專利名稱：一種石蠟類復(fù)合定形相變材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石蠟類物質(zhì)作為主貯熱劑，交聯(lián)高密度聚乙烯(HDPE)、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、膨脹石墨作包封支撐體的定形相變材料及制備方法。
背景技術(shù)：
相變貯熱材料(PCM)在建筑采暖、空調(diào)節(jié)能、太陽能利用等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，研究和應(yīng)用較多的為固—液相變材料。傳統(tǒng)的固—液相變貯能材料在實(shí)際應(yīng)用中，需用容器封裝，增加了傳熱時(shí)相變材料與外部傳熱介質(zhì)間的熱阻，降低了傳熱效率，且成本增加。近幾年來一些科學(xué)研究者采用一些方法對(duì)固—液相變材料改性使其具有固—固相變材料的性能。Inaba(Heat and Transfer，1997，(32)P307)較早研究了高密度聚乙烯和熔點(diǎn)為54℃的石蠟混成的定形相變材料的熱物理性質(zhì)，其中石蠟的質(zhì)量含量為74％。葉宏等人(Solar Energy Materials and Solar Cells.2000，64(1)P37)也對(duì)石蠟和高密度聚乙烯組成的定形相變材料進(jìn)行了研究，他們用幾種高密度聚乙烯和熔點(diǎn)在58℃左右的精煉和半精煉石蠟作為原料，使用雙輥開煉機(jī)共混，平板硫化機(jī)熱壓成型制備定形相變材料，定形相變材料中石蠟的質(zhì)量含量為75％。肖敏等人(太陽能學(xué)報(bào)，2001，22(4)P427)研究了熔點(diǎn)為56-58℃的石蠟和熱塑彈性體組成的定形復(fù)合相變材料，他們加入的石蠟質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在20-80％范圍內(nèi)，采用的設(shè)備為雙輥開煉機(jī)和平板硫化機(jī)。清華大學(xué)的張寅平等人(CN1369537A；CN1462787A)采用了兩種方法制備了定形相變材料，一種方法先用雙輥開煉機(jī)將90-50wt％的石蠟與10-50wt％的烯烴類聚合物共混，然后將共混物粉碎加入到螺桿擠出機(jī)中熔融擠出冷卻烘干制得定形相變材料；另一種方法用螺桿擠出機(jī)將石蠟、SBS、碳酸鈣三者共混制備了定形相變材料的芯體，平板硫化機(jī)熱壓成型，然后在已成形的定形材料外面熱壓一層聚乙烯薄膜。已報(bào)道的定形相變材料不具備本發(fā)明所要求的在38-50℃清水環(huán)境中使用的性能；本發(fā)明沒有采用已有技術(shù)常使用的用開煉機(jī)與擠出機(jī)共混的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種應(yīng)用于新型空調(diào)蓄熱裝置的相變貯熱材料，無需容器封裝，能夠直接接觸傳熱介質(zhì)水。本發(fā)明的特點(diǎn)是，采用44-50℃的石蠟類物質(zhì)作貯熱材料，交聯(lián)高密度聚乙烯與SBS共同作支撐體，并加入少量膨脹石墨改善材料的導(dǎo)熱性能和定形性。
本發(fā)明所述的復(fù)合定形相變材料，其特征在于，組成是質(zhì)量百分含量為70-80％熔點(diǎn)為44-50℃的石蠟類物質(zhì)，質(zhì)量百分含量為4-15％交聯(lián)高密度聚乙烯，質(zhì)量百分含量為4-15％苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)，質(zhì)量百分含量為4-6％膨脹石墨。
本發(fā)明提出的制備方法包括以下各步驟1、采用已有技術(shù)對(duì)高密度聚乙烯交聯(lián)改性將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯(DCP)、抗氧劑1010(四[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)按照質(zhì)量比100∶(2.5-3)∶(0.25-0.05)∶(0.1-0.2)∶0.1混合，然后經(jīng)擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯；2、取質(zhì)量百分比為70-80％的石蠟類物質(zhì)加熱熔化，加熱液蠟溫度達(dá)到130-200℃；3、取質(zhì)量百分比為4-15％的交聯(lián)高密度聚乙烯和質(zhì)量比為4-15％的SBS，加入到液蠟中，攪拌至溶解完全；4、加入質(zhì)量百分比為4-6％的膨脹石墨并攪拌均勻；5、將混合物取出放入溫度為120-140℃的熱模具中，使用200-300kPa的壓力壓制成型，自然冷卻后從模具中取出，即制得本發(fā)明板狀定形相變材料。
