，其中二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成。
进一步，二元低共熔脂肪酸的相变温度为31-36℃，相变潜热为141-167J/g。
作为优选，月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比58:42共混得到二元低共熔脂肪酸。
进一步，多孔氧化镁的制备方法为：称取设计量的三嵌段聚合物F-127模板剂于反应器中，加入无水乙醇和六水合硝酸镁，再置于真空环境下搅拌混合10-15h，然后将溶液放入50℃恒温干燥箱中干燥，直至样品为胶体状为止，再将得到的胶体放入箱式电阻炉内于450℃进行煅烧，升温速率控制为2℃/min，在空气条件下煅烧8h，煅烧后保温2h，然后随炉冷却至室温即得。
进一步，本发明的固-液相变材料的的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将常态下的月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比为58:42的比例取量，然后于反应器中搅拌混合均匀，密封反应器并于80℃的烘箱中保温，直至反应器内月桂酸和肉豆蔻酸全部融化，然后取出用搅拌器搅拌混合均匀，得到二元低共熔脂肪酸混合溶液；
步骤2、将二元低共熔脂肪酸混合溶液置于超声水浴锅中，于60℃对二元低共熔脂肪酸混合溶液进行超声振动4min，然后再次密封反应器并置于60℃的烘箱中保温备用；
步骤3、将天然鳞片石墨在50℃真空干燥箱中烘干12h，用高温膨化法于800℃箱式电阻炉中加热制得膨胀石墨，备用；
步骤4、将步骤3中制得的膨胀石墨放入反应器内，向反应器内放入多孔氧化镁和多孔聚酯纤维，然后搅拌混合均匀，再60℃水浴保温，备用；
步骤5、在真空环境下，用滴管将二元低共熔脂肪酸混合溶液和羧甲基纤维素滴入步骤4的反应器内，直至滴加完毕；
步骤6、步骤5完成后，反应器继续60℃水浴，用搅拌机对反应器内进行充分搅拌，直至混合均匀，再将反应器内的物料倒入预先处理好的模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中恒温干燥20-30h，最后取出脱模即得。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的固-液相变材料的相变温度为31-36℃，相变潜热为141-167J/g，满足隔热遮阳垫对温度的要求，同时固-液相变材料的原材料来源广泛价廉，制造成本低；
2、稳定性强，多孔氧化镁和多孔聚酯纤维的加入，增加了液体的粘度，使相变材料层发生相变后，即使在受到较大冲击力和折弯力的情况下，也能稳定其结构，不会发生液态泄漏，克服了现有相变材料的不足；
3、多孔聚酯纤维的加入，与多孔氧化镁共同作用，增加了相变材料的韧性和强度，使相变材料能够满足隔热遮阳垫对其强度和韧性的要求，可行性好；
4、通过在吸热涂层上设置一层固-液相变材料层，当吸热涂层的温度超过临界值时，固-液相变材料层将多余热量吸收储存，在吸热涂层开始降温至临界点时，固-液相变材料层又会将储存的热量释放出来，以减缓吸热涂层的降温速率，有效地保证了吸热涂层的吸热降温效果和耐久性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
一种用于汽车隔热垫的固-液相变材料，固-液相变材料按质量百分比由以下组成：膨胀石墨7%、二元低共熔脂肪酸87%、多孔氧化镁2%、多孔聚酯纤维2%，羧甲基纤维素2%，其中二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成。
上述中，设计二元低共熔脂肪酸为相变蓄热基体，由于月桂酸和肉豆蔻酸具有价廉易得，性质稳定，几乎无毒，环保并可再生等特点，二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成，共混后形成的共晶物的相变温度适宜，符合现实需求（共混后相变温度在20-50℃），更进一步说，在本实施例中，要求月桂酸和肉豆蔻酸共混后得到的二元低共熔脂肪酸的相变温度在31-36℃，相变潜热为141-167J/g，相变温度选择在31-36℃的缘由在于，主要是考虑到降温后汽车车身与吸热涂层的热动态平衡温度一般控制在31-36℃较为适宜，优选地，将热动态平衡温度控制在33℃时，车身温度的影响可以忽略不计，此时二元低共熔脂肪酸的相变温度中月桂酸和肉豆蔻酸所对应地质量比为58:42，相变温度为33℃左右，相变潜热为151J/g。
