CN106833538A - 一种相变蓄能材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种相变蓄能材料的制备方法。该材料为主要组份包括聚乙二醇、复合触变剂、玻璃纤维、复合阻燃剂等成分。因其相变焓高，导热性及稳定性好、环境友好等特点，该材料可广泛应用于锂电池等工作时易升温的电器组件，起到相变蓄能并保护被包覆材料的作用，其相变焓可达到120J/g以上。另外，该材料还有触变性高的特色，使其具备良好的热稳定性，极高的形状保持能力，可反复使用多次；阻燃剂的引入使材料的阻燃等级为HB以上。

Description

一种相变蓄能材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种相变蓄能材料的制备方法，确切的说，本发明涉及一种以聚乙二醇、复合触变剂、玻璃纤维、复合阻燃剂等为主要成分，可用于电池散热等方面的复合相变蓄能材料的制备方法。
背景技术
相变蓄能材料从固态向液态转变时，要经历物理状态的变化。在这两种相变过程中，材料要从环境中吸热，反之，向环境放热。在物理状态发生变化时可以储存或释放的能量称为相变热，发生相变的温度范围很窄。在这个物理状态发生变化的相变过程中，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。大量相变热被转移到环境中，产生了一个宽的温度平台。相变材料的出现，使得恒温时间延长。其原理是：相变材料在热量的传输过程中将能量储存起来，就像热阻一样将可以延长能量传输时间，使温度梯度减小。
相变蓄能材料的出现可用于提高能源利用效率和保护环境等，尤其是其储热密度大、过程容易控制、温度范围可控等特点，已经成为储热技术领域的研究重点。有机复合相变蓄能材料可以综合各种其他材料的优点，无毒无味，稳定性高，在恒温控制领域，如储能回收利用、建筑保暖和太阳能利用等方面已有较广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种新颖的复合相变蓄能材料及其制备方法，该材料可用于电池的吸热散热。
本发明提出了一种相变蓄能材料的制备方法，该材料为一种复合材料，包括聚乙二醇、复合触变剂、玻璃纤维、复合阻燃剂等，这几种原材料在100±10℃的条件下高速搅拌混合120±10min。
优选地，所述的聚乙二醇为分子量在4000-20000的固体，如聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000等多种不同聚乙二醇中的一种或多种。
优选地，所述的复合触变剂为气相二氧化硅、纳米碳酸钙、有机膨润土、滑石粉其中的一种或多种。
优选地，所述的玻璃纤维为各种长径比的短切玻璃纤维。
优选地，所述的复合阻燃剂为氮系、有机磷氮系、次磷酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁等阻燃剂其中的一种或多种。
优选地，所述的聚乙二醇占复合材料的质量比为40-90％。
优选地，所述的复合触变剂占复合材料的质量比为0.1-10％。
优选地，所述的玻璃纤维占复合材料的质量比为0.1-10％。
优选地，所述的复合阻燃剂占复合材料的质量比为2-30％。
优选地，所述的纳米碳酸钙的粒径为1-100nm。
优选地，所述的二氧化硅为比表面积10-500m2/g的疏水性或亲水性气相二氧化硅。
优选地，所述的短切玻璃纤维的长度为0.1-3mm，直径为10-50μm。
本发明因其相变焓高，导热性及稳定性好、环境友好等特点，该材料可广泛应用于锂电池等工作时易升温的电器组件，起到相变蓄能并保护被包覆材料的作用，其相变焓可达到120J/g以上。另外，该材料还有触变性高的特色，使其具备良好的热稳定性，极高的形状保持能力，可致反复使用多次；阻燃剂的引入使材料的阻燃等级为HB以上。
具体实施方式
实施例1
①将375g质量分数为8000的聚乙二醇加入到1000ml的三口烧瓶中，采取油浴加热的方式，控制温度在100±5℃，并开启电动搅拌器，使物料完全溶解并充分混合。
②加入30g复合触变剂和75g复合阻燃剂，保持温度在100±5℃下，电动搅拌60min；其中复合触变剂中纳米碳酸钙和二氧化硅的质量比为2:1，复合阻燃剂中磷氮系阻燃剂和次磷酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁的质量比为3:2。
③加入20g玻璃纤维，保持温度在在100±5℃下，电动搅拌30min。
通过上述步骤制得的复合相变蓄能材料形态稳定、触变性高，相变焓可达到＞120J/g，流动性差，阻燃效果可达到HB级。
通过改变聚乙二醇、复合触变剂、玻璃纤维、复合阻燃剂的配比，可得到不同的复合相变蓄能材料，可以具有不同的相变焓、流动性、阻燃性。
如表1所示，不同配比的聚乙二醇含量，将对相变蓄能材料的相变焓产生较大影响，当聚乙二醇比例大于70％时，可达到120J/g以上。
不同配比的复合触变剂和玻璃纤维含量，将对相变蓄能材料的流动性产生较大影响，尤其是复合触变剂的含量影响尤甚。在复合触变剂质量比为6％，玻璃纤维质量比为4％时，粘度和触变性适中，易于操作且稳定性较好，可以经受重复多次相变过程。
