CN110591656B - 用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料及其制备方法。其中，所述用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法包括以下步骤：以无机盐作为相变材料填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体，所述无机盐的相变温度为200℃‑450℃，相变潜热大于150J/g；于所述复合相变材料基体的表面包覆保护层，得到用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料。本发明的技术方案能够使得复合相变材料的相变温度满足加热不燃烧型烟草热源的需求，可以直接作为加热不燃烧型烟草热源使用。

Description

用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及加热不燃烧型烟草热源技术领域，特别涉及一种用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料及其制备方法。
背景技术
加热不燃烧型烟草热源是一种能使烟弹加热到足以散发出具有烟草味道的气雾，且不会点燃烟弹，这对加热不燃烧型烟草热源性能提出了较高的要求，比如预加热时间短、导热能力强、有效储存热量高、适合的加热温度在200-450℃、持续放热时间需要超过300s等。
相变材料是指在温度不变的情况下改变物质状态能提供潜热的物质，相变储能是指相变材料在相变化过程中吸收或释放的能量，相较于其他能量储存方式(如显热储能)，相变储能具有单位质量储热量大、相变过程保持恒温、相变温度范围广、化学性质稳定与成本低廉等优点，广泛应用于太阳能热发电站、工业余废热回收与节能建筑等领域。目前常用的复合相变材料是以泡沫金属作为骨架，在泡沫金属中填充相变材料用于热量的传输，但是现有的复合相变材料相变温度不能满足加热不燃烧型烟草热源的需求，不能直接作为加热不燃烧型烟草热源使用。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料及其制备方法，旨在使得复合相变材料的相变温度满足加热不燃烧型烟草热源的需求，可以直接作为加热不燃烧型烟草热源使用。
为实现上述目的，本发明提出的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
以无机盐作为相变材料填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体，所述无机盐的相变温度为200℃-450℃；
于所述复合相变材料基体的表面包覆保护层，得到用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料。
可选地，所述无机盐与所述泡沫金属的体积比范围为0.5:1至1.5:1。
可选地，所述无机盐选用碳酸盐或硝酸盐；和/或，所述无机盐选用单组分盐或多组分盐。
可选地，所述泡沫金属的孔径范围为0.1mm-1mm，孔隙率范围为85％-98％。
可选地，所述泡沫金属选用泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝中的一种。
可选地，所述保护层为金属层或碳材料层，且其厚度范围为0.1mm-0.5mm。
可选地，所述保护层为金属箔层。
可选地，所述以无机盐作为相变材料填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体的步骤包括：
将无机盐进行粉碎操作，并采用真空浸渍法将粉碎后的无机盐填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体。
可选地，所述将无机盐进行粉碎操作的步骤包括：
将无机盐放入粉碎机中，以10000r/min-15000r/min的转速粉碎20s-60s。
本发明还提出了用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料，所述用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料是由如前所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法制备得到。
本发明的技术方案，采用相变温度为200℃-450℃的无机盐作为相变材料，泡沫金属作为相变材料的骨架，将无机盐填充至泡沫金属中得到复合相变材料基体，之后在复合相变材料基体的表面包覆一层保护层，便可得到复合相变材料，制备过程较为简单。这里采用泡沫金属作为相变材料的骨架，可以增大复合相变材料的导热系数，提高复合相变材料吸热放热的速率和内部温度的均匀性，减少了其预加热时间。该复合相变材料的放热温度在200℃-450℃之间，且放热时间能够持续300s以上，相变潜热值高于150J/g，能够满足加热不燃烧型烟草热源的需求，可以直接作为加热不燃烧型烟草热源使用，而且，该复合相变材料形状和规格可根据加热不燃烧型烟草热源的结构进行适配性调整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的复合相变材料的截面图；
