CN109456735A - 一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法 - Google Patents

一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法 Download PDF

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孙学庚
刘钟泽
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Abstract

本发明涉及有机复合相变材料技术领域，特别是一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法，该方法特点是：按棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉的质量份比为70～90:10:5～20备料；按质量份的棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉，先将棕榈酸粉倒入装有膨胀石墨的烧杯中，放置于恒温水浴锅中，恒温70℃，混合搅拌15min，使烧杯中的棕榈酸粉熔化且与膨胀石墨完全混合得到混合物；再将碳纤维粉倒入混合物中，继续恒温加热搅拌1h；将烧杯取出在室温下自然冷却，得到棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料。制备得到的复合相变材料具有较好的热稳定性、化学稳定性以及较高的储热性能，在中低温储热领域应用前景较佳。

Description

一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及储热材料技术领域，是一种有机复合相变材料及其制备方法，更具体地说，是一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法。
背景技术
相变材料是相变储热的核心，有机相变材料包括石蜡、脂肪酸及多元醇类等，其储能密度大，化学稳定性较好，在相变过程中几乎无过冷及相分离，且无毒无腐蚀性，但存在导热系数低的缺点。棕榈酸作为一种有机相变材料，熔化温度62℃左右，热稳定性好，但同样存在导热系数低的缺点，限制了棕榈酸作为相变储热材料的应用。因此研究如何提高棕榈酸的导热率成为相变储热领域的一个研究热点。
与此同时，近年来一些新型碳材料备受青睐，它们被用作载体或填料，利用本身良好的导热性来提高有机相变材料的导热系数，此方式已成为储热材料领域的研究热点，拥有广阔的应用前景。其中膨胀石墨因内部具有大量的网状微孔结构而具有良好的吸附性能，得到了许多研究者的深入研究，通常是以膨胀石墨为载体材料，吸附有机相变材料制备定形复合相变材料。
经对现有技术的文献检索、研究、分析发现，提高复合相变材料导热系数的方法主要有两种：一是将相变材料直接填充到膨胀石墨中；二是将具有高导热率的粒子分散到相变材料中，但这两种方法均存在一定的缺陷，因相变材料无法均匀地填充到膨胀石墨的空隙中而导致复合相变材料的导热系数依旧较低。
迄今为上，未见有关一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料及其制备方法的文献报道及其应用。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术中存在的不足，提供一种科学合理，适用性强，成本低，效果佳的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法，并提供用这种制备方法直接获得的，吸附效果均匀，热稳定性、导热性能好，蓄放热速率高，应用前景广阔的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料。
实现本发明目的之一采用的技术方案如下：
1.一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）棕榈酸粉的制备：将棕榈酸放于研钵中进行研磨，研磨成200～250目的棕榈酸粉；
2）将可膨胀石墨放在恒温干燥箱中，干燥温度100℃，干燥12h；取干燥后的可膨胀石墨于烧杯中，移至微波炉中，微波温度60℃，加热40～50s，得到膨胀石墨；
3）碳纤维粉的粒径100～150μm；
4）按棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉的质量份比为70～90:10:5～20备料；
5）按步骤4）质量份的棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉，先将棕榈酸粉倒入装有膨胀石墨的烧杯中，放置于恒温水浴锅中，恒温70℃，混合搅拌15min，使烧杯中的棕榈酸粉熔化且与膨胀石墨完全混合得到混合物；再将碳纤维粉倒入混合物中，继续恒温加热搅拌1h；将烧杯取出在室温下自然冷却，得到棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料。
所述步骤2)的微波炉功率为500W。
实现本发明的另一目的是，按着所述的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法制备的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料。
本发明的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法，由于采用棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉，先将棕榈酸粉倒入装有膨胀石墨的烧杯中，放置于恒温水浴锅中，恒温70℃，混合搅拌15min，使烧杯中的棕榈酸粉熔化且与膨胀石墨完全混合得到混合物；再将碳纤维粉倒入混合物中，继续恒温加热搅拌1h；将烧杯取出在室温下自然冷却，得到棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料；棕榈酸被膨胀石墨吸附于孔中，碳纤维粉同样均匀地嵌在复合材料的表面，其填充过程不但没有破坏原膨胀石墨的形态，而且使该复合材料的定形效果进一步得到提高，利于增加相变材料的导热性能。其方法科学合理，适用性强，成本低，效果佳。