膨胀石墨为常用有机类相变材料，与脂肪酸类有机物具有很好的兼容性，脂肪酸/膨胀石墨基相变复合材料中，膨胀石墨的最大吸附质量达80%，脂肪酸在发生相变时，几乎不会发生液态渗漏，具有很强的稳定性。但是脂肪酸/膨胀石墨基相变复合材料只能在不受到较大冲击力和折弯力的情况下才能保持优秀的稳定性能，当脂肪酸/膨胀石墨基相变复合材料受到较大冲击力和折弯力时（例如隔热垫折叠时），膨胀石墨内，受到拉伸的地方孔隙度会变大，已为液态的脂肪酸极易发生脱离，受到压缩的地方孔隙度会变小，充斥在空隙内的液体会被挤出进而失去依附力，这些脱离膨胀石墨的液体脂肪酸会发生液体流动，进而使相变材料层遭受破坏而失去作用，因此，本实施例中加入了辅助定形吸附物多孔氧化镁和多孔聚酯纤维，多孔氧化镁具有优秀的介孔特征，液体脂肪酸能够充分吸附在多孔氧化镁基体内，将多孔氧化镁混于二元低共熔脂肪酸后，相变材料层受到冲击力和折弯力时，以形成液流的脂肪酸内充斥着大量多孔氧化镁，这些游离状的多孔氧化镁为液流脂肪酸提供移动吸附点，进而增加了液流的黏度，在一定程度上阻止了相变材料层结构变形的趋势，进而有效防止相变材料层流动泄漏的问题，同时为了进一步完全解决变材料层流动泄漏的问题，在相变材料层中还添加了多孔聚酯纤维，多孔聚酯纤维不仅可以，还能提高蓄热量，使相变材料层发挥出最佳效果。
多孔氧化镁和多孔聚酯纤维复合使用，在形成的相变材料层内，发生协同作用，当固体脂肪酸发生相变时，游离的多孔氧化镁随着液流移动，多孔聚酯纤维将会挡获游离的多孔氧化镁，进一步增加液流的粘度，在整体上表现为，相变材料层发生相变时，形成的液体由于粘度大而聚集于局部，不会形成液流，进而维持了相变材料层的结构稳定。同时，相变材料层在受到拉伸和冲击时，颗粒形状和纤维形状的结合使用，增加了相变材料层的韧性、抗撕裂强度和抗疲劳强度，使相变材料层能够弯折，提高了其适应性。
更进一步地说，多孔氧化镁的制备方法为：称取设计量的三嵌段聚合物F-127模板剂于反应器中，加入无水乙醇和六水合硝酸镁，再置于真空环境下搅拌混合10-15h，然后将溶液放入50℃恒温干燥箱中干燥，直至样品为胶体状为止，再将得到的胶体放入箱式电阻炉内于450℃进行煅烧，升温速率控制为2℃/min，在空气条件下煅烧8h，煅烧后保温2h，然后随炉冷却至室温即得。
上述中，固-液相变材料的的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将常态下的月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比为58:42的比例取量，然后于反应器中搅拌混合均匀，密封反应器并于80℃的烘箱中保温，直至反应器内月桂酸和肉豆蔻酸全部融化，然后取出用搅拌器搅拌混合均匀，得到二元低共熔脂肪酸混合溶液；
步骤2、将二元低共熔脂肪酸混合溶液置于超声水浴锅中，于60℃对二元低共熔脂肪酸混合溶液进行超声振动4min，然后再次密封反应器并置于60℃的烘箱中保温备用；
步骤3、将天然鳞片石墨在50℃真空干燥箱中烘干12h，用高温膨化法于800℃箱式电阻炉中加热制得膨胀石墨，备用；
步骤4、将步骤3中制得的膨胀石墨放入反应器内，向反应器内放入多孔氧化镁和多孔聚酯纤维，然后搅拌混合均匀，再60℃水浴保温，备用；
步骤5、在真空环境下，用滴管将二元低共熔脂肪酸混合溶液和羧甲基纤维素滴入步骤4的反应器内，直至滴加完毕；
步骤6、步骤5完成后，反应器继续60℃水浴，用搅拌机对反应器内进行充分搅拌，直至混合均匀，再将反应器内的物料倒入预先处理好的模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中恒温干燥20-30h，最后取出脱模即得。
上述制得相变材料经差失扫描量热仪测试相变潜热为141J/g，相变温度为31℃，经万能材料试验机测其弯曲强度为11.31MPa，能够满足隔热遮阳垫的使用要求。
实施例二
