CN114539978A - 一种铝泡沫基复合定型相变材料及制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝泡沫基复合定型相变材料及制备和应用,具体包括以下工艺步骤:(1)将铝粉和蒸馏水搅拌形成均匀悬浊液,然后加入表面活性剂搅拌发泡形成铝湿泡沫,然后将该泡沫置于室温下干燥得到最终的铝泡沫。(2)将相变材料与(1)中得到的铝泡沫载体混合,置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中,制得铝泡沫基复合定型相变材料。本发明制得的铝泡沫基复合定型相变材料为灰色块状物体,相变材料负载量高,导热系数高,具有优秀的储热性能和定型效果,同时制备方法简单,操作要求低,该体系可用于热能转化与储存以及热能管理设备的功能性物质。

Description

一种铝泡沫基复合定型相变材料及制备和应用
技术领域
本发明属于复合定型相变材料领域,特别涉及通过搅拌,发泡,真空浸渍等方法合成可用作热能转化与储存以及热能管理设备的铝泡沫基复合定型相变材料的制备方法。
背景技术
有机相变材料通常具有相变焓值大,相变温度范围选择广泛,过冷度小,化学性能稳定等优点,目前已经广泛用于热能储存,绿色建筑,太阳能的转化利用等方方面面。但是,该类材料存在相变过程变成液体时流动泄漏,这使得其在实际应用过程中对热能的储存能力下降并存在安全隐患;另外该类相变材料往往热导率较低,降低了热能的传输速率。
目前来说,解决相变材料泄漏的研究主要通过微胶囊技术和定型相变材料封装的方式。其中,定型相变材料将支撑材料引入相变材料体系操作相对简单,同时可以实现对相变材料的有效包覆,另外高导热粒子的有效掺杂可以提高整体材料的导热系数。但是直接掺杂高导热粒子往往造成分布不均,聚集的现象。因此,将高导热粒子制备成具有包覆能力的支撑骨架引入到相变材料体系既可以实现相变材料的有效包覆又可以充分提高其导热系数。
本发明以铝粉为原料,通过搅拌,发泡等方法制备铝泡沫,然后将相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得铝泡沫基复合定型相变材料。在这个体系中,铝泡沫表现出分级多孔的特征,可实现对相变材料的有效包覆;同时依托于铝粒子的高导热系数以及三维网络的导热通路,可以有效提高材料的整体导热系数。在制得复合相变材料产物中,相变材料负载量高,具有优秀的储热性能和定型效果,同时导热性能明显提升,另外该制备方法简单,操作要求低,该体系可用于热能转化与储存以及热能管理设备的功能性物质。
发明内容
本发明以铝粉为原料,通过搅拌,发泡等方法制备铝泡沫,然后将相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得铝泡沫基复合定型相变材料。
合成的铝泡沫基复合定型相变材料包括以下步骤:
(1)将铝粉和蒸馏水搅拌形成均匀悬浊液,然后加入表面活性剂搅拌发泡形成铝湿泡沫,然后将该泡沫置于室温下干燥得到最终的铝泡沫。
(2)将相变材料与(1)中得到的铝泡沫载体混合,置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中,制得铝泡沫基复合定型相变材料。
进一步地,所述步骤(1)中所用铝粉粒径为100nm-50um;
所述步骤(1)中铝粉与水混合得到的悬浊液中铝粉的质量分数为10%-60%;
进一步地,所述步骤(1)中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠,十二烷基硫酸钠,十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上,加入的量为整体溶液质量的的0.01%-1%;
所述步骤(1)中加入表面活性剂后搅拌速度为1000r/min-3000r/min;
所述步骤(1)中加入表面活性剂后搅拌时间为10min-30min;
进一步地,所述步骤(2)中相变材料为石蜡,聚乙二醇(分子量1000-20000)、脂肪醇(碳原子数为14-18)、脂肪胺(碳原子数为14-18)中的一种或二种以上;
所述步骤(2)中真空烘箱的设定温度为80-100℃,真空度为-0.1MPa;
所述步骤(2)中真空浸渍(相变材料浸渍入到载体中)的时间为2-4h;
本发明制得的铝泡沫基复合定型相变材料为灰色块状物体,相变材料负载量高,导热系数高,具有优秀的储热性能和定型效果,同时制备方法简单,操作要求低,该体系可用于热能转化与储存以及热能管理设备的功能性物质。
附图说明
图1实施例1铝泡沫复合定型相变材料(石蜡,90%)的差示扫描量热曲线。
具体实施方式
实施例1
(1)将20g铝粉(粒径1um)与80g水混合,搅拌形成均匀悬浊液,然后加入十二烷基硫酸钠0.05g,以2000r/min转速搅拌20min发泡形成铝湿泡沫,然后将该泡沫置于室温干燥得到铝泡沫载体。
(2)向(1)中的载体中加入适量石蜡(石蜡与铝泡沫质量比为20:1),置于真空烘箱中,真空度为-0.1MPa,温度为80℃下浸渍4h。除去表面多余的石蜡最终得到铝泡沫基复合定型相变材料。
本发明制得的铝泡沫基复合相变材料为灰色块状物,其中石蜡质量百分数为90%,其差示扫描量热曲线如图1所示;导热系数为1.1W/mK,导热系数明显提高。
实施例2
(1)将30g铝粉(粒径1um)与70g水混合,搅拌形成均匀悬浊液,然后加入十二烷基硫酸钠0.08g,以2000r/min转速搅拌20min发泡形成铝湿泡沫,然后将该泡沫置于室温干燥得到铝泡沫载体。
(2)向(1)中的载体中加入适量石蜡(石蜡与铝泡沫质量比为20:1),置于真空烘箱中,真空度为-0.1MPa,温度为80℃下浸渍4h。除去表面多余的石蜡最终得到铝泡沫基复合定型相变材料。
本发明制得的铝泡沫基复合相变材料为灰色块状物,其中石蜡质量百分数为80%,其差示扫描量热曲线如图1所示;导热系数为2.5W/mK,导热系数明显提高。
实施例3
(1)将20g铝粉(粒径3um)与80g水混合,搅拌形成均匀悬浊液,然后加入十二烷基硫酸钠0.08g,以2000r/min转速搅拌20min发泡形成铝湿泡沫,然后将该泡沫置于室温干燥得到铝泡沫载体。
(2)向(1)中的载体中加入适量石蜡(石蜡与铝泡沫质量比为20:1),置于真空烘箱中,真空度为-0.1MPa,温度为80℃下浸渍4h。除去表面多余的石蜡最终得到铝泡沫基复合定型相变材料。
本发明制得的铝泡沫基复合相变材料为灰色块状物,其中石蜡质量百分数为70%,其差示扫描量热曲线如图1所示;导热系数为3.3W/mK,导热系数明显提高。
实施例4
(1)将20g铝粉(粒径1um)与80g水混合,搅拌形成均匀悬浊液,然后加入十二烷基硫酸钠0.05g,以2000r/min转速搅拌20min发泡形成铝湿泡沫,然后将该泡沫置于室温干燥得到铝泡沫载体。
(2)向(1)中的载体中加入适量十八醇(十八醇与铝泡沫质量比为20:1),置于真空烘箱中,真空度为-0.1MPa,温度为80℃下浸渍4h。除去表面多余的石蜡最终得到铝泡沫基复合定型相变材料。
本发明制得的铝泡沫基复合相变材料为灰色块状物,其中十八醇质量百分数为90%,其差示扫描量热曲线如图1所示;导热系数为1.2W/mK,导热系数明显提高。
实施例5
(1)将20g铝粉(粒径1um)与80g水混合,搅拌形成均匀悬浊液,然后以2000r/min转速搅拌20min,然后置于室温下干燥,不能得到铝泡沫载体而为铝粉末材料。
(2)向(1)中的材料中加入适量十八醇(十八醇与铝粉质量比为20:1),置于真空烘箱中,真空度为-0.1MPa,温度为80℃下浸渍4h。除去表面多余的石蜡最终得到铝泡沫基复合定型相变材料。
此时得到的样品仍为固液相变材料,存在泄漏现象;导热系数为0.6W/mK。