图2为本发明实施例1中泡沫铜的扫描电子显微镜图；
图3为本发明实施例1制备的复合相变材料的扫描电子显微镜图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
以无机盐作为相变材料填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体，无机盐的相变温度为200℃-450℃；
于复合相变材料基体的表面包覆保护层，得到用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料。
这里无机盐作为一种高温相变材料，从液态向固态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，同时释放大量潜热。并且选用的无机盐相变温度为200℃-450℃，能够满足加热不燃烧型烟草热源的需求。泡沫金属作为一种含有泡沫气孔的金属材料，具有密度小、孔隙比表面积大、导热率高的特点，这里泡沫金属作为相变材料的骨架，将无机盐作为相变材料填充至该泡沫金属的孔隙中，便可得到复合相变材料基体，这样一方面可以增加相变材料的导热率，同时也可以防止相变材料的渗漏。最后于复合相变材料基体的表面包覆一层保护层，便可得到复合相变材料，这里保护层可以有效地防止泡沫金属在高温下被氧化，达到阻隔氧气的目的，同时也有效地防止高温下表面相变材料的渗漏。由该方法制备得到的复合相变材料放热温度在200℃-450℃之间，且放热时间能够持续300s以上，相变潜热值高于150J/g，能够满足加热不燃烧型烟草热源的需求。
因此，可以理解的，本发明的技术方案，采用相变温度为200℃-450℃的无机盐作为相变材料，泡沫金属作为相变材料的骨架，将无机盐填充至泡沫金属中得到复合相变材料基体，之后在复合相变材料基体的表面包覆一层保护层，便可得到复合相变材料，制备过程较为简单。这里采用泡沫金属作为相变材料的骨架，可以增大复合相变材料的导热系数，提高复合相变材料吸热放热的速率和内部温度的均匀性，减少了其预加热时间。该复合相变材料的放热温度在200℃-450℃之间，且放热时间能够持续300s以上，相变潜热值高于150J/g，能够满足加热不燃烧型烟草热源的需求，可以直接作为加热不燃烧型烟草热源使用，而且，该复合相变材料形状和规格可根据加热不燃烧型烟草热源的结构进行适配性调整。
可选地，无机盐与泡沫金属的体积比范围为0.5:1至1.5:1。为了使得制备得到复合相变材料性能较好，且不会造成材料浪费，无机盐与泡沫金属的用量要选择适宜，一般地，无机盐与泡沫金属的体积比为0.5:1、1:1或1.5:1。
可选地，无机盐选用碳酸盐或硝酸盐。这里选用相变温度为200℃-450℃的碳酸盐和硝酸盐，成本较低。当然地，无机盐也可选用相变温度为200℃-450℃的其他类型无机盐。
可选地，无机盐选用单组分盐或多组分盐。这里无机盐可以选用单组分盐，也可选用多组分盐，在此不做限制。
可选地，泡沫金属的孔径范围为0.1mm-1mm，孔隙率范围为85％-98％。由于泡沫金属作为相变材料的骨架，为了更好更充分地填充相变材料，这里泡沫金属的孔径控制在0.1mm-1mm范围内，比如，泡沫金属的孔径为0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm或1mm；同时孔隙率控制在85％-98％范围内，比如孔隙率为85％、90％、93％或98％。
可选地，泡沫金属选用泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝中的一种。这里泡沫金属选用泡沫铜、泡沫镍或泡沫铝，这些泡沫金属均不与无机盐发生反应。优选地，泡沫金属采用泡沫铜，泡沫铜的导热系数相对较高，则有利于增大复合相变材料的额导热系数。
可选地，保护层为金属层或碳材料层，且其厚度范围为0.1mm-0.5mm。这里选用金属层或碳材料层作为保护层，一方面可以有效地防止泡沫金属高温下被氧气氧化，达到阻隔氧气的目的，另一方面，防止在高温下表面相变材料的渗漏。
可选地，保护层为金属箔层，比如铜箔层或铝箔层。
可选地，以无机盐作为相变材料填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体的步骤包括：
将无机盐进行粉碎操作，并采用真空浸渍法将粉碎后的无机盐填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体。
具体地，先对无机盐进行粉碎操作，以便于其后续填充操作；然后在真空条件下，加热无机盐至熔融状态，使得熔融的无机盐浸渍至泡沫金属的孔隙中，便可得到复合相变材料基体。这里利用多孔泡沫铜金属骨架的毛细力和表面张力的共同作用使熔融状态下无机盐相变材料自发渗入，简化了相变材料的制备工艺。
可选地，将无机盐进行粉碎操作的步骤包括：
将无机盐放入粉碎机中，以10000r/min-15000r/min的转速粉碎20s-60s。如此操作，粉碎后的无机盐可以更好地填充至泡沫金属的孔隙中，从而可以得到填充效率较高的复合相变材料。
本发明还提出了一种用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料，该复合相变材料是由如前所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法制备得到。