按着本发明的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法制备的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料，具有吸附效果均匀，热稳定性好、导热性能好，蓄放热速率高，应用前景广阔等优点。
附图说明
图1是本发明制备的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的扫描电镜图片。
图2是本发明制备的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的相变特性曲线示意图。
具体实施方式
实施例1：
实施例1的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
1）棕榈酸粉的制备：将棕榈酸放于研钵中进行研磨，研磨成200～250目的棕榈酸粉；
2）将可膨胀石墨放在恒温干燥箱中，干燥温度100℃，干燥12h；取干燥后的可膨胀石墨于烧杯中，移至微波炉中，微波炉功率为500W，微波温度60℃，加热40～50s，得到膨胀石墨；
3）碳纤维粉的粒径100～150μm；
4）按棕榈酸粉70g、膨胀石墨10g和碳纤维粉20g备料；
5）按步骤4）质量份的棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉，先将棕榈酸粉倒入装有膨胀石墨的烧杯中，放置于恒温水浴锅中，恒温70℃，混合搅拌15min，使烧杯中的棕榈酸粉熔化且与膨胀石墨完全混合，在毛细作用力下被吸附到膨胀石墨的多孔结构中得到混合物；再将碳纤维粉倒入混合物中，继续恒温加热搅拌1h；将烧杯取出在室温下自然冷却，得到棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料。
如图1所示，本实施例1制备的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的扫描电镜图片可以看出：棕榈酸粉被膨胀石墨吸附于孔中，碳纤维粉同样均匀地嵌在复合材料的表面，其填充过程不但没有破坏原膨胀石墨的形态，而且使该复合材料的定形效果进一步得到提高，利于增加相变材料的导热性能。
采用实施例1的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法，制备得到添加不同量质量，即5g、10g、15g、20g的碳纤维粉的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的析晶性能表征如图2所示。图中可以看出，添加碳材料可降低相变材料棕榈酸的过冷度，过冷度由2.17℃降低至1℃以下，这是因为晶体成核所需的热力学条件决定其在冷却结晶时必须要产生过冷，固液两相的自由能之差为结晶提供了驱动力，而碳材料在相变材料凝固过程中起到成核剂的作用，使过冷度降低，提高了棕榈酸的相变储热性能。本发明棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法优选碳纤维粉的范围为5～20g。
从图1和图2，证明了本发明制备的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料具有较好的热稳定性、化学稳定性以及较高的储热性能，导热性能更高，蓄放热速率显著提高。
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于物料的选择，棕榈酸粉75g，膨胀石墨10g，碳纤维粉15g。
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于物料的选择，棕榈酸80g，膨胀石墨10g，碳纤维粉10g。
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于物料的选择，棕榈酸85g，膨胀石墨10g，碳纤维粉5g。
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于物料的选择，棕榈酸90g，膨胀石墨10g，碳纤维粉20g。
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于物料的选择，棕榈酸90g，膨胀石墨10g，碳纤维粉15g。
实施例7与实施例1基本相同，不同之处在于物料的选择，棕榈酸90g，膨胀石墨10g，碳纤维粉10g。
实施例8与实施例1基本相同，不同之处在于物料的选择，棕榈酸90g，膨胀石墨10g，碳纤维粉5g。
本发明的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上的等同替代，这些等同替代均在本发明保护范围内。

Claims (3)

1.一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）棕榈酸粉的制备：将棕榈酸放于研钵中进行研磨，研磨成200～250目的棕榈酸粉；
2）将可膨胀石墨放在恒温干燥箱中，干燥温度100℃，干燥12h；取干燥后的可膨胀石墨于烧杯中，移至微波炉中，微波温度60℃，加热40～50s，得到膨胀石墨；
3）碳纤维粉的粒径100~150μm；
4）按棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉的质量份比为70～90:10:5～20备料；
5）按步骤4）质量份的棕榈酸粉、膨胀石墨和碳纤维粉，先将棕榈酸粉倒入装有膨胀石墨的烧杯中，放置于恒温水浴锅中，恒温70℃，混合搅拌15min，使烧杯中的棕榈酸粉熔化且与膨胀石墨完全混合得到混合物；再将碳纤维粉倒入混合物中，继续恒温加热搅拌1h；将烧杯取出在室温下自然冷却，得到棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料。
2.根据权利要求1所述的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)的微波炉功率为500W。
3.根据权利要求1所述的一种棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料的制备方法制备的棕榈酸/膨胀石墨/碳纤维复合相变材料。
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