Claims (6)

1.一种铝泡沫基复合定型相变材料的制备方法,其特征在于具体以下工艺步骤:
(1)将铝粉和蒸馏水搅拌形成均匀悬浊液,然后加入表面活性剂搅拌发泡形成铝湿泡沫,然后将该泡沫置于室温下干燥得到最终的铝泡沫;
(2)将相变材料与(1)中得到的铝泡沫载体混合,置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中,制得铝泡沫基复合定型相变材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中所用铝粉粒径为100nm-50um,优选范围200nm-1um;
所述步骤(1)中铝粉与水混合得到的悬浊液中铝粉的质量分数为10%-60%,优选范围20%-50%。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上,加入的量为悬浊液整体溶液质量的的0.01%-1%,优选范围0.05%-0.08%;
所述步骤(1)中加入表面活性剂后搅拌速度为1000r/min-3000r/min,优选范围1500r/min-2500r/min,且当速度为2000r/min时得到的铝泡沫负载效果最佳;
所述步骤(1)中加入表面活性剂后搅拌时间为10min-30min,优选20min-30min,且当时间为20min时效果最佳。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的相变材料为石蜡,聚乙二醇(分子量1000-20000)、脂肪醇(碳原子数为14-18)、脂肪胺(碳原子数为14-18)中的一种或二种以上,其中相变材料的负载量可达70%-90%,且当相变材料为石蜡和/或脂肪醇时负载量更优可达80%-90%;
所述步骤(2)中真空烘箱的设定温度为80-100℃,真空度为-0.1MPa,且当温度为80℃时,效果最佳;
所述步骤(2)中真空浸渍(相变材料浸渍入到载体中)的时间为2-4h,且当时间为4h时效果最佳。
5.一种权利要求1-4任一所述的制备方法制得的铝泡沫基复合定型相变材料。
6.一种权利要求1所述相变材料的应用,其特征在于:相变材料产品可用作热能转化与储存以及热能管理设备的功能性物质。
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