CN111454693B - 一种利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料强度的方法，属于相变储热材料领域。本发明基于稳定熔盐相变材料制备方法，利用陶瓷材料作为基体，酚醛树脂作为粘结剂，通过陶瓷基体提供稳定结构、酚醛树脂提供成形性再加上酚醛树脂高温部分裂解后产生的碳结构进而可制得力学性能优良的熔盐相变储热体。本发明制备方法简单，成本低且可大规模生产，解决了目前普遍存在的熔盐相变储热体力学性能不足的问题，对扩大熔盐相变储热材料的使用范围具有重要意义。

Description

一种利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料强度的方法
技术领域
本发明属于相变储热材料领域，尤其涉及一种利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料强度的方法。
背景技术
储能技术作为国家战略性新兴产业，是能源转化与利用技术中重要的一个组成部分，选择合适的储能技术路线对于提高可再生能源利用效率、增强火力发电调峰能力以及缓解电网调度都有着重要的意义，其规模化应用将对能源转型、电网格局、电源结构产生重大影响。储热材料是储热技术的核心与关键，其通过把在一段时间或一定空间暂时不用的多余能量经某种途径收集并存储起来，在能量需求高峰期再将其释放出来，优秀的储热材料具有储热密度高、导热系数大以及稳定性好等优点。其中相变储热材料主要通过两相转变来储存或释放大量热能，进而实现在电采暖中“削峰填谷”，使电能得到充分利用。
熔盐相变材料储热密度高，成本低，是储能材料领域研究的热点，但现如今熔盐作为相变储热材料在储热体系中仍存在许多问题，比如在使用过程中熔盐流失，储热体力学性能不足等。这些问题严重影响到了储热体的应用周期和使用范围，急需解决。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料强度的方法。
本发明针对熔盐相变储热材料(硝酸盐、碳酸盐以及多元共晶盐)构成的陶瓷基(氧化镁、硅藻土)储热材料力学性能不足的问题，利用酚醛树脂的粘结性使原有结构更加稳定，同时在高温处理过程中酚醛树脂分解可提供使陶瓷基体更加稳定的碳结构，使制得的相变储热体力学性能更加优良，而且酚醛树脂及其分解后的碳结构均拥有较好的导热系数，对储热性能影响较低，最终可制备出力学性能和储热性能都很优良的相变储热体。
为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供的利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料力学强度的方法，其包括如下步骤：将熔盐相变材料、陶瓷基体与酚醛树脂研磨混合均匀，并进行压制烧结。
进一步的，所述熔盐包括NaNO3、KNO3、LiNO3、Na2CO3、K2CO3、BaCO3、CaCO3、 Li2CO3、NaNO3-KNO3、Na2CO3-K2CO3、NaNO3-LiNO3、Na2CO3-Li2CO3中的至少一种。
进一步的，所述陶瓷基体包括氧化镁、硅藻土中的至少一种。
进一步的，所述熔盐颗粒与陶瓷基体的质量比为55:45。
进一步的，所述熔盐颗粒和陶瓷基体的混合粉体与酚醛树脂的质量比为92-98：2-8。
进一步的，所述烧结过程为：将压制好的块体材料放入管式炉中，烧结温度设置为720℃，同时进行氮气保护。升温速率为室温60分钟到100℃，然后90分钟升温到410℃，后120分钟升温至650℃，最后120分钟升温至720℃，保温120分钟后，随炉冷却。
进一步的，所述烧结温度高于熔盐相变温度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用酚醛树脂作为粘结剂，基于稳定熔盐相变材料制备方法，利用陶瓷材料作为基体，酚醛树脂作为粘结剂，与熔盐混合均匀，压制烧结。通过陶瓷基体提供稳定结构、酚醛树脂提供成形性，再加上酚醛树脂高温部分裂解后产生的碳结构，进而可制得力学性能优良的熔盐相变储热体。本发明制备方法简单，成本低，且可大规模生产，解决了目前普遍存在的熔盐相变储热体力学性能不足的问题，对扩大熔盐相变储热材料的使用范围具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图(熔盐相变储热体制备流程图)。
