CN111394066A - 一种中低温复合相变温控材料及其制备方法 - Google Patents

一种中低温复合相变温控材料及其制备方法 Download PDF

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金翼
朱寒琦
翁立奎
丁玉龙
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姜琳
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Abstract

本发明公开了一种中低温复合相变温控材料及其制备方法，包括质量百分比75～90％的有机相变材料和10～25％的热塑性弹性体；其中，有机相变材料为石蜡或肉豆蔻酸，热塑性弹性体为苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物(SBS)或氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物(SEBS)。本发明使用热塑性弹性体作为载体复合有机相变材料，利用复合相变材料对不规则的设备和器件表面进行柔性包覆以耐高温冲击，有效解决了设备和器件相变温控过程中固‑液相变材料在熔化时液相流失的问题和容器封装的较大增重问题；与传统复合相变材料相比，在载体质量占比较低的情况下能有效对相变材料进行封装固定，相变潜热更高。

Description

一种中低温复合相变温控材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种中低温复合相变温控材料及其制备方法，属于相变储热技术领域。
背景技术
相变温控是一种利用相变材料在相变过程中进行热能储存或释放的特点，以实现对物体温度控制的技术。相变温控具有结构紧凑、性能可靠、经济节能等优点。将相变材料涂覆于不规则设备和器件外表面进行柔性包覆以耐高温冲击，可以实现其对外界的热冲击，实现设备和器件表面温升的有效调控，以保证其工作的稳定性和可靠性。
相变温控用于设备和器件外表面抵抗热冲击的主要原理是：当设备或器件受到瞬时热冲击时，其相变温控是利用相变材料的相变储热过程来外界的大量热量，由于相变过程近似恒温，设备表面温度可短时间内保持恒定或在规定温度范围内波动。当设备或器件在受到热冲击后，相变材料有足够长的时间反向相变释放热量以恢复其原始状态。在相变温控应用过程中普遍使用固-液相变材料作为储热介质，然而由于固-液相变材料在熔化时易出现液相流失，通常需用容器封装相变材料。然而在设备或器件外表面搭载封装容器会增加器件重量，这在很大程度上限制了相变温控在设备和器件抗热冲击领域的发展。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种中低温复合相变温控材料及其制备方法，通过材料复合的方式解决固-液相变材料在熔化时液相流失的问题，避免了容器封装带来的设备或器件增重较大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种中低温复合相变温控材料，包括如下按质量百分比计的组份：
有机相变材料75～90％；
热塑性弹性体10～25％；
其中，所述有机相变材料为58#石蜡或肉豆蔻酸；
所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)。
具体地，该中低温复合相变温控材料的相变温度范围为50～60℃。
进一步地，本发明还提供上述中低温复合相变温控材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将有机相变材料加热至80～90℃，使其变成熔融态；
(2)将热塑性弹性体加入步骤(1)熔融态的有机相变材料中，升温至120～140℃，搅拌至热塑性弹性体与有机相变材料完全混溶；
(3)将步骤(2)得到的混合物在80～90℃条件下进行超声处理；
(4)将步骤(3)超声处理后的物料转移至模具中，冷却成型，待完全凝固后即得。
具体地，步骤(1)中，所述有机相变材料加热的时间为30～50min。
步骤(2)中，所述搅拌速率60～120r/min，搅拌时间为30～50min。
步骤(3)中，所述超声的频率为28～53KHz；超声的时间为20～30min。
步骤(4)中，冷却成型的温度为20～30℃，时间为30min以上。
有益效果：
1、本发明使用热塑性弹性体作为载体复合有机相变材料，有效解决了设备和器件相变温控过程中固-液相变材料在熔化时液相流失的问题和容器封装的较大增重问题；与传统复合相变材料相比，在载体质量占比较低的情况下能有效对相变材料进行封装固定，相变潜热更高。
2、本发明制备方法中，与传统熔融混合法相比，通过增加高温超声步骤，排出了材料内可能形成的气泡，复合材料致密度更高，机械稳定性更好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为实施例1得到的肉豆蔻酸/SEBS的TG曲线图。
图2为实施例1得到的肉豆蔻酸/SEBS的DSC曲线图。
图3为实施例2得到的石蜡/SBS的TG曲线图。
图4为实施例2得到的石蜡/SBS的DSC曲线图。
图5为实施例3得到的肉豆蔻酸/SBS的TG曲线图。
图6为实施例3得到的肉豆蔻酸/SBS的DSC曲线图。
图7为实施例4得到的石蜡/SEBS的TG曲线图。
图8为实施例4得到的石蜡/SEBS的DSC曲线图。
图9为不同超声频率下肉豆蔻酸/SEBS的体积密度和孔隙率变化曲线图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
