CN107338026A - 一种复合相变储热材料及其制备方法 - Google Patents

一种复合相变储热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合相变储热材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明通过对可膨胀石墨进行处理，扩大其层间距和比表面积，生成具有多孔网状空隙结构的具有天然石墨高导热性能，又具有较高的吸附性能的膨胀石墨，并利用多壁碳纳米管分散进入膨胀石墨的间隙中形成的导热网络，进一步提高导热性能，减小热阻，再在高温条件下，通过微孔吸附法将有机相变材料吸附于石墨内部，达到将相变储热材料封装的目的。本发明制备的复合相变储热材料比热大，在相变过程中，热阻变化小，提高了其储热性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种复合相变储热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合相变储热材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
储热方案设计是太阳能蒸汽发电中的重要技术，储热材料的性能及成本是决定大型太阳能电厂的建设费用及运行成本的主要因素之一。用于太阳能发电中的储热材料应满足如下要求：储热材料应有高的能量密度；储热材料与热交换液体应有良好的热传导；储热材料应有良好的化学和力学稳定性；储热材料与热交换器及热交换液体之间有良好的化学相容性；在储热及放热循环过程中应完全可逆；低成本。工作温度的高低直接决定了系统的热效率，提高储热材料的工作温度具有重要的意义。
目前，复合型储热材料主要是胶囊型、无机盐/陶瓷基复合型、有机/无机复合型储热材料，其面向的应用对象是中低温储热领域，而且在制备过程中多采用成本较高的结合剂将物相不同的原料粘结。目前这些制备技术，存在以下不足：比热小，储热能力一般；在相变过程中体积的缩胀会导致复合型储热材料热阻的变化，降低了储热性能。由此导致此类复合型储热材料不能得到广泛的应用，限制了储热材料的推广使用。因此亟待寻找一种比热大，在相变过程中体积的缩胀不易影响热阻，提高其储热性能的相变储热材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的储热材料比热小，在相变过程中体积的缩胀会导致热阻的变化，降低了其储热性能的问题，提供了一种复合相变储热材料及其制备方法。
为解决技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种复合相变储热材料，包括有机相变材料和高热导率材料，其特征在于，所述高热导率材料为膨胀石墨经多壁碳纳米管超声分散进入间隙制得的复合纳米膨胀石墨。
所述的有机相变材料为石蜡、脂肪酸类、多元醇类中的一种或多种。
所述的高热导率材料为可膨胀石墨高温煅烧后与多壁碳纳米管混合，加入乙醇溶液中搅拌10～15min，再用300W超声波超声分散5～8h，过滤干燥后制得；
所述的纳米管质量为可膨胀石墨质量的0.3～2.5%。
所述的有机相变材料和高热导率材料的质量比为6:1～10:1。
所述的一种复合相变储热材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将有机相变材料和高热导率材料装入球磨机中，再向球磨机中加入5～8mL丙酮，湿法球磨1～2h，得复合粉末，随后将复合粉末装入坩埚中，并置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得复合导热油；
S2.将上述复合导热油装入烧杯中，以5℃/min加热至120～130℃，并以300～400r/min保温搅拌吸附1～2h，继续以5℃/min加热至200～210℃，持续保温搅拌吸附1～2h，随后冷却至室温出料，得复合相变储热材料。
本发明的有益技术效果是：
本发明通过对可膨胀石墨进行处理，扩大其层间距和比表面积，生成具有多孔网状空隙结构的具有天然石墨高导热性能，又具有较高的吸附性能的膨胀石墨，并利用多壁碳纳米管分散进入膨胀石墨的间隙中形成的导热网络，进一步提高导热性能，减小热阻，再在高温条件下，通过微孔吸附法将有机相变材料吸附于石墨内部，达到将相变储热材料封装的目的，提高相变材料的导热性能的同时有效解决相变材料转变时液相的泄漏导致的热阻变化，降低了储热性能的问题。本发明制备的复合相变储热材料比热大，在相变过程中，热阻变化小，提高了其储热性能，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
首先称取2～3g可膨胀石墨，加入粉碎机中粉碎，过50目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再将干燥后的可膨胀石墨粉末转入马弗炉中，加热至800～900℃，保温反应20～30s，冷却至室温后，得膨胀石墨；将膨胀石墨与0.01～0.05g多壁碳纳米管混合后，加入100～120mL质量分数为70%乙醇溶液中，以300～400r/min搅拌10～15min，再用300W超声波超声分散5～8h，随后真空抽滤，用去离子水洗涤滤饼2～3次，将洗涤后的滤饼置入真空干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得复合纳米膨胀石墨；再称取1.2～1.5g三羟甲基乙烷，8.0～8.5g硬脂酸，1.0～1.5g复合纳米膨胀石墨，装入球磨机中，再向球磨机中加入5～8mL丙酮，以500～600r/min湿法球磨1～2h，得复合粉末，随后将复合粉末装入坩埚中，并置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得复合导热油；将复合导热油装入烧杯中，以5℃/min加热至120～130℃，并以300～400r/min保温搅拌吸附1～2h，继续以5℃/min加热至200～210℃，持续保温搅拌吸附1～2h，随后冷却至室温出料，得复合相变储热材料。
