CN112175583A - 一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：S1、纤维的预处理：在惰性气体保护下，将沥青加热至473～600 K，并对其进行中空纤维纺制，并将所制备的纤维用收丝辊进行收集，得中空型沥青纤维原丝；S2、石墨纤维的制备：再将S1中的中空型沥青纤维原丝依次经过固化、炭化和石墨化，得石墨纤维。本发明中利用石墨纤维作为导热增加强材料，避免了石墨烯等纳米材料的团聚问题，且相比于石蜡材料，石墨纤维与石蜡的复合相变材料具有较高的导热率，拥有良好的换热性能，能够应用于热能存储与释放领域，更加绿色环保。

Description

一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法。
背景技术
相变储能过程中的吸热和放热可以在恒定的温度下进行，且储热密度大，所以应用领域广泛，在建筑、道路交通、现代农业温室、太阳能利用、生物医药制品、食品的冷藏和运输、医疗保健、电子设备散热、特殊控温服装、航天科技、军事红外伪装、电力移峰填谷、工业余热储存利用、热能回收等诸多领域均具有明显的应用前景。由于相变储能材料的导热性能不好，换热性能差，影响其储能和释能效率。
为了提高相变材料的导热性能，往往添加导热材料增强相变材料的导热率。虽然石墨烯、碳纳米管等具有高导热特性，但是作为添加剂使用中易发生团聚现象，导致其分散性差，不能很好地提高相变材料的导热率。另外，具有良好的导热性能的金属类材料，一般密度较大，而且不能耐腐蚀，对相变储能材料的导热性能的提升有局限性。
因此，我们提出了一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法。
一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、纤维的预处理：在惰性气体保护下，将沥青加热至473～600 K，并对其进行中空纤维纺制，并将所制备的纤维用收丝辊进行收集，得中空型沥青纤维原丝；
S2、石墨纤维的制备：再将S1中的中空型沥青纤维原丝依次经过固化、炭化和石墨化，得炭纤维；
S3、石墨纤维/石蜡复合材料的制备：将S2中制备的石墨纤维浸入石蜡粉末中，抽真空加热，待卸去真空后，上述材料冷却固化后再经过模压成型，得石墨纤维/石蜡复合材料。
优选的，所述惰性气体为氩气。
优选的，所述石墨纤维/石蜡复合材料的纤维截面成中空型，其壁厚5～7μm,外径40μm。
优选的，所述石蜡的软化点为333 K，导热率为0.35 W/(m·K) ，相变潜热为200J\g。
优选的，所述固化的温度环境为480～600 K。
优选的，所述炭化的过程为：通入氩气，并在1273～1773 K的温度环境下进行。
优选的，所述石墨化的过程为：通入氩气，并在2273～3273 K的温度环境下进行。
本发明的有益效果是：
本发明中，作为原料的沥青的获取来源方式广泛，提高了石油化工副产品的附加值，提高化工企业的经济收益；利用石墨纤维作为导热增加强材料，避免了石墨烯等纳米材料的团聚问题，且相比于石蜡材料，石墨纤维与石蜡的复合相变材料具有较高的导热率，拥有良好的换热性能，能够应用于热能存储与释放领域，更加绿色环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、纤维的预处理：在惰性气体保护下，将沥青加热至500 K，并对其进行中空纤维纺制，并将所制备的纤维用收丝辊进行收集，得中空型沥青纤维原丝；
S2、炭石墨纤维的制备：再将S1中的中空型沥青纤维原丝依次经过固化、炭化和石墨化，得石墨纤维；
S3、石墨纤维/石蜡复合材料的制备：将S2中制备的石墨纤维浸入石蜡粉末中，抽真空加热，石蜡（石蜡的软化点为333 K，导热率为0.35 W/(m·K) ，相变潜热为200 J\g）可填充到中空石墨纤维束丝内，待卸去真空后，上述材料冷却固化后再经过模压成型，得石墨纤维/石蜡复合材料。
其中，石墨纤维/石蜡复合材料的纤维截面成中空型，其壁厚5～7μm,外径40μm，固化的温度环境为480～600 K，炭化的过程为：通入氩气，并在1273～1773 K的温度环境下进行，石墨化的过程为：通入氩气，并在2273～3273 K的温度环境下进行。
本实施例中，选取石墨化条件下处理的石墨纤维作为导热增强材料，检测石墨纤维在不同质量比的状态下，采用德国NETZSCH 激光热导仪对其轴向导热率与径向导热率进行以下试验（导热率的计算方法为：K=a·Cp·P，其中a为热扩散系数，Cp为定压热容量，p为材料的密度），具体试验情况及数据如下所示：
实施例一，石墨纤维/石蜡复合材料中，石墨纤维的质量比为13%时：纤维轴向方向的复合材料的导热率为1.5 W/(m·K)，纤维径向方向的复合材料的导热率为0.4W/(m·K)。
实施例二，石墨纤维/石蜡复合材料中，石墨纤维的质量比为18%时：纤维轴向方向的复合材料的导热率为1.9 W/(m·K)，纤维径向方向的复合材料的导热率为0.48W/(m·K)。
实施例三，石墨纤维/石蜡复合材料中，石墨纤维的质量比为25%时：纤维轴向方向的复合材料的导热率为2.4 W/(m·K)，纤维径向方向的复合材料的导热率为1.4W/(m·K)。
石墨纤维质量比 导热率（轴向） 导热率（径向）
实施例一 13% 1.5 W/(m·K) 0.4W/(m·K)
实施例二 18% 1.9 W/(m·K) 0.48W/(m·K)
实施例三 25% 2.4 W/(m·K) 1.4W/(m·K)
与纯石蜡材料相比而言，上述石墨纤维/石蜡复合材料的导热性能均优于纯石蜡材料的导热性能，具有快速的吸收/释放热能的能力。同时，上述石墨纤维/石蜡复合材料的相变潜热均不低于160J/g。综上，石墨纤维/石蜡复合材料具有可观的相变储能导热应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、纤维的预处理：在惰性气体保护下，将沥青加热至473～600 K，并对其进行中空纤维纺制，并将所制备的纤维用收丝辊进行收集，得中空型沥青纤维原丝；
S2、石墨纤维的制备：再将S1中的中空型沥青纤维原丝依次经过固化、炭化和石墨化，得石墨纤维；
S3、石墨纤维/石蜡复合材料的制备：将S2中制备的石墨纤维浸入石蜡粉末中，抽真空加热，待卸去真空后，上述材料冷却固化后再经过模压成型，得石墨纤维/石蜡复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
3.根据权利要求1所述的一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述石墨纤维/石蜡复合材料的纤维截面成中空型，其壁厚5～7μm,外径40μm。
4.根据权利要求1所述的一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述石蜡的软化点为333 K，导热率为0.35 W/(m·K) ，相变潜热为200 J\g。
5.根据权利要求1所述的一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述固化的温度环境为480～600 K。
6.根据权利要求1所述的一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述炭化的过程为：通入氩气，并在1273～1773 K的温度环境下进行。
7.根据权利要求1所述的一种高导热石墨纤维石蜡相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述石墨化的过程为：通入氩气，并在2273～3273 K的温度环境下进行。
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