相變儲能復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相變儲能復合材料，該材料由如下質(zhì)量百分比的原料組成：基體材料15-50％，無機粉料1-10％，DCP、TMPTA等助劑1-3％，其余為熔點是50-65℃的石蠟，基體材料為EVA、POE、EPDM中的一種或幾種，無機填料為BN、MgO中的一種或兩種。本發(fā)明還涉及了該材料的制備工藝，先熔融共混原料，在雙螺桿擠出機上擠出造粒，之后在平板硫化機上加熱使基體交聯(lián)。本發(fā)明在制備過程中石蠟沒有明顯的溢出，相變過程的潛熱較高，材料的熱穩(wěn)定性較好，石蠟分布較為均勻。
【專利說明】相變儲能復合材料的制備方法
一、【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相變儲能復合材料，具體來說是涉及紫外交聯(lián)和化學交聯(lián)相變儲能復合材料的制備方法，屬于聚合物改性和加工領域。

二、【背景技術】
[0002]人類生存和發(fā)展的基礎是能源，在21世紀的今天，全球工業(yè)快速發(fā)展，化石燃料日益枯竭，人類對能源的需求卻日益增加，然而對能源的利用卻存在嚴重的浪費，使得能源供給愈發(fā)緊張。因此，尋找可代替能源和提高能源的利用率成為當務之急。
[0003]相變材料(PCM)是一種擁有吸收和釋放大量能量的能力的一種材料，該能量是指在固-固或者固-液的相轉(zhuǎn)變過程中，在一個較窄的溫度范圍內(nèi)的一種潛熱形式。這種行為是一個典型的瞬時狀態(tài)，也就是說只有當相變材料的潛熱被吸收或釋放的時候，該行為才會發(fā)生。在各種當下研究較熱的蓄熱儲能技術中，相變材料的應用特別吸引人，是因為它具有高密度、高熔化熱、以及在近等溫條件下有一個緊湊的能源儲存系統(tǒng)等優(yōu)點。
[0004]石蠟作為相變材料研究較為廣泛，但是除了在加工和使用中，滲漏現(xiàn)象嚴重之外，另一個缺點則是低導熱系數(shù)，大約只有0.2W/(mK)。
[0005]在選擇基體材料時，已有的相關文獻中，與石蠟復合較多的是高密度聚乙烯(HDPE)，但是因為HDPE的熔點較高，大約在125°C左右，與石蠟的熔點(56°C )相差較大，而且結(jié)晶度也較大，因此在加工時，兩種材料不容易混合，會在加工時出現(xiàn)流失的問題。而與石蠟和HDPE化學結(jié)構(gòu)形似的乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯和辛烯的高聚物(POE)、三元乙丙橡膠(EPDM)結(jié)晶度低很多，并且熔點也與石蠟相近，因此選取EVA、P0E、EPDM作為基體制備較好的相變儲能復合材料。