称取肉豆蔻酸90g置于80℃下恒温30min至完全变成熔融态，得到熔融样品A；称取10gSEBS加入熔融样品A中，升高温度至140℃，以120r/min的搅拌速率搅拌40min至热塑性弹性体与相变材料完全混溶，得到混合物B；将B在90℃、40KHz频率下超声20min后转移至模具中，在20℃下静置30min以冷却成型，待完全凝固后得到成品。
肉豆蔻酸/SEBS的TG曲线如图1所示，在200℃以内材料几乎不分解，表明其热稳定性较高可耐高温冲击。肉豆蔻酸/SEBS的DSC曲线如图2所示，其相变温度为52.6℃，相变潜热为174.9kJ/kg，表现出较高的储热性能。
实施例2
称取58#石蜡85g置于80℃下恒温20min至完全变成熔融态，得到熔融样品A；称取15gSBS加入熔融样品A中，升高温度至140℃，以120r/min的搅拌速率搅拌30min至热塑性弹性体与相变材料完全混溶，得到混合物B；将B在90℃、40KHz频率下超声20min后转移至模具中，在20℃下静置30min以冷却成型，待完全凝固后得到成品。
石蜡/SBS的TG曲线如图3所示，在250℃以内材料几乎不分解，表明其热稳定性较高可耐高温冲击。石蜡/SBS的DSC曲线如图4所示，其相变温度为51.6℃，储热密度为121.2kJ/kg；表现出较高的储热性能。
实施例3
称取肉豆蔻酸90g置于80℃下恒温30min至完全变成熔融态，得到熔融样品A；称取10gSBS加入熔融样品A中，升高温度至140℃，以120r/min的搅拌速率搅拌40min至热塑性弹性体与相变材料完全混溶，得到混合物B；将B在90℃、40KHz频率下超声20min后转移至模具中，在20℃下静置30min以冷却成型，待完全凝固后得到成品。
肉豆蔻酸/SBS的TG曲线如图5所示，在200℃以内材料几乎不分解，表明其热稳定性较高可耐高温冲击。肉豆蔻酸/SBS的DSC曲线如图6所示，其相变温度为52.5℃，相变潜热为175.7kJ/kg，表现出较高的储热性能。
实施例4
称取58#石蜡85g置于80℃下恒温20min至完全变成熔融态，得到熔融样品A；称取15gSEBS加入熔融样品A中，升高温度至140℃，以120r/min的搅拌速率搅拌30min至热塑性弹性体与相变材料完全混溶，得到混合物B；将B在90℃、40KHz频率下超声20min后转移至模具中，在20℃下静置30min以冷却成型，待完全凝固后得到成品。
石蜡/SEBS的TG曲线如图7所示，在250℃以内材料几乎不分解，表明其热稳定性较高可耐高温冲击。石蜡/SEBS的DSC曲线如图8所示，其相变温度为52.9℃，储热密度为112.9kJ/kg；表现出较高的储热性能。
对比例
称取肉豆蔻酸90g置于80℃下恒温30min至完全变成熔融态，得到熔融样品A；称取10gSEBS加入熔融样品A中，升高温度至140℃，以120r/min的搅拌速率搅拌40min至热塑性弹性体与相变材料完全混溶，得到混合物B；将B等分为5份，每份20g，其中四份于90℃下分别在15KHz、28KHz、40KHz和53KHz频率下超声20min，另一份于90℃下静置20min，然后将所有材料样品转移至模具中，在20℃下静置30min以冷却成型，待完全凝固后得到成品，测试5个样品的体积密度和孔隙率，结果如图9所示。由图可知，随着超声频率的提高，肉豆蔻酸/SEBS的体积密度逐渐增加而孔隙率逐渐降低，当超声频率增加到40KHz后体积密度和孔隙率逐渐趋于稳定，表明制备方法中的超声操作对于提高体积密度和降低孔隙率具有良好效果。
本发明提供了一种中低温复合相变温控材料及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种中低温复合相变温控材料，其特征在于，包括如下按质量百分比计的组份：
有机相变材料75～90％；
热塑性弹性体10～25％；
其中，所述有机相变材料为58#石蜡或肉豆蔻酸；
所述热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
2.根据权利要求1所述的中低温复合相变温控材料，其特征在于，它的相变温度范围为50～60℃。
3.权利要求1所述中低温复合相变温控材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将有机相变材料加热至80～90℃，使其变成熔融态；
(2)将热塑性弹性体加入步骤(1)熔融态的有机相变材料中，升温至120～140℃，搅拌至热塑性弹性体与有机相变材料完全混溶；
(3)将步骤(2)得到的混合物在80～90℃条件下进行超声处理；
(4)将步骤(3)超声处理后的物料转移至模具中，冷却成型，待完全凝固后即得。
4.根据权利要求3所述中低温复合相变温控材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机相变材料加热的时间为30～50min。
5.根据权利要求3所述中低温复合相变温控材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌速率60～120r/min，搅拌时间为30～50min。
6.根据权利要求3所述中低温复合相变温控材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述超声的频率为28～53KHz；超声的时间为20～30min。
7.根据权利要求3所述中低温复合相变温控材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，冷却成型的温度为20～30℃，时间为30min以上。
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