一種新型相變材料組合物的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于相變材料領域，特別提供一種新型相變材料組合物。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球溫室氣體排放問題日益嚴重，生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境也隨之惡化，節(jié)能減排已成為全球議題。世界各國相繼出臺節(jié)能減排的相關(guān)政策和工作方案，尋求更加綠色節(jié)能環(huán)保的照明方式，低能耗LED光源繼而受到極高的重視。LED(Light Emitting D1de)是一種半導體全固態(tài)發(fā)光器件，屬于注入型發(fā)光器件，其優(yōu)越性在于擁有壽命長、體積小、節(jié)能、安全等特點。目前，單個LED器件的功率已經(jīng)從最初的毫瓦級躍至現(xiàn)在的數(shù)十瓦級。據(jù)測試，單個LED器件的電光轉(zhuǎn)換效率僅為10 %?30 %，其余約70 %?90 %的電能則轉(zhuǎn)化為熱能。當多個LED密集排列組成照明系統(tǒng)時，電能轉(zhuǎn)換為熱能更加嚴乖。因此，解決大功率LED的散熱問題也已成為其廣泛應用的先決條件。
[0003]針對大功率LED照明系統(tǒng)等發(fā)熱源的系統(tǒng)散熱問題，常采用主動及被動散熱方式，而許多工作場合由于不能有機械振動與機械噪音、功率較小且要求散熱成本低、尺寸或結(jié)構(gòu)等原因不便安裝風扇基體等情況。因此，在各類LED散熱器的空腔中注入相變材料，利用相變材料的相變潛熱來進行熱能的儲存或釋放，快速的將熱源處的熱量吸收儲存，住通過散熱器將儲存的熱量散失到環(huán)境中，以此來提高整個系統(tǒng)的散熱性能。此外，相變材料在相變時還具有溫度近似恒定的特性，可以達到控制溫度的目的，使整個散熱系統(tǒng)的溫度比較均衡穩(wěn)定，防止發(fā)生溫度快速變化或波動，對LED光源造成損害。
[0004]相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和復合PCM三類。其中，無機類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機物；復合PCM主要是有機和無機共融相變材料的混合物。在這些相變材料中，相變溫度在20?80°C之間的相變材料在吸熱、儲熱方面有很好的用途，但是其大多成本較高、傳熱或?qū)嵝阅懿睿沟闷湓谏犷I域的推廣應用存在一定的困難。生產(chǎn)一種相變潛熱大、導熱率高、生產(chǎn)工藝簡單、性能較穩(wěn)定的相變材料有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種導熱率高，儲熱和傳熱效果更好的新型相變材料組合物。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新型相變材料組合物，其特征在于:包括相變材料主成分、添加物，以相變材料的總重量100%計，
[0007]相變材料豐成分70 %?90 %
[0008]添加物10 %?30 %
[0009]所述添加物的組成成分為碳納米管、石墨烯、氣相二氧化硅和顆粒物。
[0010]其中所述的新型相變材料給合物，其特征在于:所述的相變材料主成分是指石蠟、微晶體蠟、液體石蠟、聚乙烯蠟(ACPE)、半精煉石蠟、聚乙二醇6000等相變材料中的一種或其組合物。
[0011]其中所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的相變材料主成分的凝固點在 20 ?80°C。
[0012]其中所述的新型相變材料組合物，其特征在于:以所述添加物的總重量100%計，所述的添加物中各成分的質(zhì)量比為:
[0013]氣相二氧化硅5%?10%
[0014]碳納米管2%?5%
[0015]石墨烯 30%?60%
[0016]顆粒物30%?60%
[0017]其中所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的碳納米管的純度^ 95wt%,灰分< 0.2wt%,比表面積約為40?300m2 / g。
[0018]其中所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的顆粒物是指氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)、銅粉(Cu)等金屬或金屬氧化物的一種或其組合。
[0019]其中所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的顆粒物的粒徑在0.1?10um之間。
[0020]其中所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的新型相變材料還包括仟選的穩(wěn)定劑、流平劑、著色劑、觸變劑等其他添加成分。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述新型相變材料的有益效果是:
[0022](I)作為添加物之一的單層石墨烯的導熱率為3080-5150W / (M -K)，多層有墨烯的導熱率一般也在1500W / (M-K)以上，遠高于相變材料本身的導熱率。石墨烯的加入使得系統(tǒng)整體的導熱系數(shù)有了較大的提高。
[0023](2)碳納米管的加入有利于其在相變材料中的分散，并可由此在相變材料中形成一個有效的導熱網(wǎng)絡，提聞相變材料熱性能。
[0024](3)選用金屬或金屬氧化物顆粒作為無機顆粒，增大了材料的比表面積，顯著地提高熱端初始溫度的吸收速率和相變材料的導熱率，趄到快速吸熱、傳熱的功效。
[0025](4)氣相二氧化硅的加入能夠起到防沉和增稠的作用，防止相變材料吸熱液化手石墨烯和顆粒物聚集沉降。
