一种定型相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及中低温领域用定型相变蓄热材料。所制备的定型相变材料，其特征在于它由稀土氧化物改性的固‑固相变材料和导热增强相复合而成，各原料所占质量百分数为：稀土氧化物改性的固‑固相变材料80~85%，导热增强相15~20%；将稀土氧化物改性的固‑固相变材料在可封闭容器中加热至熔融态，放入导热增强相，在小于10‑2Pa真空吸附，使液体充分浸入到导热增强相中，冷却至室温，取出容器中的样品，得到所述定型相变材料；其中，稀土氧化物改性的固‑固相变材料由固‑固相变材料和稀土氧化物制备而成，各原料所占质量百分数为：固‑固相变材料90~95%，稀土氧化物5~10%。所制备的定型相变材料的热稳定性好，导热性高，且制备方法简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及中低温领域用相变蓄热材料，特别提供了一种以稀土氧化物改性剂，泡沫碳化硅陶瓷或泡沫铜为导热增强相定型的固-固相变蓄热材料及其制备方法。
技术介绍
相变蓄热材料是在材料相变过程中通过吸放热行为来实现热能的储存与释放。发生的相变过程有四种。常被利用的有固-液、固-固相变两种类型。固-气和液-气相变虽能储存较多热量，但因气体占有的体积大，设备复杂，一般不用于储热。目前应用较多的是固-液相变材料，按化学成分可分为无机相变材料、有机相变材料、复合相变材料。文献1（刘良珍.无机相变储能材料的研究进展及应用[J].陶瓷科学与艺术,2011,02:4-5.）涉及到无机相变材料的研究进展，其储能密度高、使用温度范围宽，但存在过冷、相分离、腐蚀容器的问题。文献2（沈学忠,张仁元.相变储能材料的研究和应用[J].节能技术,2006,24(5):460-463.）涉及到有机类相变材料，其显著的优点是不易发生相分离及过冷，但达到固-液相变温度时易泄露。固-固相变材料可分为高密度聚乙烯、层状钙钛矿、多元醇，是通过有序-无序转变而可逆地吸热、放热。固-固相变材料相转变温度适宜，具有腐蚀性弱、收缩膨胀小、热效率高等优点，越来越受到人们的重视，其最大特点是相变后不生成液相，对容器的要求不高。文献3（邢澄清,迟广山,阮德水,等.多元醇二元体系固－固相变贮热的研究[J].太阳能学报,1995,02:131-137.）涉及到五个多元醇二元体系的制备，其组成包括季戊四醇-新戊二醇、三羟甲基乙烷-新戊二醇、季戊四醇-2-氨基2-甲基1,3丙二醇、三羟甲基乙烷-2-氨基2-甲基1,3丙二醇和三羟甲基氨基甲烷-新戊二醇，其结果可以指导固-固相变材料的选择。文献4（牟兴瑞,张浩,宋宝俊,等.PG-TAM二元体系固-固相变的贮热性能及相变动力学研究[J].河北化工,2007,02:24-25.）涉及到三羟甲基乙烷和三羟甲基氨基甲烷二元混合体系的制备，体系相转变温度比纯三羟甲基氨基甲烷相比下降了54-58℃，相变焓随三羟甲基乙烷浓度的增大而增大。固-固相变材料容易成型，相变时体积变化小，能直接用作系统结构材料，但其用于固-固有机相变材料存在着易挥发，易产生塑晶从而导致其性能衰减，想要使固-固相变材料能够大规模工业应用，其热稳定性的提高极为重要。目前，稀土氧化物在有机材料的改性上有着重要和广泛的应用。文献5（王增林,孙万明,唐功本.添加稀土氧化物对聚丙烯热稳定性的影响[J].稀土,1994,15(2):13-17.）涉及在聚丙烯中添加多种稀土氧化物，如氧化铕、氧化镧等，来改善其热稳定性，扩大聚丙烯的使用范围。文献6（张树明,周亚斌,任文坛,等.稀土氧化物对提高甲基乙烯基硅橡胶耐热性的作用[J].特种橡胶制品,2009,30(6):6-13.）涉及到在甲基乙烯基硅橡胶中填充氧化铈、氧化钕、氧化钇和氧化镧制备硅橡胶，经过对其力学性能和耐热性的研究发现，四种稀土氧化物的加入使得硅橡胶的耐热性得到不同程度的提高。文献7（FeliksB,ValérieM,JeanB,etal.AStudyontheDispersion,Preparation,CharacterizationandPhoto-degradationofPolypropyleneTracedwithRareEarthOxides[J].PolymerDegradationandStability,2010,96:51-59.）选择在聚丙烯基体中加入氧化铈，聚丙烯的熔化温度、结晶温度和热稳定性均有增加。本专利技术针对目前固-固有机相变材料热性能的不足之处，特别是在较高温度条件下易产生塑晶、多次使用后热稳定性低，提出利用稀土氧化来改性有机相变材料。而针对有机相变导热性差的不足，提出利用泡沫碳化硅陶瓷或者泡沫铜来提高传热性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种定型相变材料及其制备方法，该方法针对现有技术的不足，以稀土氧化物为改性剂，泡沫碳化硅陶瓷或泡沫铜为导热增强相，所制备的定型相变材料的热稳定性好，导热性高，且制备方法简单。