CN109678411B - 一种纤维增强相变调温板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高控温效果的纤维增强相变调温板的制备方法，包含下列步骤：(1)以石墨为导热增强相，将其均匀分散在熔融状态的相变材料之中；(2)采用真空吸附法将上述的相变材料吸附到膨胀蛭石之中，制备成定型相变材料；(3)采用纤维作为增强相，以一定配比与水泥、定型相变材料、水、减水剂掺杂制备出具有高控温效果的纤维增强相变调温板。将纤维作为增强相掺杂入相变板材中有效的提高了板材的机械性能。石墨的添加也有效的提高了导热系数，改善了相变材料的相变响应的速率。随着导热系数的提高，板材内部的相变材料更有效发生相变，进而提高调温效果。本方法所用原料来源广泛、操作过程简单，可大批量地制备高控温效果的相变板材。

Description

一种纤维增强相变调温板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种相变调温板制备的技术领域，特别涉及了一种具有纤维掺杂的导热增强的相变调温板制备的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，科技的进步，人们对生活舒适度的要求也相应提高，能源的消耗水平也日益增长。研究表明，在一些欧美发达国家40％的能源消耗都是来与建筑物相关，这也导致了每年30％的温室气体的排放。在与建筑物相关的能耗之中，约有60％的能源消耗都是与供暖，制冷以及排风等室温调控系统相关。而相变材料在建筑之中的应用则可以有效的提高室内的热舒适度，提高能源的利用效率，缓解能源的供需紧张的问题。
相变材料在建筑上的应用还不是十分广泛，其技术难点在于相变材料的负载方式、负载量以及相变材料的引入对结构材料的强度的影响。采用改性后的膨胀蛭石作为载体，可以有效的提高相变材料的负载率，提高材料的储能调温效果。此外，随着相变材料量的提高，以及蛭石/相变材料的掺入分别给板材带来了相变不充分及强度降低的问题。对此，碳纤维的掺入可以有效的兼顾了这两个问题。
公开号为CN108046635A、名称为《一种含果冻石蜡的相变储能珍珠岩及自调温相变砂浆》的专利所公开的技术方案中，所采用的载体为膨胀珍珠岩，其强度较低，混凝土材料的力学性能影响较大，在实际施工过程之中易产生载体破坏并导致相变材料渗漏的情况。公开号为CN103664084A、名称为《一种相变保温砂浆的制备方法及其测试方法》的专利所公开的技术方案中，所采用的载体为玻化微珠，其吸附量以及在水泥之中的掺量较少，因而实际应用之中，其对热能的储存会相对较少，其储热调温效率有待提升。根据现有的研究成果以及专利文献，尚未关注相变材料的掺量，力学性能及导热性能之间的关系。因而，就这一问题，需要对现有的相变调温板材的制备方案提出改进。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供可以兼顾力学性能和导热性能的并具有高调温性能的纤维增强相变调温板的制备方法。利用石墨增强相变材料的导热系数，促进相变材料的融化效率，提高控温效果；采用真空吸附法吸附到膨胀蛭石之中制备成定型相变材料，随后掺入水泥之中，并利用纤维增强板材的力学性能。采用了适量的石墨作为相变材料的导热增强相，改善材料的导热系数，促进相变响应速率，提高控温效果。
技术方案：本发明的一种纤维增强相变调温板的制备方法具体技术方案如下：
步骤1.将相变温度为22～25℃的相变材料加热至融化，添加石墨作为相变材料的导热增强相，并恒温搅拌至分散均匀；
步骤2.利用真空干燥箱，采用真空吸附法将相变材料吸附到酸洗之后的膨胀蛭石之中，制备成定型相变材料；
步骤3.将所制备成的定型相变材料作为骨料，将所述骨料以规定配比与水泥、纤维、水、减水剂掺杂制备出具有高控温效果的纤维增强相变储能板。
其中：
所述含相变材料为：相变石蜡、癸酸-月桂酸的共混物、多元醇三种材料中的一种或几种，其相变温度在22～25℃。
所述的酸洗是将膨胀蛭石原料浸泡在H+浓度为0.1～1mol/L的酸性溶液之中，保温0.5～2h。
所述的纤维是短切纤维，纤维种类为碳纤维或聚乙烯纤维中的一种或多种。
所述的纤维，单丝直径15～20μm，长度为3～10mm，抗拉强度为2～7GPa，拉伸模量为200～700GPa，掺杂配比为0％～2％。
所述的骨料以规定配比与水泥、纤维、水、减水剂掺杂，其中规定配比为：水泥与水的质量比为1：0.4～0.8，水泥与定型相变材料的比为1：0.4～0.8，水泥与减水剂的比为1：0～0.02，水泥与纤维的质量比为1：0.005～0.02。
步骤1所述恒温搅拌的温度为60～80℃，搅拌时间0.5～2h，石墨的掺杂质量比为：1～5wt％。
步骤2所述真空干燥箱，温度设定为60～80℃，时间为0.5～2h，所制备的定型相变材料的质量百分数为10～60％。
步骤3所述水泥为普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸高效减水剂，纤维为碳纤维、聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一种或多种。
有益效果：与现有技术相比本发明具有如下有益效果：本发明的纤维增强相变调温板相对同类板材有着更高的相变材料的掺量，同时也有着更好的力学性能。在此基础上，石墨使得板材的导热系数有着一定的提高，进而促进了相变材料的相变效率，提高了控温效果。