实施例二与实施例一相同，其不同之处在于，固-液相变材料按质量百分比由以下组成：膨胀石墨9%、二元低共熔脂肪酸82%、多孔氧化镁1%、多孔聚酯纤维5%，羧甲基纤维素3%，其中二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成，上述中，固-液相变材料的的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将常态下的月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比为58:42的比例取量，然后于反应器中搅拌混合均匀，密封反应器并于80℃的烘箱中保温，直至反应器内月桂酸和肉豆蔻酸全部融化，然后取出用搅拌器搅拌混合均匀，得到二元低共熔脂肪酸混合溶液；
步骤2、将二元低共熔脂肪酸混合溶液置于超声水浴锅中，于60℃对二元低共熔脂肪酸混合溶液进行超声振动4min，然后再次密封反应器并置于60℃的烘箱中保温备用；
步骤3、将天然鳞片石墨在50℃真空干燥箱中烘干12h，用高温膨化法于800℃箱式电阻炉中加热制得膨胀石墨，备用；
步骤4、将步骤3中制得的膨胀石墨放入反应器内，向反应器内放入多孔氧化镁和多孔聚酯纤维，然后搅拌混合均匀，再60℃水浴保温，备用；
步骤5、在真空环境下，用滴管将二元低共熔脂肪酸混合溶液和羧甲基纤维素滴入步骤4的反应器内，直至滴加完毕；
步骤6、步骤5完成后，反应器继续60℃水浴，用搅拌机对反应器内进行充分搅拌，直至混合均匀，再将反应器内的物料倒入预先处理好的模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中恒温干燥20-30h，最后取出脱模即得。
上述制得相变材料经差失扫描量热仪测试相变潜热为167J/g，相变温度为36℃，经万能材料试验机测其弯曲强度为14.14MPa，能够满足隔热遮阳垫的使用要求。
实施例三
实施例三与实施例一和实施例二相同，其不同之处在于，固-液相变材料按质量百分比由以下组成：膨胀石墨7%、二元低共熔脂肪酸83%、多孔氧化镁5%、多孔聚酯纤维3%，羧甲基纤维素2%，其中二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成，上述中，固-液相变材料的的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将常态下的月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比为58:42的比例取量，然后于反应器中搅拌混合均匀，密封反应器并于80℃的烘箱中保温，直至反应器内月桂酸和肉豆蔻酸全部融化，然后取出用搅拌器搅拌混合均匀，得到二元低共熔脂肪酸混合溶液；
步骤2、将二元低共熔脂肪酸混合溶液置于超声水浴锅中，于60℃对二元低共熔脂肪酸混合溶液进行超声振动4min，然后再次密封反应器并置于60℃的烘箱中保温备用；
步骤3、将天然鳞片石墨在50℃真空干燥箱中烘干12h，用高温膨化法于800℃箱式电阻炉中加热制得膨胀石墨，备用；
步骤4、将步骤3中制得的膨胀石墨放入反应器内，向反应器内放入多孔氧化镁和多孔聚酯纤维，然后搅拌混合均匀，再60℃水浴保温，备用；
步骤5、在真空环境下，用滴管将二元低共熔脂肪酸混合溶液和羧甲基纤维素滴入步骤4的反应器内，直至滴加完毕；
步骤6、步骤5完成后，反应器继续60℃水浴，用搅拌机对反应器内进行充分搅拌，直至混合均匀，再将反应器内的物料倒入预先处理好的模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中恒温干燥20h，最后取出脱模即得。
上述制得相变材料经差失扫描量热仪测试相变潜热为147J/g，相变温度为34℃，经万能材料试验机测其弯曲强度为10.89MPa，能够满足隔热遮阳垫的使用要求。
实施例四