本发明制备的复合相变材料放热温度在200℃-450℃之间，且放热时间能够持续300s以上，相变潜热值高于150J/g，能够满足加热不燃烧型烟草热源的需求，可以直接作为加热不燃烧型烟草热源使用，而且，该复合相变材料形状和规格可根据加热不燃烧型烟草热源的结构进行适配性调整。同时，本发明的复合相变材料经济环保，安全可靠。且可循环使用。需要说明的是，5g-20g的复合相变材料所释放的热量足以将烟弹烘烤充分。
以下通过具体实施例对本发明用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料及其制备方法进行详细说明。
实施例1
首先将质量比为1:1:1的碳酸钠、碳酸锂、碳酸钾的混合无机盐放入粉碎机中，以15000r/min的转速粉碎30s，得到混合均匀的三元碳酸盐。然后在真空条件下，加热该三元碳酸盐至熔融状态，使得熔融的三元碳酸盐浸渍至泡沫铜的孔隙中，便可得到复合相变材料基体，这里三元碳酸盐的充填效率为85％。最后在复合相变材料基体的表面包覆一层金属铜箔层，便可得到复合相变材料，该复合相变材料的相变温度为380℃。
实施例2
首先将质量比为3:1的硝酸钠与硝酸钾的混合无机盐放入粉碎机中，以15000r/min的转速粉碎30s，得到混合均匀的二元硝酸盐。然后在真空条件下，加热该二元硝酸盐至熔融状态，使得熔融的二元硝酸盐浸渍至泡沫铜的孔隙中，便可得到复合相变材料基体，这里三元碳酸盐的充填效率为86％。最后在复合相变材料基体的表面包覆一层金属铜箔层，便可得到复合相变材料，该复合相变材料的相变温度为220℃。
将实施例制备得到复合相变材料隔断，并拍摄下其截面图，如图1所示，由图1可以看出，三元碳酸盐均匀地分布在泡沫铜的空隙中。同时采用扫描电子显微镜对未与无机盐复合的泡沫铜进行观察，如图2所示，由图2可以看出，泡沫铜具有良好的孔隙骨架结构。进一步地采用扫描电子显微镜对复合相变材料进行观察，如图3所示，从图3中可以看出，三元碳酸盐相变材料充分的吸附在泡沫铜的孔隙中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以无机盐作为相变材料填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体，所述无机盐的相变温度为200℃-450℃；
于所述复合相变材料基体的表面包覆保护层，得到用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料；其中，所述无机盐选用碳酸盐或硝酸盐。
2.如权利要求1所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述无机盐与所述泡沫金属的体积比范围为0.5:1至1.5:1。
3.如权利要求1所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述无机盐选用单组分盐或多组分盐。
4.如权利要求1所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述泡沫金属的孔径范围为0.1mm-1mm，孔隙率范围为85％-98％。
5.如权利要求1所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述泡沫金属选用泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝中的一种。
6.如权利要求1所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述保护层为金属层或碳材料层，且其厚度范围为0.1mm-0.5mm。
7.如权利要求6所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述保护层为金属箔层。
8.如权利要求1至7中任一项所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述以无机盐作为相变材料填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体的步骤包括：
将无机盐进行粉碎操作，并采用真空浸渍法将粉碎后的无机盐填充于泡沫金属中，得到复合相变材料基体。
9.如权利要求8所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法，其特征在于，所述将无机盐进行粉碎操作的步骤包括：
将无机盐放入粉碎机中，以10000r/min-15000r/min的转速粉碎20s-60s。
10.一种用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料，其特征在于，所述用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料是由如权利要求1至9中任一项所述的用于加热不燃烧型烟草热源的复合相变材料的制备方法制备得到。
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