石蜡相变复合材料的研究

1、2010年 第8期 2010年8月Chemical Engineering & Equipment化学工程与装备13石蜡相变复合材料的研究姜传飞1，蒋小曙2，李书进2，陆 雷1（1.南京工业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210009；2.常州工学院，江苏 常州 213004）摘 要：以高相变潜热的石蜡作为蓄热介质，膨胀石墨作为基体，采用共混吸附方法制备定形相变复合材料。并使用SEM、DSC测试方法对膨胀石墨的微观结构和复合材料的热性能进行研究，研究结果表明，膨胀石墨具有大量的微孔结构并与石蜡具有良好的相容性，并解决了石蜡导热系数低及易泄露的问题。关键词：石蜡；膨胀石墨；定形相变材

2、料前言随着世界能源形势的日益严峻，建筑能耗所占比例飞速增长，建筑节能显得日益重要。应用在建筑领域的相变材料应具备几个特点：(1)相变潜热高，能够储藏或放出较多的能量。(2)相变可逆性好，过冷或过热现象少。(3)有合适的相变温度，能够满足建筑应用的需要。(4)相变材料无毒、无腐蚀性、成本低、制造方便1。石蜡作为潜热储能物质具有储能密度大，化学性质稳定，价格低廉，无毒无腐蚀性，且无过冷现象，相变温度范围宽，可以根据建筑的不同需要进行调节2。石蜡在相变过程中发生固液相变，直接使用石蜡作为建筑材料有诸多不便，因而需要将石蜡包封起来3采用日本Nicocet公司生产的JSM-5610LV型扫描电子显微镜观

3、察膨胀石墨的微观结构。利用美国Erkiecm-Er公司生产的差式扫描量热仪测试。膨胀石墨是一种蠕虫形状的多空材料，比表面积较大，具有良好的吸附性能，因为膨胀石墨的表面基团主要是非极性基团，因此适合吸附非极性大分子，特别是油类物质47。基金项目：江苏省高校自然科学基金项目（08KJD560001）。14 姜传飞：石蜡相变复合材料的研究 2 试验结果与分析2.1 膨胀石墨微观形貌相变材料的相变潜热和相变温度，扫描温度为20100，升温速率为5/min，氮气气氛保护。互形成的孔隙结构，在固液相变时，石蜡由固体变成液体，但是由于石墨的毛细管作用力，在宏观上石蜡复合材料仍然保持固态不会发生石蜡的渗出现象

4、 9。2.2 定形相变材料的热分析对纯石蜡、含石蜡80%、50%的相变复合材料进行DSC测试，测试曲线如图3所示。其中石蜡在3035和5055附近有两个吸收峰，第一个为石蜡固固相变吸收峰，第二个为石蜡固液相变吸收峰。而含石蜡80%和50%的相变复合材料的相变温度与石蜡相比几乎没有变化。从相变潜热来看，纯石蜡的相变潜热为183.22J/g而含石蜡80%和50%图1是膨胀石墨的SEM照片。在60倍的SEM图中可见，膨胀石墨总体上呈蠕虫状。在2000和5000倍下的SEM图可见，膨胀石墨是由许多粘连、叠合在一起的石墨鳞片组成，片层与片层之间存在许多不规则的空隙。实验中发现，石墨蠕虫所具有的孔隙结构和

5、蠕虫之间相的相变复合材料的相变潜热分别问128.08J/g、89.15J/g符合石蜡在复合材料中所占的比例。膨胀石墨对石蜡吸附后并没有对石蜡的相变温度和相变潜热产生影响。 2.3 相变复合材料的导热性能 图3为石蜡与石蜡相变复合材料的降温曲线，由图可见，石蜡的降温速率明显低于相变复合材料的降温速率。造成这种现象的原因是由于石蜡的导热系数比较低，而膨胀石姜传飞：石蜡相变复合材料的研究墨的导热系数较高，极大地提高了石蜡在储放热过程中的传热速率，缩短了储热和放热时间。 2.4 复合相变材料的热稳定性图4为两组石蜡含量为80%的复合材料的经过50次相变循环后质量损失曲线：由图4可以看到，经历50次循环

