CN108251068A - 一种2-8℃复合相变材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种制备2‑8℃复合相变材料的方法，包括以下步骤：(1)将无水硫酸钠原料置于鼓风干燥箱内于90～110℃下干燥至恒重；(2)按照各原料的质量份数，分别称取30～50份的无水硫酸钠，5‑10份的氯化钠，10‑20份的氯化钾，10‑20份的氯化铵，1‑5份的硼酸，1‑5份的硼砂，0.5‑5份的羧甲基纤维素钠，0.5‑5份的亲水性气凝胶进行混合，于球磨机中研磨至混合物粒度到50‑300μm；(3)往研磨好的混合物中加入20‑50份蒸馏水，于40～60℃下搅拌成熔融浆状即可。本发明工艺简单，成本较低，制备的相变材料具有过冷度小，储能密度高，无相分离，性能稳定，能快速蓄冷缓慢释冷的优点。

Description

一种2-8℃复合相变材料及其制备方法

技术领域

本发明属于相变材料领域，具体涉及一种2-8℃复合相变材料及其制备方法。

背景技术

相变材料(PCM)是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质，其转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。对于固-液相变材料其作用机理为：相变材料从液态向固态转变时，材料要向环境中放热，反之，从环境吸热，在物理状态发生变化时储存或者释放的能量称为相变潜热。发生相变的温度范围很窄，物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，大量相变潜热转移到环境中，产生了一个宽的温度平台，相变材料温度平台的出现，体现了恒温时间的延长，并在与显热和绝缘材料热循环时，储存或者释放显热。

目前国内外研究较多的固-液相变材料主要包括三大类：无机物相变材料、有机物相变材料和复合相变材料。无机物相变材料一般为结晶水合盐类为主，是中、低温相变材料中的重要类型，它们具有熔解热较大、导热系数高、相变时体积变化小、一般呈中性、毒性小、价格便宜等优点，但是，这类材料通常具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。为防止无机物相变储能材料的腐蚀性，储能系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本；而为抑制无机物相变储能材料在相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。有机物相变材料主要包括高级脂肪烃、脂肪酸及其酯类、醇类、芳香烃类及高分子聚合物类等，具有固体状态成型性较好、一般不容易出现过冷现象和相分离、材料的腐蚀性较小、毒性较小的优点，缺点是导热系数小、密度较小、单位体积的贮能能力较小、价格较高，并且有些有机物易挥发、易燃烧甚至爆炸或被空气中的氧气缓慢氧化。有机物相变材料因热导率较低，相变过程中的传热性能差，在实际应用中通常采用添加高热导率材料如铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率，或采用翅片管换热器，依靠换热面积的增加来提高传热性能，但这些强化传热的方法均未能解决有机相变材料热导率低的本质问题。复合相变材料是指将PCM与另外一种或几种功能材料通过物理或化学方式复合在一起形成一种具有某种特征的PCM。制备复合储能材料可以有效的解决固-液PCM在实际应用中存在着种种不足：如相变时体积膨胀收缩的变化、液体的产生与渗漏、有机类导热系数较小、在空气中易被氧化、无机水合盐类的分层析出、腐蚀性等，不过，在添加其它功能材料的同时，会降低相变材料的储能量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的旨在提出一种2-8℃复合相变材料及其制备方法，该材料具有廉价、无毒、过冷度小、储能密度高、性能稳定的特点，可应用于疫苗、医药、牛奶、食品的冷链运输，空调的相变蓄冷系统以及其他任何需要控制在2℃-8℃情况下的使用场景中。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种2-8℃复合相变材料，原料组成包括质量份数30～50份的无水硫酸钠，5-10份的氯化钠，10-20份的氯化钾，10-20份的氯化铵，1-5份的硼酸，1-5份的硼砂，0.5-5份的羧甲基纤维素钠，0.5-5份的亲水性气凝胶，20-50份蒸馏水。

一种制备2-8℃复合相变材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将无水硫酸钠原料置于鼓风干燥箱内于90～110℃下干燥至恒重；

步骤二：按照各原料的质量份数，分别称取30～50份的无水硫酸钠，5-10份的氯化钠，10-20份的氯化钾，10-20份的氯化铵，1-5份的硼酸，1-5份的硼砂，0.5-5份的羧甲基纤维素钠，0.5-5份的亲水性气凝胶进行混合，然后于球磨机中进行研磨，直至混合物粒度达到50-300μm为止；

步骤三：往研磨好的混合物中加入20-50份蒸馏水，于40～60℃下搅拌至均匀的熔融浆状，即制得2-8℃复合相变材料。

本发明各原料的作用分别为：无水硫酸钠—主原料，氯化钠、氯化钾、氯化铵—熔点控制剂，羧甲基纤维素钠—增稠剂，亲水性气凝胶—增稠剂、成核剂，硼砂、硼酸—成核剂。

本发明的有益效果：

(1)从原料使用方面：作为主体原料的无水硫酸钠，相对于其它无机原料，潜热更大，且廉价易得，相比于有机原料，成本大大降低；亲水性气凝胶，在现有的相变材料制备方法中还未曾使用过，其既能充当成核剂又能起到增稠作用，且气凝胶本身作为一种性能优良的纳米材料，能够更好的降低过冷度，减少相分离，可在体系内更均匀的分布，加入后也能增多成核量，使多个晶核同时开始结晶，最终达到快速蓄冷的效果。

