CN108084969A - 可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料及其制备方法 - Google Patents
可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变材料的制备方法。本发明具有以下优点：(1)高封装量：聚合物中空纤维中空部分所占整体体积比例较大。所以石蜡封装量在70wt％以上；(2)高强度：聚丙烯、聚乙烯及聚对苯二甲酸乙二醇酯均为高强度聚合物，在纺制成中空纤维以后强度较高，不易损坏；(3)可编织：由于中空纤维为外径0.1‑2mm的纤维状，可编织成网使用；(4)耐腐蚀及价格低廉；(5)一步法封装，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料及其制备方法。
背景技术
目前，日益增长的能源消耗压力越来越大。近些年来在太阳能、风能、潮汐能等清洁能源方面的研究和开发显示了人们在寻找可替代能源方面做出的巨大的努力。另一方面，作为能量供应的重要方式之一的热能，在我们的生活中也占据了举足轻重的地位，节能减排的倡导就直接凸显了开发新的高效储能技术的巨大需求。目前，热能存储的方式主要包括显热存储、化学反应热存储和潜热存储(相变储能)。其中相变储能是利用相变材料自身物态变化时(固-液、固-固和固-液气)吸收或放出的大量的潜热而进行的，具有较大的发展前景。相变储能材料是一种能够通过周围环境温度调节自身相变从而吸收环境中热量或将自身储存热量释放出来的新型功能材料，具有储能密度大、温度恒定和过程易控制等优点。它在太阳能存储、建筑保温、电力“移峰填谷”、工业余热和废热回收及航空航天等领域具有广阔的应用前景。
在过去的几十年里，不同种类的材料，包括石蜡，水合盐，脂肪酸，有机和非有机化合物和聚合物的共晶体已被认为是潜在的相变储能材料并被广泛研究和使用。其中石蜡是精制石油的副产品，固态高级烷烃的混合物，主要成分的分子式可表示为CnH2n+2，其中n＝16～35。石蜡作为一种相变储能材料具有很多优点，取材方便价格低廉，无毒，几乎不存在腐蚀性，自成核，过冷结晶现象不明显，熔化时蒸汽压低，同时化学活性较低，化学性质稳定，不容易发生化学反应，呈中性，在温度低于140℃时很难发生分解炭化，具有一定的强度和可塑性。但它也有一些显著缺点，比如储热密度低，固-液相变过程体积变化大，因此在其凝固时有一定的脱离基底材料器壁的趋势，液态易泄露，密度小等。针对其在应用中的缺陷，近些年来的研究主要集中在提高石蜡的封装量及防泄漏方面，从而达到扩大应用目的。
发明内容
本发明的目的是，提供一种可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料，它结构合理、封装量大、性能稳定，且生产制备简单易行，成本低廉。
本发明是这样实现的：可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料，包括中空纤维，在中空纤维的内腔中填充石蜡，并用树脂将中空纤维的空腔端头封闭。
所述的中空纤维为聚丙烯、聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，外径为0.1-2mm，内径为0.08-1.8mm。
所述的石蜡的碳原子数为16-35。
可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料的制备方法，将聚合物原料放入料斗经纺丝机进行纺丝，石蜡加热至充分融化后，以成腔流体方式在纺丝过程中注入聚合物中空纤维的空腔部分，石蜡的流量为0.01-0.1L/min；再将填充了石蜡的聚合物中空纤维经水冷或空气冷却后，卷绕成聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料，卷绕速率为160-480m/min，并使用树脂进行封端防止石蜡泄露。
聚合物为聚丙烯时，纺丝温度为170-230℃，聚合物为聚乙烯时，纺丝温度为120-170℃，聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯时，纺丝温度为270-330℃。
与现有的技术相比，本发明具有以下优点：(1)高封装量：聚合物中空纤维中空部分所占整体体积比例较大。所以石蜡封装量在70wt％以上；(2)高强度：聚丙烯、聚乙烯及聚对苯二甲酸乙二醇酯均为高强度聚合物，在纺制成中空纤维以后强度较高，不易损坏；(3)可编织：由于中空纤维为外径0.1-2mm的纤维状，可编织成网使用；(4)耐腐蚀及价格低廉；(5)一步法封装，易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的实施例1的聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料。
具体实施方式
本发明的实施例1：可编织熔纺聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料相变材料的制备方法，将聚丙烯(iPP)T30S原料放入料斗经纺丝机进行纺丝。纺丝机从喂料口到机头各段温度控制为：170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、200℃、200℃、190℃。装石蜡(熔点为50-52℃)反应釜温度设置为70℃。石蜡以成腔流体方式在纺丝过程中注入聚合物中空纤维的中空部分，流速为0.06L/min。经水冷冷却后卷绕成聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料，卷绕速率为240m/min，后使用树脂进行封端防止石蜡泄露。聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料外径、壁厚及石蜡封装量见表1。