6、后复合材料的质量损失情况，由图可以明显的看出，复合材料的质量损失集中在前十次相变循环，而后四十次相变循环质量损失不大。其原因可能是：前十次损失的石蜡大都是在吸附过程中包裹在膨胀石墨表面的石蜡，并没有吸附到膨胀石墨热膨胀所形成的空隙中。吸附在膨胀石墨空隙中的石蜡虽然在相变过程中产生液体，但是在毛细管作用力下不会泄露渗出，因此不会产生质量损失。但是吸附过程中包裹在膨胀石墨表面的石蜡，在相变循环过程中同样会发生固液相变，会有液相产生，液相石蜡不存在毛细管作用力的束缚，容易产生泄露，质量很容易损失。 3 结论（1）微观表面形态测试表明，膨胀石墨是一种蠕虫形状的多孔隙物质，对石蜡有良好的吸附性和束缚性，

7、与石蜡具有良好的相容性。（2）通过热分析可知相变复合材料的相变温度并没有随石蜡含量的变化而变化，相变潜热随石蜡含量的增加而成比例增加。（3）由于复合材料中膨胀石墨优良的导热性能，大大提高了复合材料在传热过程中的传热速率。（4）膨胀石墨与石蜡复合制备石蜡定形相变复合材料，15解决了石蜡导热系数低和工程应用中易泄露的问题，热稳定性良好，为继续研制应用在建筑领域中的相变储能材料提供了技术支持及理论依据。参考文献1 梁辰，闫全英相变储能技术的研究和发展J建筑节能，2007；35(12)：41-442 朱圣晓，胡小芳石蜡储能颗粒粒度分布与相变储能复合石膏板导热系数的关系研究J新型建筑材料，2009；(1

8、)：16-193 尚建丽，赵鹏相变储能材料在建筑领域中的应用研究J建筑节能，2007；35(8)：34-374 刘淑芬，郭英膨胀石墨浮油吸油行为及机理研究J石家庄职业技术学院学报，2005；17(6)：21-23 5 樊平，扈立新，岳学庆等膨胀石墨对水面浮油的吸附性能J中国粉体技术，2008；14(4)：40-42 6 兆恒，周伟，曹乃珍等膨胀石墨的空隙结构及其在液相吸附/吸着时的变化J材料科学与工程，2002；20(2)：153-1597 施韬，孙伟，王倩楠膨胀石墨微结构表征及其储能复合材料的制备J东南大学学报，2009；39(3)：598-601 8 刘成宝，陈志刚等膨胀石墨吸附能力的表征

9、J兵器材料科学与工程，2008；31(2)：40-439 Michio INAGAKI,Tomoya NAGATA.Sorption kinetics of（上接第33页）17 Zheng W.M, Gao F, Gu H.C. Magnetic polymer nanospheres with high and uniform magnetite content J. Magn. Magn. Mater., 2005, 288: 40341018 徐建宽, 袁直, 何炳林. 环氧化交联聚乙烯醇球的制备J. 离子交换与吸附, 2002, 18(1): 6468The preparation o

10、f magnetic polymer beads by inverse suspension polymerizationAbstract: In this paper, hydroxyl magnetic microspheres with strong magnetic response are prepared by inverse suspension polymerization. In order to optimize the preparation procedure and to prepare polymer microspheres, a series of factor

11、s, including reaction time, the concentration of water-soluble polymer(Polyvinyl alcohol，PVA), the relative ratio of glutaraldehyde (GA) to PVA and the volume ratio of oil phase to water phase were all investigated. The responding properties were also characterized by FTIR, SEM and VSM. The results showed, under the optimized conditions of the preparation, the obtained magnetic microspheres possessed several excellent properties, such as high