附图说明
图1为定型相变材料的SEM。
图2为不同6mm纤维配比的强度。
图3为不同石墨产量的导热系数。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明所述的一种纤维增强相变调温板的制备方法，作进一步的实例说明。
实施例1
步骤1：先将100g石蜡加热至60℃，随后称取5g石墨分散在其中，恒温搅拌0.5h，冷却至室温。按此工艺制备出500g的复合相变材料备用。
步骤2：将按照步骤1所制备的复合相变材料，与100g膨胀蛭石混合均匀，置于真空干燥箱之中，抽真空并加热至60℃并保温2h。按此工艺制备出1kg定型相变材料备用。
步骤3：称取制备出的定型相变材料0.9kg，水泥1.5kg，减水剂15g以及0.9kg水，置于搅拌锅之中搅拌3min。在搅拌过程中加入6mm碳纤维22.5g。在300*300*30mm3的模具之中浇筑，三天后拆模。
实施例2
步骤1：先将100g石蜡加热至60℃，随后称取1g石墨分散在其中，恒温搅拌0.5h，冷却至室温。按此工艺制备出500g的复合相变材料备用。
其余步骤与实施例1相同。
实施例3
步骤1：先将100g石蜡加热至60℃，随后称取2g石墨分散在其中，恒温搅拌0.5h，冷却至室温。按此工艺制备出500g的复合相变材料备用。
其余步骤与实施例1相同。
实施例4
步骤1：先将100g石蜡加热至60℃，随后称取3g石墨分散在其中，恒温搅拌0.5h，冷却至室温。按此工艺制备出500g的复合相变材料备用。
其余步骤与实施例1相同。
实施例5
步骤1：先将100g石蜡加热至60℃，随后称取4g石墨分散在其中，恒温搅拌0.5h，冷却至室温。按此工艺制备出500g的复合相变材料备用。
其余步骤与实施例1相同。
实施例6
步骤3：称取制备出的定型相变材料0.9kg，水泥1.5kg，减水剂15g以及0.9kg水，置于搅拌锅之中搅拌3min。在搅拌过程中加入6mm碳纤维7.5g。在300*300*30mm的模具之中浇筑，三天后拆模。
其余步骤与实施例1相同。
实施例7
步骤3：称取制备出的定型相变材料0.9kg，水泥1.5kg，减水剂15g以及0.9kg水，置于搅拌锅之中搅拌3min。在搅拌过程中加入6mm碳纤维15g。在300*300*30mm的模具之中浇筑，三天后拆模。
其余步骤与实施例1相同。
实施例8
步骤3：称取制备出的定型相变材料0.9kg，水泥1.5kg，减水剂15g以及0.9kg水，置于搅拌锅之中搅拌3min。在搅拌过程中加入6mm碳纤维30g。在300*300*30mm的模具之中浇筑，三天后拆模。
其余步骤与实施例1相同。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种纤维增强相变调温板的制备方法，其特征在于，该制备方法如下：
步骤1. 将相变温度为22~25℃的相变材料加热至融化，添加石墨作为相变材料的导热增强相，并恒温搅拌至分散均匀；
步骤2. 利用真空干燥箱，采用真空吸附法将相变材料吸附到酸洗之后的膨胀蛭石之中，制备成定型相变材料；
步骤3. 将所制备成的定型相变材料作为骨料，将所述骨料以规定配比与水泥、纤维、水、减水剂掺杂制备出纤维增强相变调温板；
所述含相变材料为：相变石蜡、癸酸-月桂酸的共混物、多元醇三种材料中的一种或几种，其相变温度在22~25℃；
所述的骨料以规定配比与水泥、纤维、水、减水剂掺杂，其中规定配比为：水泥与水的质量比为1：0.4~0.8，水泥与定型相变材料的质量比为1：0.4~0.8，水泥与减水剂的质量比为1：0~0.02，水泥与纤维的质量比为1：0.005~0.02;
步骤1所述恒温搅拌的温度为60~80℃，搅拌时间0.5~2h，石墨的掺杂质量比为：1~5wt%。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强相变调温板的制备方法，其特征在于：所述的酸洗是将膨胀蛭石原料浸泡在H+为0.1~1mol/L的酸性溶液之中，保温0.5~2h。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强相变调温板的制备方法，其特征在于：所述的纤维是短切纤维，纤维种类为碳纤维或聚乙烯纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种纤维增强相变调温板的制备方法，其特征在于：所述的纤维，单丝直径15~20µm，长度为3~10mm，抗拉强度为2~7GPa，拉伸模量为200~700GPa，掺杂配比为0%~2%。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强相变调温板的制备方法，其特征在于：步骤2所述真空干燥箱，温度设定为60~80℃，时间为0.5~2h，所制备的定型相变材料的质量百分数为10~60%。
6.根据权利要求1所述的一种纤维增强相变调温板的制备方法，其特征在于，步骤3所述水泥为普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸高效减水剂。
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