本發(fā)明利用高溫時(shí)石蠟為高聚物的溶劑的熱力學(xué)機(jī)理，采用先將石蠟熔化，再與高聚物進(jìn)行混合的方法制備出定形相變材料，方法簡(jiǎn)單易行，且制備過程中無石蠟泄漏。加熱后石蠟不滲漏，可以直接放入加熱流體清水中，在清水中經(jīng)過多次充放熱也無石蠟滲漏，材料的性能穩(wěn)定。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯(DCP)、抗氧劑1010按照質(zhì)量比100∶2.5∶0.1∶0.2∶0.1混合，擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯。取80g熔點(diǎn)為44℃，相變潛熱為252.3kJ/kg的石蠟類烷烴22烷加熱熔化，液蠟溫度達(dá)到160℃時(shí)，將15g交聯(lián)高密度聚乙烯和5g的SBS放入其中，攪拌至二者完全溶解，再將5g的膨脹石墨加入并攪拌均勻。將混合物取出放入150×150×10mm的熱模具中，模具溫度為120℃。用200kPa壓力壓制成型，自然冷卻后，從模具中取出，即制得板狀定形相變材料。使用美國(guó)PE公司Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的熔解曲線的峰值為43.7℃，相變潛熱為189.5kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相變材料放入55℃的水中浸泡60小時(shí)，材料無明顯變形，烘干后稱重?zé)o明顯變化，測(cè)量材料的相變潛熱與浸泡前無明顯變化。
實(shí)施例2將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯(DCP)、抗氧劑1010按照質(zhì)量比100∶2.5∶0.05∶0.1∶0.1混合，擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯。取70g熔點(diǎn)為48-50℃，相變潛熱為134.3kJ/kg的切片石蠟加熱熔化，液蠟溫度達(dá)到180℃時(shí)，將10g交聯(lián)高密度聚乙烯和15g的SBS放入其中，攪拌至二者完全溶解，再將5g的膨脹石墨加入并攪拌均勻。將混合物取出放入150×150×10mm的熱模具中，模具溫度為120℃。用300Pa壓力壓制成型，自然冷卻后，從模具中取出，即制得板狀定形相變材料。使用美國(guó)PE公司Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的熔解曲線的峰值為48.3℃，相變潛熱為93.8kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相變材料放入65℃的水中浸泡60小時(shí)，材料無明顯變形，烘干后稱重?zé)o明顯變化，測(cè)量材料的相變潛熱與浸泡前無明顯變化。
實(shí)施例3將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯(DCP)、抗氧劑1010按照質(zhì)量比100∶2.5∶0.05∶0.1∶0.1混合，擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯。取70g熔點(diǎn)48-50℃，相變潛熱為136.5kJ/kg的切片石蠟加熱熔化，液蠟溫度達(dá)到150℃時(shí)，將12g交聯(lián)高密度聚乙烯和12g SBS放入其中，攪拌至二者完全溶解，再將6g的膨脹石墨加入并攪拌均勻。將混合物取出放入150×150×10mm的熱模具中，模具溫度為120℃。用250kPa壓力壓制成型，自然冷卻后，從模具中取出，即制得板狀定形相變材料。使用美國(guó)PE公司Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的熔解曲線的峰值為47.9℃，相變潛熱為95.6kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相變材料放入65℃的水中浸泡60小時(shí)，材料無明顯變形，烘干后稱重?zé)o明顯變化，測(cè)量材料的相變潛熱與浸泡前無明顯變化。
實(shí)施例4將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯(DCP)、抗氧劑1010按照質(zhì)量比100∶3∶0.2∶0.1∶0.1混合，擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯。取80g熔點(diǎn)48-50℃，相變潛熱為134.2kJ/kg的切片石蠟加熱熔化，液蠟溫度達(dá)到150℃時(shí)，將10g交聯(lián)高密度聚乙烯和10g SBS放入其中，攪拌至二者完全溶解，再將5g的膨脹石墨加入并攪拌均勻。將混合物取出放入150×150×10mm的熱模具中，模具溫度為120℃。用300kPa壓力壓制成型，自然冷卻后，從模具中取出，即制得板狀定形相變材料。使用美國(guó)PE公司Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的熔解曲線的峰值為48.2℃，相變潛熱為98.5kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相變材料放入65℃的水中浸泡60小時(shí)，材料無明顯變形，烘干后稱重?zé)o明顯變化，測(cè)量材料的相變潛熱與浸泡前無明顯變化。
