CN112920779A - 一种高相变潜热、高热传导率复合相变材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高相变潜热、高热传导率复合相变材料及其制备方法，该复合相变材料是由膨胀石墨和二元无机共晶盐组成。本发明的复合相变材料的相变温度为400～450℃，可以满足用于新型烟草制品烟用热源的温度需要，且相变潜热高、传热效率高，制备工艺简单。

Description

一种高相变潜热、高热传导率复合相变材料及其制备方法

技术领域

本发明属于相变材料制备技术领域，具体涉及一种高相变潜热、高热传导率复合相变材料及其制备方法。

背景技术

新型烟草制品正蓬勃发展，其中加热不燃烧烟草制品是前景最好的一种，国外的几大烟草公司在电加热方式领域均有自己成熟产品和核心技术，所以亟需发展非电热源或者以电为辅助能量的新型热源用于加热不燃烧烟草制品，打破技术垄断。

相变材料是指在一定温度范围内，物理状态或分子结构发生转变的一类材料。它们在物理状态或分子结构发生转变的过程中可以吸收环境的热量，并在需要时向环境释放出热量，从而达到控制周围环境温度的目的。相变材料按照相变方式一般可分为4类：固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。相变材料按相变温度的范围可分为低温相变材料(相变温度＜100℃)，中温相变材料(100℃≤相变温度＜250℃)和高温相变材料(相变温度≥250℃)。相对于其他加热方式，相变材料用于烟用热源有以下几点优势：加热效率高，能实现烟用热源的小型化；成本低，无机盐或者合金成本低而且可重复使用；安全性高，常温下惰性；加热方式与市场上电加热产品不同。基于以上叙述，开发适用于烟用热源的相变材料显得尤为重要。

通常情况下，加热不燃烧烟草制品在使用时温度在300～500℃之间，因此，需要合适的高温相变材料用于烟用热源的加热。相变材料的筛选原则如下：相变温度适宜，相变潜热大，蓄热密度高；材料在相变过程中体积变化小，蒸汽压低，不发生过冷现象；材料在高温环境下的稳定性好，无腐蚀性；材料本身无毒害性，在使用过程中不发生化学反应；材料廉价易得。

为了缩短烟用电源系统的持续加热时间、提高热能的热效率，需要选用合适的高导热填料与相变材料进行复合，常用的高导热填料主要有氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、可膨胀石墨、碳纳米管等。

综上所述，选用合适的高温相变材料与高导热填料复合，设计开发出高相变潜热、高热导率的复合相变材料用于加热不燃烧烟草制品具有实际可行性与重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于新型烟草制品烟用热源的高相变潜热、高热传导率复合相变材料及其制备方法。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的高相变潜热、高热传导率复合相变材料，是由膨胀石墨和二元无机共晶盐组成，所述二元无机共晶盐是由氯化镁和氯化钠按质量比1:1～3熔融共混后，再冷却至室温获得。

作为优选，所述二元无机共晶盐与所述膨胀石墨的质量比为1:0.5～1.5。

本发明所述复合相变材料的制备方法，是按如下步骤进行：

步骤1、按质量比1:1～3称取氯化镁和氯化钠并机械搅拌至混合均匀，然后倒入坩埚内并置于马弗炉中进行熔融共混，最后自然冷却至室温，得到二元无机共晶盐；

步骤2、将可膨胀石墨干燥后，放入马弗炉中850～950℃高温处理1～2min使之完全膨胀，然后自然冷却至室温，得到膨胀石墨；

步骤3、按质量比1:0.5～1.5，将所述二元无机共晶盐和所述膨胀石墨在球磨机中粉碎并混合均匀，所得混合物放入马弗炉中，加热至所述二元无机共晶盐的熔点以上30～50℃，保温1～3h，获得粉末状复合相变材料；

