石蜡/LDPE相变储能材料的研究

论文摘要

随着能源的日渐短缺,如何合理开发利用能源已经越来越受到人们的重视。相变储能材料利用材料中的储热介质调节周围环境温度。当环境温度超过理想值时,储热介质通过自身状态变化储存热量,使温度恢复到理想值;同样,在温度过低时,储热介质又会转换状态补偿热量。相变材料保证了环境温度的稳定,又做到了节能环保,具有很高的应用价值。本文以石蜡作为相变材料,以低密度聚乙烯(LDPE)为载体基质,将两者通过熔融共混制备相变储能材料,研究了不同石蜡含量的相变储能材料的相变温度、相变潜热、力学性能、热性能。同时研究了热塑性弹性体SBS、交联剂过氧化二异丙苯(DCP)、无机填料和膨胀石墨对相变材料各性能的影响。DSC测试结果表明,试验中使用的纯石蜡相变潜热为88.64 J/g,相变温度在62℃左右。复合材料的相变潜热随石蜡含量的增大而增大,石蜡含量为70%(wt%)时,相变潜热为56.59J/g,熔融范围变宽,在62℃到66℃之间。但力学性能大幅降低,抗拉强度由石蜡含量40%时的9.2 MPa下降到70%时的5.6MPa,维卡软化点温度和硬度也明显降低。石蜡含量超过60%时,材料经过多次冷热循环后的失重现象较严重。综合热性能与力学性能考虑,石蜡含量在50%为宜。在材料中加入SBS,力学性能得到改善,且其含量在30%时最佳,抗拉强度达到7.8 MPa,冲击强度为12.5 KJ/m~2,维卡软化点为51.2℃。随着SBS的加入材料的相变温度升高,相变潜热减小,硬度减小。使用硅藻土和白炭黑两种无机填料时,对力学性能都有略微的改善,其中硅藻土的影响要大一些,材料相变温度升高,相变潜热减小,硬度变化不大。无机填料的加入增强了对石蜡的吸附能力,材料稳定性有所改善。使用交联剂DCP将载体物质LDPE进行交联,形成的空间网络结构有助于对石蜡的包覆,材料的力学性能得到改善,在DCP含量为3%时抗拉强度为11.4 MPa,冲击强度为9.46 KJ/m~2。相变温度略有升高,相变潜热随着DCP用量增多而增大。DCP含量为3%时材料经10次冷热循环后的失重率最小,为0.139%。为增强相变材料导热性,加入膨胀石墨,发现适当的用量大大增强了材料的导热性。膨胀石墨的加入略微降低了材料力学性能,其含量为1.67%时,材料抗拉强度为7.5 MPa,冲击强度为1.9 KJ/m~2,硬度(邵D)为60。材料的相变温度降低,相变潜热无变化。维卡软化点变化在1℃左右,影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 储能技术国内外研究现状
• 1.3 相变储能材料的节能原理
• 1.4 相变储能材料的分类
• 1.4.1 固-固相变材料
• 1.4.2 固-液相变材料
• 1.4.3 相变储能材料的筛选标准
• 1.5 复合型相变定形储能材料
• 1.5.1 复合型材料的简介
• 1.5.2 复合定形相变储能材料的制备方法
• 1.6 高分子基定形相变储能材料
• 1.6.1 导热材料膨胀石墨
• 1.6.2 吸附剂无机填料
• 1.6.3 支撑材料SBS
• 1.7 课题研究的目的、意义和主要内容
• 第2章 石蜡/LDPE 复合储能材料的制备及性能
• 2.1 实验药品和设备
• 2.2 实验步骤
• 2.3 结果分析与讨论
• 2.4 小结
• 第3章 SBS 对石蜡/LDPE 相变材料的改性
• 3.1 实验配方
• 3.2 结果分析与讨论
• 3.3 小结
• 第4章 无机填料对石蜡/LDPE 相变材料的改性
• 4.1 实验配方
• 4.2 结果分析与讨论
• 4.3 小结
• 第5章 交联对石蜡/LDPE 相变材料的改性
• 5.1 实验配方
• 5.2 试样制备
• 5.3 结果分析与讨论
• 5.4 小结
• 第6章 膨胀石墨对石蜡/LDPE 相变材料的改性
• 6.1 实验药品和设备
• 6.2 实验配方
• 6.3 结果分析与讨论
• 6.4 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