CN111100603A - 基于静电纺的高导热相变储能材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于静电纺的高导热相变储能材料及其制备方法，其制备方法包括：聚苯乙烯和纳米碳混合纺丝液的制备；复合纳米中空纤维静电纺丝膜的制备；复合相变储能纤维膜的制备。本发明的复合相变材料具有高热导率和高潜热，且形状、性能稳定，制备过程安全简便，在太阳能利用和温度调节织物领域有极大的应用。

Description

基于静电纺的高导热相变储能材料及其制备方法
技术领域
本发明属于相变储能材料及其制备领域，具体涉及一种基于静电纺的高导热相变储能材料及其制备方法。
背景技术
因为化石能源的枯竭，太阳能、热能等可持续能源的开发和利用是科学和工程领域的热点问题之一。有机相变材料，如石蜡，聚乙二醇，硬脂酸和脂肪酸等，由于它们在相变过程中具有优异的吸收和释放潜热的能力，因此是热能储存具有吸引力的材料。特别是它们的高化学稳定性，适当的相变温度范围和小的体积变化使其在废热回收、太阳能和电能应用中有广阔的应用前景。尽管有机相变材料具有出色的性能，但一些固有缺陷限制了它们在许多领域的应用，例如低热导率，熔化和冷却过程中的泄漏问题。因此，有必要找到制备形状稳定的相变材料的途径，并改善热传导能力。
在过去的十年中，静电纺丝技术已成为一种简单高效经济来生产由连续和随机覆盖的纤维组成的无纺布的方法。静电纺纤维的直径通常在几十纳米到几微米的范围内(通常称为“电纺纤维”)。电纺纤维和纤维非织造织物具有许多有利的性能，包括小的直径，低密度，高孔隙率，高纵横比，大比表面积和良好的机械柔韧性。通过利用聚合物的可纺性和良好的机械性能作为基质，来开发包封有机相变材料的聚合物纤维或纳米纤维。
可以通过同轴静电纺丝将有机相变材料封装到纳米纤维中来生产核壳纤维，或者通过含有有机相变材料和聚合物的混合溶液的共同纺丝形成共混纤维。但在共混纺丝中，相变材料随机分布在纳米纤维的内部或表面上，而不是全部集中在纤维内部。并且，相变材料在纳米纤维中的负载可能受到其与聚合物基质的相容性和相变材料的电纺丝性的限制。此外，由于聚合较低的热导率，使得复合相变材料往往具有较差的导热性能，极大地影响材料的储热性能。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种基于静电纺的高导热相变储能材料的制备方法，克服现有技术中有机相变材料易泄露，导热性能差的问题。本发明方法通过简单的中空纤维吸附法，制备的相变材料具有很好的形状稳定性且生产过程简便，通过引入纳米碳材料，使相变材料具有良好的导热性。
一种基于静电纺的高导热相变储能材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚苯乙烯溶于无水DMF中，加入纳米碳材料，搅拌12-24h，超声1h，使其混合成均匀的纺丝液；
(2)将步骤(1)所述纺丝液进行静电纺丝，得到聚苯乙烯/纳米碳材料中空纤维膜，并在真空下干燥24h；
(3)将步骤(2)得到的静电纺丝膜沿纤维取向一端浸入熔融的有机相变材料中，并在一定温度下保持12-24h；
(4)将步骤(3)得到的复合相变纤维膜取出并悬挂在通风橱里，除去多余的相变材料并冷却，即得到高导热相变储能材料。
进一步地，步骤(1)中，聚苯乙烯含量为20-25wt％。
进一步地，步骤(1)中，纳米碳材料为碳纳米管或氧化石墨烯；用量为0.5-1wt％。
进一步地，步骤(2)中，静电纺丝的工艺参数为：静电纺丝的电压为15-20KV，温度为18-25℃，湿度为40-60％，针尖与收集装置的距离为20-30cm，滚筒收集装置的转速为1000-1200rpm。
进一步地，步骤(3)中，有机相变材料为聚乙二醇、1-十四醇、十八烷酸、二十烷、月桂酸、石蜡、硬脂酸和正十八烷中的一种或几种。
进一步地，步骤(3)中，保持温度为50-90℃。
本发明提供一种所述方法制备的基于静电纺的高导热相变储能材料。
本发明还提供一种所述的基于静电纺的高导热相变储能材料的应用。
附图说明
图1为本发明的聚苯乙烯中空纤维的断面扫描电镜图(实施例3)。
图2为本发明的碳纳米管/聚苯乙烯/月桂酸复合相变纤维的断面扫描电镜图(实施例3)。
图3为本发明的碳纳米管/聚苯乙烯/月桂酸复合相变纤维的平面扫描电镜图(实施例3)。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1：