步骤4、使用压片机将所述粉末状复合相变材料压制成块，即获得块状复合相变材料。

作为优选，步骤1所述熔融共混的温度为600～700℃。

作为优选，步骤2所述干燥是置于100℃真空干燥箱内干燥12h。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明的复合相变材料的相变温度为400～500℃，可以满足用于新型烟草制品烟用热源的温度需要，且相变潜热高(达到300J/g以上)、传热效率高(热导率大于10W/mk)。

2、本发明的复合相变材料制备方法简单、安全环保。

附图说明

图1～图5为本发明实施例1中，不同氯化镁和氯化钠质量比条件下所制备的复合相变材料的DSC曲线，其中图1～图5分别对应氯化镁和氯化钠的质量比0:1、1:0、1:1、1:2、1:3。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式代替，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例按如下步骤制备复合相变材料：

步骤1、按不同的质量比称取氯化镁和氯化钠并机械搅拌至混合均匀，然后倒入坩埚内并置于马弗炉中在650℃下进行熔融共混，最后自然冷却至室温、研磨，得到二元无机共晶盐。

步骤2、将可膨胀石墨置于100℃真空干燥箱内干燥12h，然后放入马弗炉中950℃高温处理2min使之完全膨胀，自然冷却至室温，得到膨胀石墨。

步骤3、按质量比1:1，将二元无机共晶盐和膨胀石墨在球磨机中粉碎并混合均匀，所得混合物放入马弗炉中，加热至450℃并保温3h，获得粉末状复合相变材料。

步骤4、使用压片机将粉末状复合相变材料压制成块，即获得块状复合相变材料。

经测试，不同氯化镁和氯化钠质量比条件下，所得复合相变材料的性能如表1所示。

表1

氯化镁和氯化钠的质量比	相变温度	相变潜热	热导率
				0:1	804.0℃	442.2J/g	-
1:0	717.3℃	263.1J/g	-
				1:1	478.2℃	333.8J/g	12.4W/mk
1:2	442.8℃	392.9J/g	15.6W/mk
				1:3	439.1℃	410.7J/g	18.2W/mk

实施例2

本实施例按实施例1相同的方法制备复合相变材料，区别仅在于步骤1中氯化镁和氯化钠的质量比为1:2，且将步骤3中二元无机共晶盐和膨胀石墨的质量比改为2:3和3:2。

经测试，不同二元无机共晶盐和膨胀石墨质量比条件下，所得复合相变材料的性能如表2所示。

表2

二元无机共晶盐和膨胀石墨的质量比	相变温度	相变潜热	热导率
				2:3	436.2℃	390.8J/g	17.4W/mk
3:2	439.9℃	391.4J/g	13.0W/mk

以上仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高相变潜热、高热传导率复合相变材料，其特征在于：所述复合相变材料是由膨胀石墨和二元无机共晶盐组成。

2.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于：所述二元无机共晶盐是由氯化镁和氯化钠按质量比1:1～3熔融共混后，再冷却至室温获得。

3.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于：所述二元无机共晶盐与所述膨胀石墨的质量比为1:0.5～1.5。

4.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于：所述复合相变材料的相变温度为400～500℃。

5.一种权利要求1～4中任意一项所述复合相变材料的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：

步骤1、按质量比1:1～3称取氯化镁和氯化钠并机械搅拌至混合均匀，然后倒入坩埚内并置于马弗炉中进行熔融共混，最后自然冷却至室温，得到二元无机共晶盐；

步骤2、将可膨胀石墨干燥后，放入马弗炉中850～950℃高温处理1～2min使之完全膨胀，然后自然冷却至室温，得到膨胀石墨；

步骤3、按质量比1:0.5～1.5，将所述二元无机共晶盐和所述膨胀石墨在球磨机中粉碎并混合均匀，所得混合物放入马弗炉中，加热至所述二元无机共晶盐的熔点以上30～50℃，保温1～3h，获得粉末状复合相变材料；

步骤4、使用压片机将所述粉末状复合相变材料压制成块，即获得块状复合相变材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1所述熔融共混的温度为600～700℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2所述干燥是置于100℃真空干燥箱内干燥12h。

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