專利名稱：高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及一種以相變材料微膠囊為主料并添加高導(dǎo)熱材料生產(chǎn)的高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
相變材料具有高儲(chǔ)熱能力和穩(wěn)定的工作溫度，這些優(yōu)點(diǎn)使得相變材料在建筑供暖和制冷、太陽(yáng)能集熱和半導(dǎo)體冷卻等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而相變材料也存在著兩個(gè)主要缺點(diǎn)即導(dǎo)熱系數(shù)低以及在與其他材料配合使用時(shí)存在泄漏問題。目前已經(jīng)有許多專利技術(shù)針對(duì)這兩個(gè)問題分別提出了解決方案。在增加導(dǎo)熱性方面，專利 CN200710012102. 5采用了納米纖維，專利CN200820035123. 9采用了金屬翅片和蜂窩結(jié)構(gòu)， 專利CN200480041392. 0采用了泡沫金屬材料；而針對(duì)泄露問題也有一些解決辦法，專利 CN200810157553. 2采用原位聚合法制備相變材料微膠囊，專利CN200810154238. 4將石蠟 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)81-99.5%)、高密度聚乙烯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0-9%)和多元醇縮醛類化合物(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 5-10%)進(jìn)行熱熔混合而后冷卻制備定形相變材料，還有專利CN200410101555. 1將石蠟(質(zhì)量分?jǐn)?shù)70-80%)、交聯(lián)高密度聚乙烯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)2-15%)、膨脹石墨(質(zhì)量分?jǐn)?shù) 4-6%)與苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBQ混合加熱熔融制備定形相變材料。雖然，目前的相變材料微膠囊技術(shù)和定形相變材料技術(shù)可以解決泄漏問題，但是在這些生產(chǎn)技術(shù)中仍然存在其他的問題·由于目前定形相變材料需要與高分子材料混合，使得其中相變材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的儲(chǔ)熱能力下降。·在制備定形相變材料時(shí)，需要通過高溫將所有材料熔化，但是各種材料的黏度不同，而且黏度較高，因此很難混合均勻，并且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。·相變材料微膠囊在應(yīng)用過程中，由于微膠囊顆粒之間產(chǎn)生大量空隙造成的堆積密度較低，由此導(dǎo)致了單位體積儲(chǔ)能密度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，結(jié)合相變材料微膠囊的優(yōu)點(diǎn)，提供一種具有高儲(chǔ)熱密度和高導(dǎo)熱性，且生產(chǎn)成本低的高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下一種高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料，該材料由以下成分按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成相變材料微膠囊80% 99%，高導(dǎo)熱性材料 10%，粘合劑0% 15%。本發(fā)明所述的相變材料微膠囊中的相變材料為有機(jī)材料(如十六烷、十八烷等)， 也可以為無機(jī)材料(如水合鹽等)。本發(fā)明所述的高導(dǎo)熱材料為金屬粉、金屬纖維或金屬屑等，金屬可以是鋁或銅等。本發(fā)明所述的粘合劑可以是乳膠、導(dǎo)熱硅膠、環(huán)氧樹脂膠、熱熔膠等中的一種或幾種。
