CN1635044A - 一种石蜡类复合定形相变材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种石蜡类复合定形相变材料及制备方法属于相变贮热材料领域。本发明的材料，组成是质量百分含量为70－80％熔点为44－50℃的石蜡类物质，4－15％交联高密度聚乙烯，4－15％苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)，为4－6％膨胀石墨。本发明制备方法：采用已有技术对高密度聚乙烯交联改性：取质量百分比为70－80％的石蜡类物质加热熔化，加热液蜡温度达到130－200℃；取质量百分比为4－15％的交联高密度聚乙烯和质量比为4－15％的SBS，加入到液蜡中搅拌；加入质量百分比为4－6％的膨胀石墨搅拌；放入温度为120－140℃的热模具中，使用200－300kPa的压力压制成型，自然冷却后从模具中取出。本发明材料无需容器封装，能够直接接触传热介质水。
Description
技术领域
本发明涉及一种石蜡类物质作为主贮热剂，交联高密度聚乙烯(HDPE)、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、膨胀石墨作包封支撑体的定形相变材料及制备方法。
背景技术
相变贮热材料(PCM)在建筑采暖、空调节能、太阳能利用等许多领域有着广泛的应用前景，研究和应用较多的为固—液相变材料。传统的固—液相变贮能材料在实际应用中，需用容器封装，增加了传热时相变材料与外部传热介质间的热阻，降低了传热效率，且成本增加。近几年来一些科学研究者采用一些方法对固—液相变材料改性使其具有固—固相变材料的性能。Inaba(Heat and Transfer，1997，(32)：P307)较早研究了高密度聚乙烯和熔点为54℃的石蜡混成的定形相变材料的热物理性质，其中石蜡的质量含量为74％。叶宏等人(Solar Energy Materials and Solar Cells.2000，64(1)：P37)也对石蜡和高密度聚乙烯组成的定形相变材料进行了研究，他们用几种高密度聚乙烯和熔点在58℃左右的精炼和半精炼石蜡作为原料，使用双辊开炼机共混，平板硫化机热压成型制备定形相变材料，定形相变材料中石蜡的质量含量为75％。肖敏等人(太阳能学报，2001，22(4)：P427)研究了熔点为56-58℃的石蜡和热塑弹性体组成的定形复合相变材料，他们加入的石蜡质量百分数在20-80％范围内，采用的设备为双辊开炼机和平板硫化机。清华大学的张寅平等人(CN1369537A；CN1462787A)采用了两种方法制备了定形相变材料，一种方法先用双辊开炼机将90-50wt％的石蜡与10-50wt％的烯烃类聚合物共混，然后将共混物粉碎加入到螺杆挤出机中熔融挤出冷却烘干制得定形相变材料；另一种方法用螺杆挤出机将石蜡、SBS、碳酸钙三者共混制备了定形相变材料的芯体，平板硫化机热压成型，然后在已成形的定形材料外面热压一层聚乙烯薄膜。已报道的定形相变材料不具备本发明所要求的在38-50℃清水环境中使用的性能；本发明没有采用已有技术常使用的用开炼机与挤出机共混的制备方法。
发明内容
本发明目的是提供一种应用于新型空调蓄热装置的相变贮热材料，无需容器封装，能够直接接触传热介质水。本发明的特点是，采用44-50℃的石蜡类物质作贮热材料，交联高密度聚乙烯与SBS共同作支撑体，并加入少量膨胀石墨改善材料的导热性能和定形性。
本发明所述的复合定形相变材料，其特征在于，组成是质量百分含量为70-80％熔点为44-50℃的石蜡类物质，质量百分含量为4-15％交联高密度聚乙烯，质量百分含量为4-15％苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)，质量百分含量为4-6％膨胀石墨。
本发明提出的制备方法包括以下各步骤：
1、采用已有技术对高密度聚乙烯交联改性：将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯(DCP)、抗氧剂1010(四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)按照质量比100∶(2.5-3)∶(0.25-0.05)∶(0.1-0.2)∶0.1混合，然后经挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯；
2、取质量百分比为70-80％的石蜡类物质加热熔化，加热液蜡温度达到130-200℃；
3、取质量百分比为4-15％的交联高密度聚乙烯和质量比为4-15％的SBS，加入到液蜡中，搅拌至溶解完全；
4、加入质量百分比为4-6％的膨胀石墨并搅拌均匀；
5、将混合物取出放入温度为120-140℃的热模具中，使用200-300kPa的压力压制成型，自然冷却后从模具中取出，即制得本发明板状定形相变材料。
本发明利用高温时石蜡为高聚物的溶剂的热力学机理，采用先将石蜡熔化，再与高聚物进行混合的方法制备出定形相变材料，方法简单易行，且制备过程中无石蜡泄漏。加热后石蜡不渗漏，可以直接放入加热流体清水中，在清水中经过多次充放热也无石蜡渗漏，材料的性能稳定。
具体实施方式
实施例1
将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯(DCP)、抗氧剂1010按照质量比100∶2.5∶0.1∶0.2∶0.1混合，挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯。取80g熔点为44℃，相变潜热为252.3kJ/kg的石蜡类烷烃22烷加热熔化，液蜡温度达到160℃时，将15g交联高密度聚乙烯和5g的SBS放入其中，搅拌至二者完全溶解，再将5g的膨胀石墨加入并搅拌均匀。将混合物取出放入150×150×10mm的热模具中，模具温度为120℃。用200kPa压力压制成型，自然冷却后，从模具中取出，即制得板状定形相变材料。使用美国PE公司Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的熔解曲线的峰值为43.7℃，相变潜热为189.5kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相变材料放入55℃的水中浸泡60小时，材料无明显变形，烘干后称重无明显变化，测量材料的相变潜热与浸泡前无明显变化。
实施例2