实施例四与实施例一、实施例二和实施例三相同，其不同之处在于，固-液相变材料按质量百分比由以下组成：膨胀石墨8%、二元低共熔脂肪酸86%、多孔氧化镁4%、多孔聚酯纤维1%，羧甲基纤维素1%，其中二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成，上述中，固-液相变材料的的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将常态下的月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比为58:42的比例取量，然后于反应器中搅拌混合均匀，密封反应器并于80℃的烘箱中保温，直至反应器内月桂酸和肉豆蔻酸全部融化，然后取出用搅拌器搅拌混合均匀，得到二元低共熔脂肪酸混合溶液；
步骤2、将二元低共熔脂肪酸混合溶液置于超声水浴锅中，于60℃对二元低共熔脂肪酸混合溶液进行超声振动4min，然后再次密封反应器并置于60℃的烘箱中保温备用；
步骤3、将天然鳞片石墨在50℃真空干燥箱中烘干12h，用高温膨化法于800℃箱式电阻炉中加热制得膨胀石墨，备用；
步骤4、将步骤3中制得的膨胀石墨放入反应器内，向反应器内放入多孔氧化镁和多孔聚酯纤维，然后搅拌混合均匀，再60℃水浴保温，备用；
步骤5、在真空环境下，用滴管将二元低共熔脂肪酸混合溶液和羧甲基纤维素滴入步骤4的反应器内，直至滴加完毕；
步骤6、步骤5完成后，反应器继续60℃水浴，用搅拌机对反应器内进行充分搅拌，直至混合均匀，再将反应器内的物料倒入预先处理好的模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中恒温干燥26h，最后取出脱模即得。
上述制得相变材料经差失扫描量热仪测试相变潜热为151J/g，相变温度为33℃，经万能材料试验机测其弯曲强度为12.67MPa，能够满足隔热遮阳垫的使用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于汽车隔热垫的固-液相变材料，其特征在于，固-液相变材料按质量百分比由以下组成：膨胀石墨7-9%、二元低共熔脂肪酸82-87%、多孔氧化镁1-5%、多孔聚酯纤维1-5%，羧甲基纤维素1-3%，其中二元低共熔脂肪酸由月桂酸和肉豆蔻酸共混而成，月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比58:42共混得到二元低共熔脂肪酸。
2.如权利要求1所述的用于汽车隔热垫的固-液相变材料，其特征在于，二元低共熔脂肪酸的相变温度为31-36℃，相变潜热为141-167J/g。
3.如权利要求1所述的用于汽车隔热垫的固-液相变材料，其特征在于，多孔氧化镁的制备方法为：称取设计量的三嵌段聚合物F-127模板剂于反应器中，加入无水乙醇和六水合硝酸镁，再置于真空环境下搅拌混合10-15h，然后将溶液放入50℃恒温干燥箱中干燥，直至样品为胶体状为止，再将得到的胶体放入箱式电阻炉内于450℃进行煅烧，升温速率控制为2℃/min，在空气条件下煅烧8h，煅烧后保温2h，然后随炉冷却至室温即得。
4.如权利要求1-3之一所述的用于汽车隔热垫的固-液相变材料，其特征在于，固-液相变材料的的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将常态下的月桂酸和肉豆蔻酸按质量百分比为58:42的比例取量，然后于反应器中搅拌混合均匀，密封反应器并于80℃的烘箱中保温，直至反应器内月桂酸和肉豆蔻酸全部融化，然后取出用搅拌器搅拌混合均匀，得到二元低共熔脂肪酸混合溶液；
步骤2、将二元低共熔脂肪酸混合溶液置于超声水浴锅中，于60℃对二元低共熔脂肪酸混合溶液进行超声振动4min，然后再次密封反应器并置于60℃的烘箱中保温备用；
步骤3、将天然鳞片石墨在50℃真空干燥箱中烘干12h，用高温膨化法于800℃箱式电阻炉中加热制得膨胀石墨，备用；
步骤4、将步骤3中制得的膨胀石墨放入反应器内，向反应器内放入多孔氧化镁和多孔聚酯纤维，然后搅拌混合均匀，再60℃水浴保温，备用；
步骤5、在真空环境下，用滴管将二元低共熔脂肪酸混合溶液和羧甲基纤维素滴入步骤4的反应器内，直至滴加完毕；
步骤6、步骤5完成后，反应器继续60℃水浴，用搅拌机对反应器内进行充分搅拌，直至混合均匀，再将反应器内的物料倒入预先处理好的模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中恒温干燥20-30h，最后取出脱模即得。
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