另外，本發(fā)明還提供一種所述高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料的制造方法，具體制造步驟如下(1)選擇具有高儲(chǔ)熱能力的相變材料，制備相變材料微膠囊(采用行業(yè)常規(guī)工藝制備)或者從廠商處購(gòu)買相變材料微膠囊，作為下一步加工的原料；(2)當(dāng)高導(dǎo)熱材料選用金屬粉時(shí)，將混料機(jī)中充入氮?dú)庖苑乐菇饘俜郯l(fā)生粉塵爆炸。然后按照配方比例將相變材料微膠囊和高導(dǎo)熱材料放入混料機(jī)中充分混合均勻；(3)將混合均勻的粉體放入壓片機(jī)中，在15 400Mpa壓力下壓制成形。一般根據(jù)產(chǎn)品強(qiáng)度需求和材料組成設(shè)定操作壓力，壓力范圍一般為15 400MPa， 通過調(diào)整壓力可以得到不同堆積密度的產(chǎn)品。作為優(yōu)選，在步驟(2)混料的過程中，當(dāng)需要增加產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度時(shí)，在混合過程中添加適當(dāng)比例的粘合劑，將之與相變材料微膠囊和高導(dǎo)熱材料混合均勻。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、制造方便，容易形成規(guī)?；a(chǎn)；2、單位體積儲(chǔ)熱密度高(通過高壓壓制使得產(chǎn)品密度升高，從而使單位體積儲(chǔ)熱密度也升高)；3、導(dǎo)熱系數(shù)高(加入了金屬粉、金屬纖維或金屬屑等高導(dǎo)熱材料，提高了產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù))；4、產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好，不會(huì)發(fā)生泄漏問題(由于采用微膠囊將熔點(diǎn)低的材料包覆在耐高溫的膠囊壁內(nèi)，當(dāng)微膠囊內(nèi)部的相變材料熔化時(shí)，不會(huì)發(fā)生泄漏)；5、產(chǎn)品適應(yīng)性好，可應(yīng)用在各種場(chǎng)合；6、材料成本低，如采用廢鋁屑作為增強(qiáng)導(dǎo)熱性的材料；7、產(chǎn)品可回收利用，因此減少了浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的影響。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1中相變材料微膠囊堆積密度隨壓力變化曲線。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的樣品圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅僅局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1第一步，制備相變材料微膠囊所述的相變材料微膠囊中的相變材料為十八烷，該材料的相變溫度為觀 31°C，相變潛熱為Ml. 2kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 15ff/m · K，密度為 773kg/m3。將其制備成直徑為100納米 100微米的相變材料微膠囊，其相變潛熱為160 210kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 15 0. 2ff/m · K，其松散堆積密度為350kg/m3。第二步，混合相變材料微膠囊與金屬粉所述的金屬粉為鋁粉(導(dǎo)熱系數(shù)為 202. 4ff/m ·Κ，鋁粉粒徑為100納米 20微米)。按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取5%的鋁粉與95%的相變材料微膠囊，在投料前向混料機(jī)中充入氮?dú)夥乐狗蹓m爆炸，然后將其放入混料機(jī)中搖混；控制混料機(jī)的搖動(dòng)頻率和混料時(shí)間，至兩種配料混合均勻。將混合好的配料密封保存?zhèn)溆谩?br> 第三步，通過高壓成形設(shè)備生產(chǎn)定形相變儲(chǔ)能材料將混合好的配料按照產(chǎn)品要求的質(zhì)量進(jìn)行分份，并放入模具中進(jìn)行壓片。根據(jù)強(qiáng)度需求和材料組成設(shè)定操作壓力，本實(shí)施例采用40MPa的操作壓力進(jìn)行壓片。對(duì)壓片后的復(fù)合材料進(jìn)行脫模，制成形狀穩(wěn)定、儲(chǔ)熱能力高、導(dǎo)熱性好的復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料。本實(shí)施例制備的材料樣品特性相變潛熱為152 199. 5kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為 3. 63ff/m · K，堆積密度為900kg/m3。經(jīng)5000次儲(chǔ)/放熱循環(huán)測(cè)試，本定型相變材料的形狀仍然保持不變且沒有泄漏，儲(chǔ)熱能力也沒有明顯的降低。