實(shí)施例5將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯(DCP)、抗氧劑1010按照質(zhì)量比100∶2.5∶0.1∶0.1∶0.1混合，擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯。取80g熔點(diǎn)48-50℃，相變潛熱為133.6kJ/kg的切片石蠟加熱熔化，液蠟溫度達(dá)到160℃時(shí)，將4g交聯(lián)高密度聚乙烯和12g SBS放入其中，攪拌至二者完全溶解，再將4g的膨脹石墨加入并攪拌均勻。將混合物取出放入150×150×10mm的熱模具中，模具溫度為120℃。用250kPa壓力壓制成型，自然冷卻后，從模具中取出，即制得板狀定形相變材料。使用美國(guó)PE公司Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的熔解曲線的峰值為48.1℃，相變潛熱為104.1kJ/kg。截取60×60×l0mm的定形相變材料放入65℃的水中浸泡60小時(shí)，材料無明顯變形，烘干后稱重?zé)o明顯變化，測(cè)量材料的相變潛熱與浸泡前無明顯變化。
實(shí)施例6將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯(DCP)、抗氧劑1010按照質(zhì)量比100∶2.5∶0.05∶0.1∶0.1混合，擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯。取80g熔點(diǎn)48-50℃，相變潛熱為135.2kJ/kg的切片石蠟加熱熔化，液蠟溫度達(dá)到150℃時(shí)，將12g交聯(lián)高密度聚乙烯和4g SBS放入其中，攪拌至二者完全溶解，再將4g的膨脹石墨加入并攪拌均勻。將混合物取出放入150×150×10mm的熱模具中，模具溫度為140℃。使用250kPa壓力壓制成型，自然冷卻后，從模具中取出，即制得板狀定形相變材料。使用美國(guó)PE公司Pyris Diamond示差掃描量熱儀測(cè)得材料的熔解曲線的峰值為48.5℃，相變潛熱為107.2kJ/kg。截取60×60×10mm的定形相變材料放入65℃的水中浸泡60小時(shí)，材料無明顯變形，烘干后稱重?zé)o明顯變化，測(cè)量材料的相變潛熱與浸泡前無明顯變化。
權(quán)利要求
1.一種石蠟類復(fù)合定形相變材料，其特征在于，組成是質(zhì)量百分含量為70-80％熔點(diǎn)為44-50℃的石蠟類物質(zhì)，質(zhì)量百分含量為4-15％交聯(lián)高密度聚乙烯，質(zhì)量百分含量為4-15％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)，質(zhì)量百分含量為4-6％膨脹石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石蠟類復(fù)合定形相變材料制備方法，其特征在于，包括以下各步驟1)、采用已有技術(shù)對(duì)高密度聚乙烯交聯(lián)改性將高密度聚乙烯、乙烯基三乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基錫、過氧化二異丙苯、四[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯按照質(zhì)量比100∶2.5-3∶0.25-0.05∶0.1-0.2∶0.1混合，然后經(jīng)擠出機(jī)共混造粒，得到交聯(lián)高密度聚乙烯；2)、取質(zhì)量百分比為70-80％的石蠟類物質(zhì)加熱熔化，加熱液蠟溫度達(dá)到130-200℃；3)、取質(zhì)量百分比為4-15％的交聯(lián)高密度聚乙烯和質(zhì)量比為4-15％的SBS，加入到液蠟中，攪拌至溶解完全；4)、加入質(zhì)量百分比為4-6％的膨脹石墨并攪拌均勻；5)、將混合物取出放入溫度為120-140℃的熱模具中，使用200-300kPa的壓力壓制成型，自然冷卻后從模具中取出。
全文摘要
一種石蠟類復(fù)合定形相變材料及制備方法屬于相變貯熱材料領(lǐng)域。本發(fā)明的材料，組成是質(zhì)量百分含量為70－80％熔點(diǎn)為44－50℃的石蠟類物質(zhì)，4－15％交聯(lián)高密度聚乙烯，4－15％苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)，為4－6％膨脹石墨。本發(fā)明制備方法采用已有技術(shù)對(duì)高密度聚乙烯交聯(lián)改性取質(zhì)量百分比為70－80％的石蠟類物質(zhì)加熱熔化，加熱液蠟溫度達(dá)到130－200℃；取質(zhì)量百分比為4－15％的交聯(lián)高密度聚乙烯和質(zhì)量比為4－15％的SBS，加入到液蠟中攪拌；加入質(zhì)量百分比為4－6％的膨脹石墨攪拌；放入溫度為120－140℃的熱模具中，使用200－300kPa的壓力壓制成型，自然冷卻后從模具中取出。本發(fā)明材料無需容器封裝，能夠直接接觸傳熱介質(zhì)水。
文檔編號(hào)C09K5/06GK1635044SQ20041010155
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者焦慶影, 李玉紅, 夏定國(guó), 李玉蓉 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)