本实施例的基于静电纺的高导热相变储能材料的制备方法包括如下步骤：
(1)、将2g聚苯乙烯溶于8g无水DMF中，搅拌12h，加入0.1g碳纳米管，超声1h后搅拌24h，使其混合成均匀的纺丝液；
(2)、然后将20wt％聚苯乙烯/碳纳米管混合溶液注入静电纺丝设备的注射器中进行纺丝。纺丝温度为20℃，相对湿度为45％，纺丝电压为15kV，纺丝针头到接收板的距离为25cm，纺丝液的推进速率为1mL/h，接收装置滚筒转速1000rpm/min，得到聚苯乙烯/纳米碳材料中空纤维膜，并在真空下干燥24h；
(3)、将上述静电纺丝膜沿纤维取向一端浸入熔融的1-十四醇中，并在80℃下保持24h；
(4)、将上述复合相变纤维膜取出并悬挂在通风橱里，除去多余的相变材料并冷却，即得到高导热相变储能材料。
实施例2：
本实施例的基于静电纺的高导热相变储能材料的制备方法包括如下步骤：
(1)、将2g聚苯乙烯溶于8g无水DMF中，搅拌12h，加入0.05g氧化石墨烯，超声1h后搅拌24h，使其混合成均匀的纺丝液；
(2)、然后将20wt％聚苯乙烯/石墨烯混合溶液注入静电纺丝设备的注射器中进行纺丝。纺丝温度为20℃，相对湿度为50％，纺丝电压为15kV，纺丝针头到接收板的距离为25cm，纺丝液的推进速率为1mL/h，接收装置滚筒转速1000rpm/min，得到聚苯乙烯/纳米碳材料中空纤维膜，并在真空下干燥24h；
(3)、将上述静电纺丝膜沿纤维取向一端浸入熔融的石蜡中，并在80℃下保持24h；
(4)、将上述复合相变纤维膜取出并悬挂在通风橱里，除去多余的相变材料并冷却，即得到高导热相变储能材料。
实施例3：
本实施例的基于静电纺的高导热相变储能材料的制备方法包括如下步骤：
(1)、将2g聚苯乙烯溶于8g无水DMF中，搅拌12h，加入0.1g碳纳米管，超声1h后搅拌24h，使其混合成均匀的纺丝液；
(2)、然后将20wt％聚苯乙烯/碳纳米管混合溶液注入静电纺丝设备的注射器中进行纺丝。纺丝温度为20℃，相对湿度为50％，纺丝电压为15kV，纺丝针头到接收板的距离为25cm，纺丝液的推进速率为1mL/h，接收装置滚筒转速1000rpm/min，得到聚苯乙烯/纳米碳材料中空纤维膜，并在真空下干燥24h；
(3)、将上述静电纺丝膜沿纤维取向一端浸入熔融的月桂酸中，并在80℃下保持24h；
(4)、将上述复合相变纤维膜取出并悬挂在通风橱里，除去多余的相变材料并冷却，即得到高导热相变储能材料。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于静电纺的高导热相变储能材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)将聚苯乙烯溶于无水DMF中，加入纳米碳材料，搅拌12-24h，超声1h，使其混合成均匀的纺丝液；
(2)将所述纺丝液进行静电纺丝，得到聚苯乙烯/纳米碳材料中空纤维膜，并在真空下干燥24h；
(3)将上述静电纺丝膜沿纤维取向一端浸入熔融的有机相变材料中，并在一定温度下保持12-24h；
(4)将上述复合相变纤维膜取出并悬挂在通风橱里，除去多余的相变材料并冷却，即得到高导热相变储能材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，聚苯乙烯含量为20-25wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，纳米碳材料为碳纳米管或氧化石墨烯；用量为0.5-1wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，静电纺丝的工艺参数为：静电纺丝的电压为15-20KV，温度为18-25℃，湿度为40-60％，针尖与收集装置的距离为20-30cm，滚筒收集装置的转速为1000-1200rpm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，有机相变材料为聚乙二醇、1-十四醇、十八烷酸、二十烷、月桂酸、石蜡、硬脂酸和正十八烷中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，保持温度为50-90℃。
7.一种权利要求1所述方法制备的高导热相变储能材料。
8.一种权利要求7所述高导热相变储能材料的应用。
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