實(shí)施例2第一步，選取市場(chǎng)上合適的相變材料微膠囊本實(shí)施例采用的相變材料微膠囊為市售水合鹽微膠囊(購(gòu)自RUBITHERM技術(shù)有限公司，德國(guó))。該微膠囊的相變溫度為^TC, 導(dǎo)熱系數(shù)為0. 5ff/m · K，相變潛熱為200 310kJ/kg，松散堆積密度為525kg/m3。第二步，混合相變材料微膠囊、金屬屑和熱熔膠所述的金屬屑為銅屑(導(dǎo)熱系數(shù)為387. 6ff/m ·Κ，形狀不規(guī)則)，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取5%的銅屑、80%的相變材料微膠囊與15% 的熱熔膠粉，將其放入混料機(jī)中搖混?？刂苹炝蠙C(jī)的搖動(dòng)頻率和混料時(shí)間，至三種配料混合均勻。將混合好的配料密封保存?zhèn)溆?。第三步，通過高壓成形設(shè)備生產(chǎn)定形相變儲(chǔ)能材料將混合好的配料按照產(chǎn)品要求的質(zhì)量進(jìn)行分份，并放入模具中進(jìn)行壓片。根據(jù)強(qiáng)度需求和材料組成設(shè)定操作壓力，本實(shí)施例采用16ΜΙ^的操作壓力進(jìn)行壓片。對(duì)壓片后的復(fù)合材料進(jìn)行脫模，制成形狀穩(wěn)定、儲(chǔ)熱能力高、導(dǎo)熱性好的復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料。本實(shí)施例制備的材料樣品特性相變潛熱為160 248kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為2. 52W/ m-K,堆積密度為1200kg/m3。經(jīng)5000次儲(chǔ)/放熱循環(huán)測(cè)試，本定型相變材料的形狀仍然保持不變且沒有泄漏，儲(chǔ)熱能力也沒有明顯的降低。實(shí)施例3第一步，選取市場(chǎng)上合適的相變材料微膠囊本實(shí)施例采用的相變材料微膠囊為市售有機(jī)材料微膠囊(購(gòu)自上海無極紡織科技有限公司)。該微膠囊的相變溫度為 22-25°C，相變潛熱為160kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 2ff/m · K，松散堆積密度為355kg/m3。第二步，混合相變材料微膠囊與金屬纖維所述的金屬纖維為銅線(導(dǎo)熱系數(shù)為 387. 6ff/m · K，長(zhǎng)度為5 IOmm)。按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取5 %的銅線、95 %的相變材料微膠囊，將其放入混料機(jī)中進(jìn)行搖混。控制混料機(jī)的搖動(dòng)頻率和混料時(shí)間，至兩種配料混合均勻。將混合好的配料密封保存?zhèn)溆?。第三步，通過高壓成形設(shè)備生產(chǎn)定形相變儲(chǔ)能材料將混合好的配料按照產(chǎn)品要求的質(zhì)量進(jìn)行分份，并放入模具中進(jìn)行壓片。根據(jù)強(qiáng)度需求和材料組成設(shè)定操作壓力，本實(shí)施例采用ISMI^a的操作壓力進(jìn)行壓片。對(duì)壓片后的復(fù)合材料進(jìn)行脫模，制成形狀穩(wěn)定、儲(chǔ)熱能力高、導(dǎo)熱性好的復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料。本實(shí)施例制備的材料樣品特性相變潛熱為152kJ/kg，導(dǎo)熱系數(shù)為2. 22ff/m ·Κ，堆積密度為814kg/m3 ；經(jīng)5000次儲(chǔ)/放熱循環(huán)測(cè)試，本定型相變材料的形狀仍然保持不變且沒有泄漏，儲(chǔ)熱能力也沒有明顯的降低。實(shí)施例4第一步，選取市場(chǎng)上合適的相變材料微膠囊本實(shí)施例采用的相變材料微膠囊為市售有機(jī)材料微膠囊(購(gòu)自上海無極紡織科技有限公司)。該微膠囊的相變溫度為 22-25°C，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 2W/m · K，相變潛熱為160kJ/kg，松散堆積密度為355kg/m3。第二步，混合相變材料微膠囊、金屬纖維和乳膠粉所述的金屬纖維為鋁纖維(導(dǎo)熱系數(shù)為202. 4ff/m ·Κ，長(zhǎng)度為6 8mm)，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取8%的鋁纖維、82%的相變材料微膠囊與10%的乳膠粉，將其放入混料機(jī)中進(jìn)行搖混?？