三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一在于，針對石蠟和基體材料加工時容易出現(xiàn)泄漏，使相變潛熱減少的現(xiàn)象，選擇EVA、POE、EPDM等材料作為基體包覆石蠟，以期發(fā)現(xiàn)一種相變潛熱大、儲能大、熱性能穩(wěn)定的儲能材料。
[0007]本發(fā)明的目的之二在于，針對相變材料的導熱系數(shù)低的現(xiàn)象，加入高導熱的無機填料，使相變儲能復合材料的整體導熱系數(shù)提高，使傳熱更快。
[0008]本發(fā)明的目的之三在于，在使基體交聯(lián)時，采用DCP熱交聯(lián)和紫外輻照相結(jié)合的方式，解決了在加熱交聯(lián)時石蠟流溢損失過多的問題。
[0009]本發(fā)明的目的之四在于一種制備本發(fā)明相變儲能復合材料的工藝方法，通過該方法可以簡便的制得本發(fā)明相變儲能復合材料。
[0010]為了實現(xiàn)以上目的本發(fā)明采用了以下技術方案:
[0011]一種相變儲能復合材料，所有原料按質(zhì)量分數(shù)包括以下組份:
[0012]A) 30-85%的相變材料，其為熔點為50_65°C的石蠟；
[0013]B) 15-70%的基體材料，其為EVA、POE、EPDM的一種或幾種；
[0014]C) 1-10%的無機填料，其為BN、MgO中的一種或兩種；
[0015]D) 1-3%的助劑，其為 DCP、TMPTA 等。
[0016]其中所述相變材料、無機填料均勻的分散于基體材料所形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。
[0017]其中所述石蠟的相變潛熱為140_200J/g。
[0018]其中所述EVA中VA含量為28-35%，密度為0.92-0.98g/cm3，熔點為60_68°C ;所述POE中辛烯含量大于20%，密度為0.85-0.89g/cm3，熔點為的乙烯含量為 50-60%，密度為 0.87-0.91g/cm3，熔點為 50-60。。。
[0019]其中BN、MgO的平均粒徑為2~5 μ m。
[0020]本發(fā)明制備出的相變儲能復合材料的導熱系數(shù)可以達到0.5ff/m.K。
[0021]本發(fā)明在制備過程中，為了解決在加熱交聯(lián)時石蠟流溢損失過多的問題，先將試樣在硫化機上將溫度慢慢升溫到60°C左右，使相變材料整體成為板材，然后，將板材紫外輻照進行交聯(lián)，之后，再將板材在硫化機上繼續(xù)升溫至150°C，進行內(nèi)部基體的交聯(lián)。
[0022]本發(fā)明制備的相變儲能復合材料的具體工藝為:
[0023]I)先用丙酮將DCP按一定配比溶解，然后用噴灑的方法將其均勻的噴灑在基體上，然后將料放置于陰涼通風處；
[0024]2)待丙酮揮發(fā)盡后，將處理的基體和石蠟按一定配比放置于高速攪拌機中混合均勻；
[0025]3)之后在雙螺桿擠出機上擠出造粒；
[0026]4)最后在平板硫化機上加熱使基體交聯(lián)。
四、具體的實施方式
[0027]下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步描述。
[0028]在下述各實施例中，若沒有特別說明，各百分含量都為質(zhì)量百分比。
[0029]DSC測試:Q100DSC差示掃描量熱儀，3~5mg左右的樣品升溫速率10°C /min。
[0030]導熱系數(shù):Tci型導熱系數(shù)儀。
[0031]交聯(lián)度實驗:將已交聯(lián)的相變材料稱取0.5g左右，用剪刀剪成小顆粒，顆粒越小越好，折疊好鐵絲網(wǎng)并稱量W1，將小樣粒包裹在鐵絲網(wǎng)中，稱量總質(zhì)量W2,之后放于索式提取器中，以二甲苯為溶劑進行萃取，沸騰后計時回流8小時，然后取出鐵絲網(wǎng)，干燥，稱量W3,按公式計算即可算得交聯(lián)度。
[0032]實施例1
[0033]用1.6 % DCP和1.6 % TMPTA處理EVA，之后將5 % BN和比例分別為75: 25的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在70°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0034]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0035]實施例2
[0036]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理EVA，之后將10% BN和比例分別為75: 25的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在70°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0037]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0038]實施例3
[0039]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理EVA，之后將5% MgO和比例分別為75: 25的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在70°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0040]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0041]實施例4
[0042]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理EVA，之后將10% MgO和比例分別為75: 25的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在70°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0043]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0044]實施例5
[0045]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理EPDM，之后將5% BN和比例分別為70: 30的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在95°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0046]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0047]實施例6
[0048]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理EPDM，之后將10% BN和比例分別為70: 30的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在95°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0049]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0050]實施例7
[0051]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理EPDM，之后將5% MgO和比例分別為70: 30的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在95°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0052]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0053]實施例8
[0054]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理EPDM，之后將10% MgO和比例分別為70: 30的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在95°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0055]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0056]對比例9
[0057]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理Ρ0Ε，之后將5% BN和比例分別為85: 15的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在115°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0058]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0059]實施例10
[0060]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理Ρ0Ε，之后將10% BN和比例分別為85: 15的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在115°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0061]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0062]實施例11
[0063]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理Ρ0Ε，之后將5% MgO和比例分別為85: 15的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在115°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0064]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0065]實施例12
[0066]用1.6% DCP和1.6% TMPTA處理Ρ0Ε，之后將10% MgO和比例分別為85: 15的熔點為58°C的石蠟和已處理的EVA混合均勻后雙螺桿擠出造粒，擠出溫度在115°C，轉(zhuǎn)速為40r/min,之后硫化機加熱交聯(lián)。
[0067]將所得相變儲能復合材料分別進行DSC (測定相變溫度和相變潛熱)、導熱和交聯(lián)度實驗，測試結(jié)果見表1。
[0068]表1
[0069]

【權(quán)利要求】
1.一種相變儲能復合材料的制備方法，其特征在于將計量的基體材料、紫外光引發(fā)劑、交聯(lián)劑、敏化劑、無機填料和熔點為50-65°C的石蠟混合均勻，然后在雙螺桿擠出機上共混造粒，在平板硫化機上制成板材，先經(jīng)紫外光輻照交聯(lián)，最后在平板硫化機上加熱交聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲能復合材料的制備方法，其特征在于:基體材料為EVA、POE、EPDM中的一種或幾種，優(yōu)選P0E，紫外光引發(fā)劑和交聯(lián)劑選用BP和DCP，敏化劑選用三官能團單體三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，無機填料為BN、MgO中的一種或兩種，優(yōu)選BN0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲能復合材料的制備方法，其特征在于:為了解決單純使用DCP熱交聯(lián)時石蠟流溢損失過多的問題，在交聯(lián)實驗的時候，在硫化機上先將溫度慢慢升溫到60°C左右，使相變材料整體成為板材，然后，將板材進行紫外輻照使表層基體交聯(lián)，再將板材在硫化機上繼續(xù)升溫至150°C，采用DCP熱交聯(lián)的方式進行內(nèi)部基體的交聯(lián)。
【文檔編號】C08L91/06GK104163930SQ201310186216
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】苑會林, 李媛媛, 王亮 申請人:北京化工大學