将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯(DCP)、抗氧剂1010按照质量比100∶2.5∶0.05∶0.1∶0.1混合，挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯。取70g熔点为48-50℃，相变潜热为134.3kJ/kg的切片石蜡加热熔化，液蜡温度达到180℃时，将10g交联高密度聚乙烯和15g的SBS放入其中，搅拌至二者完全溶解，再将5g的膨胀石墨加入并搅拌均匀。将混合物取出放入150×150×10mm的热模具中，模具温度为120℃。用300Pa压力压制成型，自然冷却后，从模具中取出，即制得板状定形相变材料。使用美国PE公司Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的熔解曲线的峰值为48.3℃，相变潜热为93.8kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相变材料放入65℃的水中浸泡60小时，材料无明显变形，烘干后称重无明显变化，测量材料的相变潜热与浸泡前无明显变化。
实施例3
将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯(DCP)、抗氧剂1010按照质量比100∶2.5∶0.05∶0.1∶0.1混合，挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯。取70g熔点48-50℃，相变潜热为136.5kJ/kg的切片石蜡加热熔化，液蜡温度达到150℃时，将12g交联高密度聚乙烯和12g SBS放入其中，搅拌至二者完全溶解，再将6g的膨胀石墨加入并搅拌均匀。将混合物取出放入150×150×10mm的热模具中，模具温度为120℃。用250kPa压力压制成型，自然冷却后，从模具中取出，即制得板状定形相变材料。使用美国PE公司Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的熔解曲线的峰值为47.9℃，相变潜热为95.6kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相变材料放入65℃的水中浸泡60小时，材料无明显变形，烘干后称重无明显变化，测量材料的相变潜热与浸泡前无明显变化。
实施例4
将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯(DCP)、抗氧剂1010按照质量比100∶3∶0.2∶0.1∶0.1混合，挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯。取80g熔点48-50℃，相变潜热为134.2kJ/kg的切片石蜡加热熔化，液蜡温度达到150℃时，将10g交联高密度聚乙烯和10g SBS放入其中，搅拌至二者完全溶解，再将5g的膨胀石墨加入并搅拌均匀。将混合物取出放入150×150×10mm的热模具中，模具温度为120℃。用300kPa压力压制成型，自然冷却后，从模具中取出，即制得板状定形相变材料。使用美国PE公司Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的熔解曲线的峰值为48.2℃，相变潜热为98.5kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相变材料放入65℃的水中浸泡60小时，材料无明显变形，烘干后称重无明显变化，测量材料的相变潜热与浸泡前无明显变化。
实施例5
将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯(DCP)、抗氧剂1010按照质量比100∶2.5∶0.1∶0.1∶0.1混合，挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯。取80g熔点48-50℃，相变潜热为133.6kJ/kg的切片石蜡加热熔化，液蜡温度达到160℃时，将4g交联高密度聚乙烯和12g SBS放入其中，搅拌至二者完全溶解，再将4g的膨胀石墨加入并搅拌均匀。将混合物取出放入150×150×10mm的热模具中，模具温度为120℃。用250kPa压力压制成型，自然冷却后，从模具中取出，即制得板状定形相变材料。使用美国PE公司Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的熔解曲线的峰值为48.1℃，相变潜热为104.1kJ/kg。截取60×60×l0mm的定形相变材料放入65℃的水中浸泡60小时，材料无明显变形，烘干后称重无明显变化，测量材料的相变潜热与浸泡前无明显变化。
实施例6
将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯(DCP)、抗氧剂1010按照质量比100∶2.5∶0.05∶0.1∶0.1混合，挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯。取80g熔点48-50℃，相变潜热为135.2kJ/kg的切片石蜡加热熔化，液蜡温度达到150℃时，将12g交联高密度聚乙烯和4g SBS放入其中，搅拌至二者完全溶解，再将4g的膨胀石墨加入并搅拌均匀。将混合物取出放入150×150×10mm的热模具中，模具温度为140℃。使用250kPa压力压制成型，自然冷却后，从模具中取出，即制得板状定形相变材料。使用美国PE公司Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的熔解曲线的峰值为48.5℃，相变潜热为107.2kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相变材料放入65℃的水中浸泡60小时，材料无明显变形，烘干后称重无明显变化，测量材料的相变潜热与浸泡前无明显变化。
Claims (2)
1、一种石蜡类复合定形相变材料，其特征在于，组成是质量百分含量为70-80％熔点为44-50℃的石蜡类物质，质量百分含量为4-15％交联高密度聚乙烯，质量百分含量为4-15％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)，质量百分含量为4-6％膨胀石墨。
2、根据权利要求1所述的石蜡类复合定形相变材料制备方法，其特征在于，包括以下各步骤：
1)、采用已有技术对高密度聚乙烯交联改性：将高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡、过氧化二异丙苯、四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯按照质量比100∶2.5-3∶0.25-0.05∶0.1-0.2∶0.1混合，然后经挤出机共混造粒，得到交联高密度聚乙烯；
2)、取质量百分比为70-80％的石蜡类物质加热熔化，加热液蜡温度达到130-200℃；
3)、取质量百分比为4-15％的交联高密度聚乙烯和质量比为4-15％的SBS，加入到液蜡中，搅拌至溶解完全；
4)、加入质量百分比为4-6％的膨胀石墨并搅拌均匀；
5)、将混合物取出放入温度为120-140℃的热模具中，使用200-300kPa的压力压制成型，自然冷却后从模具中取出。
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