(2)制备方法方面：通过研磨，使得各原料混合更加均匀，进而成核剂分散的更均匀，混合物粒度达到50-300μm，使该体系的晶体尺寸变得非常小，越小体系越稳定，而增稠剂可阻碍晶体的过快生长，进一步使整个体系更加稳定，也有效地抑制了相分层，且可形成足够浓的凝胶体，对阻止大晶体的生成也能起到很好的作用。在均匀分散的体系中，各个更细小的晶型在体系内各个位置均匀形成，不但能降低相变材料的过冷度，还使得相变材料快速结晶，达到了快速蓄冷缓慢释冷的目的。

本发明通过上述两方面的创新，使得制备的相变材料具有过冷度小，储能密度高，无相分离，性能稳定，能快速蓄冷缓慢释冷的优点，同时克服了有机相变材料储能密度低、无机相变材料有腐蚀性的缺点，改善了相变材料的应用效果、拓展了应用范围。

附图说明

图1为相变材料测试装置；

图2为相变材料测试曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步介绍。

实施例1

一种制备2-8℃复合相变材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将无水硫酸钠原料置于鼓风干燥箱内于100℃下干燥至恒重；

步骤二：按照各原料的质量份数，分别称取35份的无水硫酸钠，5份的氯化钠，10份的氯化钾，20份的氯化铵，2份的硼酸，2份的硼砂，1份的羧甲基纤维素钠，1份的亲水性气凝胶进行混合，然后于球磨机中进行研磨，直至混合物粒度达到80-100μm为止；

步骤三：往研磨好的混合物中加入24份蒸馏水，于40℃下搅拌成均匀的熔融浆状，即制得2-8℃复合相变材料。

实施例2

一种制备2-8℃复合相变材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将无水硫酸钠原料置于鼓风干燥箱内于110℃下干燥至恒重；

步骤二：按照各原料的质量份数，分别称取50份的无水硫酸钠，8份的氯化钠，10份的氯化钾，15份的氯化铵，3份的硼酸，3份的硼砂，2份的羧甲基纤维素钠，3份的亲水性气凝胶进行混合，然后于球磨机中进行研磨，直至混合物粒度达到90-120μm为止；

步骤三：往研磨好的混合物中加入40份蒸馏水，于50℃下搅拌成均匀的熔融浆状，即制得2-8℃复合相变材料。

实施例3

一种制备2-8℃复合相变材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将无水硫酸钠原料置于鼓风干燥箱内于110℃下干燥至恒重；

步骤二：按照各原料的质量份数，分别称取40份的无水硫酸钠，8份的氯化钠，15份的氯化钾，15份的氯化铵，2.5份的硼酸，2.5份的硼砂，4份的羧甲基纤维素钠，1份的亲水性气凝胶进行混合，然后于球磨机中进行研磨，直至混合物粒度达到200-240μm为止；

步骤三：往研磨好的混合物中加入50份蒸馏水，于60℃下搅拌成均匀的熔融浆状，即制得2-8℃复合相变材料。

本发明制备了由无机原料、有机原料复合而成的相变蓄冷材料，该产品主要是利用相变过程进行能量的储存和释放，通过对实施例1～3所得相变材料测试，结果表明，该材料的相变点在2℃-8℃，在0℃以上即可以实现冷量的储存，在8℃以上高于其相变点即可以实现冷量的释放，经过多次融化及凝固过程后，其储能密度无太大变化，适用于疫苗、医药、牛奶、食品的冷链运输，空调的相变蓄冷系统以及其他任何需要控制在2℃-8℃情况下的使用场景中。

取实施例1所得的相变材料，置于图1相变材料测试装置中进行融化曲线测试，结果如图2所示。

从图2可以看出，(1)本发明制备的相变材料无过冷度，融化阶段平台稳定；(2)本发明的相变材料在2℃时开始蓄冷，在6℃以上开始进行释冷，特别适合疫苗运输、空调蓄冷等领域应用；(3)与市面上出售的性能优良的ABC三种相变材料进行了对比，从蓄冷阶段可以看出，本发明制备的相变材料在相同环境下可以在较短时间内完成蓄冷，可缩短蓄冷时间，虽蓄冷时间短，但从融化阶段可以看出，本发明的相变材料与市售相变材料无太大差别，且稳定性比市售相变材料更平稳一些。

Claims (2)

1.一种2-8℃复合相变材料，其特征在于，该相变材料的原料组成包括质量份数30～50份的无水硫酸钠，5-10份的氯化钠，10-20份的氯化钾，10-20份的氯化铵，1-5份的硼酸，1-5份的硼砂，0.5-5份的羧甲基纤维素钠，0.5-5份的亲水性气凝胶，20-50份蒸馏水。

2.一种制备2-8℃复合相变材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将无水硫酸钠原料置于鼓风干燥箱内于90～110℃下干燥至恒重；

步骤二：按照各原料的质量份数，分别称取30～50份的无水硫酸钠，5-10份的氯化钠，10-20份的氯化钾，10-20份的氯化铵，1-5份的硼酸，1-5份的硼砂，0.5-5份的羧甲基纤维素钠，0.5-5份的亲水性气凝胶进行混合，然后于球磨机中进行研磨，直至混合物粒度达到50-300μm为止；

步骤三：往研磨好的混合物中加入20-50份蒸馏水，于40～60℃下搅拌成均匀的熔融浆状，即制得2-8℃复合相变材料。