图2为实施例1中同酚醛树脂(PF)添加量对试样强度的影响图(不同酚醛树脂(PF)添加量对试样强度的影响)。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料强度的方法，包括如下步骤：
1、制备熔盐颗粒
(1)选择Na2CO3与K2CO3作为储热介质，将以52:48的比例混合，用球磨机以球料比1：1，110转/分钟的速度球磨30min，使Na2CO3与K2CO3混合均匀以用来制备水合共晶盐。
(2)将混合后的混合物溶于水中，搅拌均匀后放置在烘箱中，烘干72小时，制备出水合共晶盐；
(3)将制备好的水合共晶盐破碎、研磨至粉末，将粉末放置在不同直径的球形磨具中加入微量的水，采取10Mpa的压强进行压制，在680℃的条件下烧结，制备出不同粒径的熔盐颗粒，以备使用。
2、对熔盐相变材料试样进行压制烧结
(1)将将熔盐颗粒、MgO以质量比为熔盐颗粒：MgO＝55：45进行研磨混合，得稳定储热混合粉体。
(2)将步骤(1)中制得混合粉体、酚醛树脂以质量比为混合粉体：酚醛树脂＝100：0得原始样粉末或98：2得试样1粉末或96：4得试样2粉末或94：6得试样3粉末或92：8 得试样4粉末或90：10得试样5粉末进行研磨混合，得混合均匀的颗粒粉末。
(3)将颗粒粉末放入模具中，施加300MPa的压力，保压30s后脱模，制备出块体材料。
(4)将块体材料放入管式炉中，烧结温度设置为720℃，同时进行氮气保护，升温速率为室温60分钟到100℃，然后90分钟升温到410℃，后120分钟升温至650℃，最后120分钟升温至720℃，保温120分钟后，随炉冷却，即得熔盐相变储热材料，并对所有试样进行三点抗弯测试得到抗弯强度，结果如图2所示。从图2可知，随着酚醛树脂添加量的增加，试样抗弯强度不断增强。之后对原始样与强度最大的试样5进行稳态法测导热率和DSC测试得相变潜热，结果如表1。从表1可知，添加酚醛树脂后试样导热系数有所提升，相变潜热有略微下降，但变化不大。即通过添加酚醛树脂可达到增强试样强度的目的，同时还会提高试样导热系数，且对试样相变潜热影响不大。
表1原始样与试样5相变潜热及导热系数对比
试样 相变潜热J/g 导热系数W/(m*K)
原始样 62.80 1.66
试样5 60.96 1.74
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料力学强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：将熔盐相变材料、陶瓷基体与酚醛树脂研磨混合均匀，并进行压制烧结；
所述陶瓷基体包括氧化镁、硅藻土中的至少一种；
所述烧结过程为：将压制好的块体材料放入管式炉中，烧结温度设置为720℃，同时进行氮气保护，升温速率为室温60分钟到100℃，然后90分钟升温到410℃，然后120分钟升温至650℃，最后120分钟升温至720℃，保温120分钟后，随炉冷却；
所述熔盐颗粒与陶瓷基体的质量比为55:45；
所述熔盐颗粒和陶瓷基体的混合粉体与酚醛树脂的质量比为92-98：2-8。
2.根据权利要求1所述的利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料力学强度的方法，其特征在于，所述熔盐包括NaNO3、KNO3、LiNO3、Na2CO3、K2CO3、BaCO3、CaCO3、Li2CO3、NaNO3-KNO3、Na2CO3-K2CO3、NaNO3-LiNO3、Na2CO3-Li2CO3中的至少一种。
3.根据权利要求1-2任一项所述的利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料力学强度的方法，其特征在于，所述烧结温度高于熔盐相变温度。
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