而不同配比的复合阻燃剂含量，将对相变蓄能材料的阻燃性产生较大影响。在复合阻燃剂质量比大于20％时，阻燃性可达到V-2级，在复合阻燃剂质量比在10-20％之间时，阻燃性可达到HB级。
表1
实施例2
①将200g质量分数为6000和175g质量分数为8000的聚乙二醇加入到1000ml的三口烧瓶中，采取油浴加热的方式，控制温度在100±5℃，并开启电动搅拌器，使物料完全溶解并充分混合。
②加入25g复合触变剂和75g复合阻燃剂，保持温度在100±5℃下，电动搅拌60min；其中复合触变剂中二氧化硅和有机膨润土的质量比为3:1，复合阻燃剂中氮系阻燃剂和氢氧化铝的质量比为2:1。
③加入25g玻璃纤维，保持温度在在100±5℃下，电动搅拌30min。
通过上述步骤制得的复合相变蓄能材料形态稳定、触变性高，相变焓可达到＞120J/g，阻燃效果可达到HB级。
上述复合触变剂还可以是纳米碳酸钙和有机膨润土的混合物，或者气相二氧化硅、纳米碳酸钙、及有机膨润土的混合物。
上述复合阻燃剂还可以是氮系和有机磷氮系阻燃剂，或者氮系、有机磷氮系及次磷酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁的混合物。
通过改变配方中聚乙二醇中不同分子量的比例，可以得到不同相变温度的相变蓄能材料。
通过改变配方中复合触变剂中不同触变剂的比例，可以得到不同粘度、触变性、形状保持能力的相变蓄能材料。
通过改变配方中复合阻燃剂中不同阻燃剂的比例，可以得到不同阻燃性的相变蓄能材料。
如表1所示，通过改变配方中聚乙二醇中不同分子量的比例，可以得到不同相变温度的复合蓄能材料来满足不同的需求场合。分子量越低的聚乙二醇含量越高，相变蓄能材料的相变温度越低；分子量含量越高的聚乙二醇含量越高，相变蓄能材料的相变温度越高。
如表3所示，通过改变复合阻燃剂中不同阻燃剂的比例，可以得到不同阻燃性的相变蓄能材料。如单独使用，阻燃效果大致为有机磷氮系＞氮系＞次磷酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁，如复合使用，次磷酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁可协调作用，起到更好的阻燃效果。
表2
表3

Claims (12)

1.一种相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，该材料为一种复合材料，包括聚乙二醇、复合触变剂、玻璃纤维、复合阻燃剂、助剂等，这几种原材料在100±10℃的条件下高速搅拌混合120±10min。
2.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇为分子量在4000-20000的固体，如聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙二醇8000、聚乙二醇10000等多种不同聚乙二醇中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的复合触变剂为气相二氧化硅、纳米碳酸钙、有机膨润土、滑石粉其中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的玻璃纤维为长径比2:1到150:1的一种或多种玻璃纤维。
5.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的复合阻燃剂为氮系、有机磷氮系、次磷酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁等阻燃剂其中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇占复合材料的质量比为40-90％。
7.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的复合触变剂占复合材料的质量比为0.1-10％。
8.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的玻璃纤维占复合材料的质量比为0.1-10％。
9.如权利要求1所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的复合阻燃剂占复合材料的质量比为2-30％。
10.如权利要求3所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米碳酸钙的粒径为1-100nm。
11.如权利要求3所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的二氧化硅为比表面积10-500m2/g的疏水性或亲水性气相二氧化硅。
12.如权利要求4所述的相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述的短切玻璃纤维的长度为0.1-3mm，直径为10-50μm。
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