本发明的实施例2：可编织熔纺聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料相变材料的制备方法，将聚丙烯(iPP)T30S原料放入料斗经纺丝机进行纺丝。纺丝机从喂料口到机头各段温度控制为：170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、200℃、200℃、190℃。装石蜡(熔点为50-52℃)反应釜温度设置为70℃。石蜡以成腔流体方式在纺丝过程中注入聚合物中空纤维的中空部分，流速为0.06L/min。经水冷冷却后卷绕成聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料，卷绕速率为320m/min，后使用树脂进行封端防止石蜡泄露。聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料外径、壁厚及石蜡封装量见表1。
本发明的实施例3：可编织熔纺聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料相变材料的制备方法，将聚丙烯(iPP)T30S原料放入料斗经纺丝机进行纺丝。纺丝机从喂料口到机头各段温度控制为：170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、200℃、200℃、190℃。装石蜡(熔点为50-52℃)反应釜温度设置为70℃。石蜡以成腔流体方式在纺丝过程中注入聚合物中空纤维的中空部分，流速为0.06L/min。经水冷冷却后卷绕成聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料，卷绕速率为480m/min，后使用树脂进行封端防止石蜡泄露。聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料外径、壁厚及石蜡封装量见表1。
本发明的实施例4：可编织熔纺聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料相变材料的制备方法，将聚丙烯(iPP)T30S原料放入料斗经纺丝机进行纺丝。纺丝机从喂料口到机头各段温度控制为：170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、200℃、200℃、190℃。装石蜡(熔点为50-52℃)反应釜温度设置为70℃。石蜡以成腔流体方式在纺丝过程中注入聚合物中空纤维的中空部分，流速为0.08L/min。经水冷冷却后卷绕成聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料，卷绕速率为320m/min，后使用树脂进行封端防止石蜡泄露。聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料外径、壁厚及石蜡封装量见表1。
表1石蜡封装量、导热率及相变潜热数据
| 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | |
| 外径(μm) | 490 | 389 | 209 | 397 |
| 壁厚(μm) | 67 | 55 | 46 | 40 |
| 封装量(wt％) | 87 | 80 | 75 | 88 |
采用熔融纺丝法一步制备聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料过程中，通过改变卷绕速率及石蜡流量大小可有效调控聚合物纤维的壁厚及内外径尺寸，也可控制石蜡封装量的大小。增加卷绕速率，石蜡的封装量有所降低。但增加石蜡流量，聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料中石蜡的封装量显著增加。因此，采用熔融纺丝法一步制备可编织、高封装量聚丙烯中空纤维/石蜡相变储能材料是可行的方法。
Claims (5)
1.一种可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料，包括中空纤维，其特征在于：在中空纤维的内腔中填充石蜡，并用树脂将中空纤维的空腔端头封闭。
2.根据权利要求1所述的可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料，其特征在于：所述的中空纤维为聚丙烯、聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，外径为0.1-2mm，内径为0.08-1.8mm。
3.根据权利要求1所述的可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料，其特征在于：所述的石蜡的碳原子数为16-35。
4.一种如权利要求1所述的可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于：将聚合物原料放入料斗经纺丝机进行纺丝，石蜡加热至充分融化后，以成腔流体方式在纺丝过程中注入聚合物中空纤维的空腔部分，石蜡的流量为0.01-0.1L/min；再将填充了石蜡的聚合物中空纤维经水冷或空气冷却后，卷绕成聚合物中空纤维/石蜡相变储能材料，卷绕速率为160-480m/min，并使用树脂进行封端防止石蜡泄露。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：聚合物为聚丙烯时，纺丝温度为170-230℃，聚合物为聚乙烯时，纺丝温度为120-170℃，聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯时，纺丝温度为270-330℃。
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