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：定型相变材料，其特征在于它由稀土氧化物改性的固-固相变材料和导热增强相复合而成，各原料所占质量百分数为：稀土氧化物改性的固-固相变材料80~85%，导热增强相15~20%；其中，稀土氧化物改性的固-固相变材料由固-固相变材料和稀土氧化物制备而成，各原料所占质量百分数为：固-固相变材料90~95%，稀土氧化物5~10%。按上述方案，所述固-固相变材料为季戊四醇、三羟甲基乙烷中的一种或两种按任意配比的混合。按上述方案，所述稀土氧化物为氧化钕、氧化钇、氧化钐中一种或多种按任意配比的混合。按上述方案，所述导热增强相为泡沫碳化硅陶瓷或泡沫铜。泡沫碳化硅陶瓷具有多孔陶瓷的特性，同时还具有碳化硅本身的抗氧化、耐酸碱腐蚀、热导率大、硬度高等优良性能。泡沫铜的密度小，孔隙率高、比表面积大，是一种新型功能材料。两者都能起到导热增强和定型的作用。所述泡沫碳化硅陶瓷或泡沫铜为方形块状（50mm×50mm×20mm），气孔大小范围为10μm~2mm，平均孔隙率为90%。所述泡沫碳化硅陶瓷或泡沫铜为圆形块状（Φ50mm×20mm），气孔大小范围为10μm~2mm，平均孔隙率为90%。按上述方案，所述稀土氧化物改性固-固相变材料（或称定型相变材料）的相变温度为80~180℃，相变焓为100~200J/g。上述一种定型相变材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）稀土氧化物改性的固-固相变材料（或称改性固-固相变材料）的制备：①先将固-固相变材料经干燥后，研磨过200目筛，在干燥皿中放置24h取出（目的是为了让原材料充分干燥并排出内部气体，保证其使用时无气泡产生），待用；②再按各原料所占质量百分数为：固-固相变材料90~95%，稀土氧化物5~10%，选取固-固相变材料和稀土氧化物；③再将固-固相变材料和稀土氧化物粉末进行机械共混12h，得到稀土氧化物改性的固-固相变材料；2）按各原料所占质量百分数为：稀土氧化物改性的固-固相变材料80~85%，导热增强相15~20%；将稀土氧化物改性的固-固相变材料（或称稀土改性后的固-固相变材料）在可封闭不锈钢容器中加热至熔融态，放入导热增强相，真空吸附（在小于10-2Pa真空吸附），使液体充分浸入到导热增强相中，冷却至室温，取出不锈钢容器中的样品，切除样品四周多余的相变材料，即可得到所述定型相变材料。季戊四醇相变温度为185.5℃，熔化吸热焓209.4J/g，三羟甲基乙烷相变温度为81.8℃，熔化吸热焓172.6J/g；稀土氧化物作为改性剂。本专利技术的特点为：本专利技术在改性单一固固相变材料的基础上，同时制备改性二元固-固相变材料，扩大了使用温度范围，满足固-固相变材料在中低温领域应用的大部分需求。本专利技术的有益效果是：一，提出利用稀土氧化物改性，通过物理混合的方法制备改性固-固相变材料，稀土因其外层电子结本文档来自技高网...

【技术保护点】
定型相变材料，其特征在于它由稀土氧化物改性的固‑固相变材料和导热增强相复合而成，各原料所占质量百分数为：稀土氧化物改性的固‑固相变材料80~85%，导热增强相15~20%；将稀土氧化物改性的固‑固相变材料在可封闭容器中加热至熔融态，放入导热增强相，真空吸附，使液体充分浸入到导热增强相中，冷却至室温，取出容器中的样品，得到所述定型相变材料；其中，稀土氧化物改性的固‑固相变材料由固‑固相变材料和稀土氧化物制备而成，各原料所占质量百分数为：固‑固相变材料90~95%，稀土氧化物5~10%。

【技术特征摘要】
1.定型相变材料，其特征在于它由稀土氧化物改性的固-固相变材料和导热增强相复合而成，各原料所占质量百分数为：稀土氧化物改性的固-固相变材料80~85%，导热增强相15~20%；将稀土氧化物改性的固-固相变材料在可封闭容器中加热至熔融态，放入导热增强相，真空吸附，使液体充分浸入到导热增强相中，冷却至室温，取出容器中的样品，得到所述定型相变材料；
其中，稀土氧化物改性的固-固相变材料由固-固相变材料和稀土氧化物制备而成，各原料所占质量百分数为：固-固相变材料90~95%，稀土氧化物5~10%。
2.根据权利要求1所述的定型相变材料，其特征在于：所述固-固相变材料为季戊四醇、三羟甲基乙烷中的一种或两种按任意配比的混合。
3.根据权利要求1所述的定型相变材料，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化钕、氧化钇、氧化钐中一种或多种按任意配比的混合。
4.根据权利要求1所述的定型相变材料，其特征在于：所述导热增强相为泡沫碳化硅陶瓷或泡沫铜。
5.根据权利要求4所述的定型相变材料，其特征在于：所述泡沫碳化硅陶瓷或泡沫铜为方形块状，气孔大小范围为10μm~2mm，平...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫兵，郑芬，李儒光，朱教群，程晓敏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42