实例1
首先称取3g可膨胀石墨，加入粉碎机中粉碎，过50目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，再将干燥后的可膨胀石墨粉末转入马弗炉中，加热至900℃，保温反应30s，冷却至室温后，得膨胀石墨；将膨胀石墨与0.05g多壁碳纳米管混合后，加入120mL质量分数为70%乙醇溶液中，以400r/min搅拌15min，再用300W超声波超声分散8h，随后真空抽滤，用去离子水洗涤滤饼3次，将洗涤后的滤饼置入真空干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，得复合纳米膨胀石墨；再称取1.5g三羟甲基乙烷，8.5g硬脂酸，1.5g复合纳米膨胀石墨，装入球磨机中，再向球磨机中加入8mL丙酮，以600r/min湿法球磨2h，得复合粉末，随后将复合粉末装入坩埚中，并置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，得复合导热油；将复合导热油装入烧杯中，以5℃/min加热至130℃，并以400r/min保温搅拌吸附2h，继续以5℃/min加热至210℃，持续保温搅拌吸附2h，随后冷却至室温出料，得复合相变储热材料。
实例2
首先称取2g可膨胀石墨，加入粉碎机中粉碎，过50目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，再将干燥后的可膨胀石墨粉末转入马弗炉中，加热至800℃，保温反应20s，冷却至室温后，得膨胀石墨；将膨胀石墨与0.01g多壁碳纳米管混合后，加入100mL质量分数为70%乙醇溶液中，以300r/min搅拌10min，再用300W超声波超声分散5h，随后真空抽滤，用去离子水洗涤滤饼2次，将洗涤后的滤饼置入真空干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得复合纳米膨胀石墨；再称取1.2g山梨糖醇，8.0g氧化聚乙烯蜡，1.0g复合纳米膨胀石墨，装入球磨机中，再向球磨机中加入5mL丙酮，以500r/min湿法球磨1h，得复合粉末，随后将复合粉末装入坩埚中，并置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得复合导热油；将复合导热油装入烧杯中，以5℃/min加热至120℃，并以300r/min保温搅拌吸附1h，继续以5℃/min加热至200℃，持续保温搅拌吸附1h，随后冷却至室温出料，得复合相变储热材料。
实例3
首先称取2g可膨胀石墨，加入粉碎机中粉碎，过50目筛，将过筛后的可膨胀石墨粉末置于干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，再将干燥后的可膨胀石墨粉末转入马弗炉中，加热至850℃，保温反应25s，冷却至室温后，得膨胀石墨；将膨胀石墨与0.03g多壁碳纳米管混合后，加入110mL质量分数为70%乙醇溶液中，以350r/min搅拌12min，再用300W超声波超声分散7h，随后真空抽滤，用去离子水洗涤滤饼3次，将洗涤后的滤饼置入真空干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，得复合纳米膨胀石墨；再称取1.3g丙烯酸酯多元醇，8.3g硬脂酸，1.2g复合纳米膨胀石墨，装入球磨机中，再向球磨机中加入7mL丙酮，以550r/min湿法球磨2h，得复合粉末，随后将复合粉末装入坩埚中，并置于干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，得复合导热油；将复合导热油装入烧杯中，以5℃/min加热至125℃，并以350r/min保温搅拌吸附1h，继续以5℃/min加热至205℃，持续保温搅拌吸附1h，随后冷却至室温出料，得复合相变储热材料。
对照例：采用溶胶-凝胶法合成了微胶囊SiO2包裹石蜡的复合储热材料，其中石蜡的含量为87.5%。
将实例1至实例3及对照例制备得到的储热材料进行进行检测，检测数据如下：
检测项目 对照例 实例1 实例2 实例3
比热（kJ/(kg·℃)） 2.0 2.3 2.5 2.1
相变温度（℃） 25 40 35 42
导热率（W/m·K） 0.92 1.14 1.52 1.18
耐压强度（MPa） 17.6 19.8 20.1 22.5
经对比可发现，本发明制备的复合相变储热材料比热大，储热性能好。

Claims (6)

1.一种复合相变储热材料，包括有机相变材料和高热导率材料，其特征在于，所述高热导率材料为膨胀石墨经多壁碳纳米管超声分散进入间隙制得的复合纳米膨胀石墨。
2.如权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，所述的有机相变材料为石蜡、脂肪酸类、多元醇类中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，所述的高热导率材料为可膨胀石墨高温煅烧后与多壁碳纳米管混合，加入乙醇溶液中搅拌10～15min，再用300W超声波超声分散5～8h，过滤干燥后制得。
4.如权利要求1或3所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，所述的多壁碳纳米管质量为可膨胀石墨质量的0.3～2.5%。
5.如权利要求1或2所述的一种复合相变储热材料，其特征在于，所述的有机相变材料和高热导率材料的质量比为6:1～10:1。
6.如权利要求1～5所述的任一项所述的一种复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1）将有机相变材料和高热导率材料装入球磨机中，再向球磨机中加入5～8mL丙酮，湿法球磨1～2h，得复合粉末，随后将复合粉末装入坩埚中，并置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得复合导热油；