刂苹炝蠙C(jī)的搖動(dòng)頻率和混料時(shí)間，至三種配料混合均勻。將混合好的配料密封保存?zhèn)溆?。第三步，通過高壓成形設(shè)備生產(chǎn)定形相變儲(chǔ)能材料將混合好的配料按照產(chǎn)品要求的質(zhì)量進(jìn)行分份，并放入模具中進(jìn)行壓片。根據(jù)強(qiáng)度需求和材料組成設(shè)定操作壓力，本實(shí)施例采用20MI^的操作壓力進(jìn)行壓片。對(duì)壓片后的復(fù)合材料進(jìn)行脫模，制成形狀穩(wěn)定、儲(chǔ)熱能力高、導(dǎo)熱性好的復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料。本實(shí)施例制備的材料樣品特性相變潛熱為131. 2kJ/kg,導(dǎo)熱系數(shù)為5. 81W/m ·Κ， 堆積密度為830kg/m3。經(jīng)5000次儲(chǔ)/放熱循環(huán)測(cè)試，本定型相變材料的形狀仍然保持不變且沒有泄漏，儲(chǔ)熱能力也沒有明顯的降低。從以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明所述的定形相變儲(chǔ)能材料比現(xiàn)有的相變材料具有更高的導(dǎo)熱性。現(xiàn)有的無機(jī)或有機(jī)相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0. 15 0. 5W/m ·Κ之間，而本發(fā)明所述相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)在2. 22 5. 81W/m ·Κ之間，所以，相對(duì)現(xiàn)有上述相變材料本發(fā)明的相變材料導(dǎo)熱性高。本發(fā)明所述的高導(dǎo)熱定形相變材料是一種良好的儲(chǔ)熱介質(zhì)， 在建筑節(jié)能和工業(yè)節(jié)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料，其特征在于該材料由以下成分按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成相變材料微膠囊80 % 99 %，高導(dǎo)熱材料1^-10%,粘合劑0 % 15 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料，其特征在于所述的相變材料微膠囊中的相變材料為有機(jī)材料或無機(jī)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料的制造方法，其特征在于制備步驟如下(1)選擇具有高儲(chǔ)熱能力的相變材料，制造相變材料微膠囊或者從廠商處購(gòu)買相變材料微膠囊，作為下一步加工的原料；(2)當(dāng)高導(dǎo)熱材料選用金屬粉時(shí)，將混料機(jī)中充入氮?dú)庖苑乐菇饘俜郯l(fā)生粉塵爆炸。然后按照配方比例將相變材料微膠囊和高導(dǎo)熱材料放入混料機(jī)中充分混合均勻；(3)將混合均勻的粉體放入壓片機(jī)中，在15 400Mpa壓力下壓制成形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料的制造方法，其特征在于步驟 (2)中還包括添加適當(dāng)比例的粘合劑將之與相變材料微膠囊和高導(dǎo)熱材料混合均勻。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料，該材料由以下成分組成相變材料微膠囊80％～99％，高導(dǎo)熱材料1％～10％，粘合劑0％～15％。本發(fā)明還公開一種上述高導(dǎo)熱性定形相變儲(chǔ)能材料的制造方法(1)選擇具有高儲(chǔ)熱能力的相變材料，制造相變材料微膠囊或者購(gòu)買相變材料微膠囊，作為下一步加工的原料；(2)按照配方比例將相變材料微膠囊和高導(dǎo)熱材料放入混料機(jī)中充分混合均勻；當(dāng)高導(dǎo)熱材料選用金屬粉時(shí)，將混料機(jī)中充入氮?dú)庖苑乐菇饘俜郯l(fā)生粉塵爆炸；(3)將混合均勻的粉體放入壓片機(jī)中，在15～400Mpa壓力下壓制成形。本發(fā)明的材料是一種良好的儲(chǔ)熱介質(zhì)，在建筑節(jié)能和工業(yè)節(jié)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C09K5/06GK102241963SQ20111013292
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者喬大寬, 周彤宇, 蘇偉光 申請(qǐng)人:寧波諾丁漢大學(xué)