[0026](5)本發(fā)明將碳納米管、石墨烯以及金屬或金屬氧化物顆粒作為添加物的基本組成，最終在流體(相變材料吸熱融化)內(nèi)部形成了“點-線-面”的全三維網(wǎng)絡分布，具有高導熱率和低熱阻值，在保持相變材料較高比熱容特性的情況下，大大提高了相變材料吸熱、儲熱和散熱的效率，具有較強的實用價值。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合實施例來進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和特點就會隨著描述而更加清楚，但并不作為對本發(fā)明做任何限制的依據(jù)。本領域技術(shù)人員應該理解的是，在閱讀了本發(fā)明之后，對本發(fā)明的各種等價形式的修改或替換均落于本發(fā)明保護范圍內(nèi)。
[0028]最佳實施例1
[0029]采用的添加物成分及其質(zhì)量比為:碳納米管、石墨烯、顆粒物、氣相二氧化硅的質(zhì)量比為1: 10: 8: 1，添加物整體與相變材料的質(zhì)量比為1: 4。
[0030]上述最佳實施例中所述碳納米管的純度彡95wt%,灰分< 0.2wt%。
[0031]上述最佳實施例中所述顆粒物為氧化鋁(Al2O3)，平均粒徑為lOum。
[0032]上述最佳實施例中所述相變材料為石蠟，相變溫度為70°C。
[0033]上述最佳實施例的制備方法:將石蠟加熱至完全融化，再將質(zhì)量比為1: 10: 8的碳納米管、石墨烯與顆粒物倒入石蠟熔融液中進行預混，攪拌至混合均勻后，緩慢加入所需質(zhì)量的氣相二氧化硅，繼續(xù)攪拌至混合均勻后，冷卻即可得最終的新型相變材料。
[0034]比較例
[0035]采用不添加任何添加物的相變材料。
[0036]上述比較例中所述相變材料為上述最佳實施例1中所述的石蠟，相變溫度為70。。。
[0037]測試數(shù)據(jù)比較
[0038]1、新型相變材料比熱容對比測試
[0039]根據(jù)ASTME 1269-11標準，采用差示掃描量熱儀DSC200F3測試得到25°C時，最佳實施例1制得的新型相變材料的比熱容為2.15J / (g-k);對比例所述的相變材料的比熱容為 2.30J / (g.k)。
[0040]2、新型相變材料導熱系數(shù)對比測試
[0041]根據(jù)GB / T22588-2008，采用激光散射法導熱系數(shù)測量儀LFA447測得25°C時，最佳實施例1制得的新型相變材料的導熱系數(shù)為0.96W / (m-K):對比例2所述的相變材料的導熱系數(shù)為0.25W / (m.K)。
[0042]3、綜上，本發(fā)明將碳納米管、石墨烯、氣相二氧化硅以及金屬或金屬氧化物顆粒作為添加物的基本組成，最終在相變材料內(nèi)部形成了“點-線-面”的全三維網(wǎng)絡分布，具有高導熱率和低熱阻值，在保持相變材料較高比熱容特性的情況下，大大提高了相變材料吸熱、儲熱和散熱的效率，具有較強的實用價值。
【主權(quán)項】
1.一種新型相變材料組合物，其特征在于，包括相變材料主成分、添加物，以相變材料的總重量100%計， 相變材料主成分70 %?90 % 添加物 10%?30% 所述添加物的組成成分為碳納米管、石墨烯、氣相二氧化硅和顆粒物。
2.如權(quán)利要求1所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的相變材料主成分是指石蠟、微晶體蠟、液體石蠟、聚乙烯蠟(ACPE)、半精煉石蠟、聚乙二醇6000等相變材料中的一種或其組合物。
3.如權(quán)利要求1至2所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的相變材料主成分的凝固點在20?80°C。
4.如權(quán)利要求1至3所述的新型相變材料組合物，其特征在于:以所述添加物的總重量100%計，所述的添加物中各成分的質(zhì)量比為: 氣相二氧化硅5%?10% 碳納米管2%?5% 石墨烯 30%?60% 顆粒物30%?60%。
5.如權(quán)利要求1至4所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的碳納米管的純度> 95wt%,灰分< 0.2wt%,比表畫積約為40?300m2 / g。
6.如權(quán)利要求1至5所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的顆粒物是指氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)、銅粉(Cu)等金屈或金屬氧化物的一種或其組合。
7.如權(quán)利要求1至6所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的顆粒物的粒徑在0.1?10um之間。
8.如權(quán)利要求1至7所述的新型相變材料組合物，其特征在于:所述的新型相變材料還包括任選的穩(wěn)定劑、流平劑、著色劑、觸變刑等其他添加成分。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型相變材料組合物，主要由碳納米管、石墨烯、氣相二氧化硅、金屬或金屬氧化物的顆粒物以及相變材料組成。其中碳納米管、石墨烯和金屬或金屬氧化物的顆粒物能夠進一步加速熱量傳導；相變材料用于提高熱端的初始溫度吸收速率；氣相二氧化硅能夠起到防沉和增稠的作用，防止相變材料吸熱液化后石墨烯和顆粒物聚集沉降；碳納米管、石墨烯以及金屬或金屬氧化物在流體(相變材料吸熱融化)內(nèi)部最終形成顆粒(金屬或金屬氧化物)+線(碳納米管)+平面(石墨烯)的全三維網(wǎng)絡分們。本發(fā)明所述新型相變材料組合物具有高導熱率和低熱阻值，在保持相變材料較高比熱容特性的情況下，大大提高了相變材料吸熱、儲熱和散熱的效率，具有較強的實用價值。
【IPC分類】C09K5-06
【公開號】CN104726069
【申請?zhí)枴緾N201310714156
【發(fā)明人】錢新明, 陳威, 呂旭
【申請人】錢新明, 陳威, 呂旭
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月23日