(2）将上述复合导热油装入烧杯中，以5℃/min加热至120～130℃，并以300～400r/min保温搅拌吸附1～2h，继续以5℃/min加热至200～210℃，持续保温搅拌吸附1～2h，随后冷却至室温出料，得复合相变储热材料。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108817381A (zh) * 2018-05-14 2018-11-16 兰州交通大学 一种低膨胀片状石墨/碳纳米管/铝复合材料的制备方法
CN109456735A (zh) * 2018-11-28 2019-03-12 东北电力大学 一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法
CN110437806A (zh) * 2019-08-21 2019-11-12 山东吉鑫节能科技有限公司 一种pcm相变蓄热材料及其制备方法
CN113122186A (zh) * 2021-04-21 2021-07-16 广东工业大学 一种纳米金属复合相变材料及其制备方法
CN114381237A (zh) * 2022-01-07 2022-04-22 瑞声科技（南京）有限公司 一种储热复合材料及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102585775A (zh) * 2012-01-20 2012-07-18 中国科学院过程工程研究所 一种高温复合相变储热材料及其制备方法
CN103059817A (zh) * 2012-12-27 2013-04-24 东南大学 复合定型相变材料、制备方法及利用该相变材料制备的储热砂浆
CN104164219A (zh) * 2014-07-09 2014-11-26 镇江新梦溪能源科技有限公司 一种定型相变储热材料及其制备方法
CN104371666A (zh) * 2014-12-04 2015-02-25 西南科技大学 一种高导热低渗漏相变复合材料的制备方法
CN105018038A (zh) * 2014-04-16 2015-11-04 上海艾尔派克包装材料有限公司 一种有机相变储热材料及其制备方法
CN106543972A (zh) * 2015-09-22 2017-03-29 镇江新梦溪能源科技有限公司 一种新型复合有机相变储热材料及其制备方法
CN106543971A (zh) * 2015-09-22 2017-03-29 镇江新梦溪能源科技有限公司 一种新型复合有机物相变储热材料及其制备方法
CN106700436A (zh) * 2016-12-06 2017-05-24 苏州洛特兰新材料科技有限公司 一种高可塑性的导热复合材料及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102585775A (zh) * 2012-01-20 2012-07-18 中国科学院过程工程研究所 一种高温复合相变储热材料及其制备方法
CN103059817A (zh) * 2012-12-27 2013-04-24 东南大学 复合定型相变材料、制备方法及利用该相变材料制备的储热砂浆
CN105018038A (zh) * 2014-04-16 2015-11-04 上海艾尔派克包装材料有限公司 一种有机相变储热材料及其制备方法
CN104164219A (zh) * 2014-07-09 2014-11-26 镇江新梦溪能源科技有限公司 一种定型相变储热材料及其制备方法
CN104371666A (zh) * 2014-12-04 2015-02-25 西南科技大学 一种高导热低渗漏相变复合材料的制备方法
CN106543972A (zh) * 2015-09-22 2017-03-29 镇江新梦溪能源科技有限公司 一种新型复合有机相变储热材料及其制备方法
CN106543971A (zh) * 2015-09-22 2017-03-29 镇江新梦溪能源科技有限公司 一种新型复合有机物相变储热材料及其制备方法
CN106700436A (zh) * 2016-12-06 2017-05-24 苏州洛特兰新材料科技有限公司 一种高可塑性的导热复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林子滔: "相变材料的大体积封装形式及其导热增强研究进展", 《建筑节能》 *
高丽敏等: "超声波辅助机械搅拌法制备纳米石墨片的工艺"", 《黑龙江科技学院学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108817381A (zh) * 2018-05-14 2018-11-16 兰州交通大学 一种低膨胀片状石墨/碳纳米管/铝复合材料的制备方法
CN109456735A (zh) * 2018-11-28 2019-03-12 东北电力大学 一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法
CN110437806A (zh) * 2019-08-21 2019-11-12 山东吉鑫节能科技有限公司 一种pcm相变蓄热材料及其制备方法
CN113122186A (zh) * 2021-04-21 2021-07-16 广东工业大学 一种纳米金属复合相变材料及其制备方法
CN114381237A (zh) * 2022-01-07 2022-04-22 瑞声科技（南京）有限公司 一种储热复合材料及其制备方法

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