一种相变储能材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种相变储能材料制备方法，包括如下步骤：S1将长度为0.5

【技术实现步骤摘要】
一种相变储能材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高导热相变储能复合材料的制备方法，属于新型复合材料领域。

技术介绍

[0002]相变储能材料利用物质在相变过程中材料潜热的吸收和释放，实现热能的可控存储与利用，解决能量供求在时间上和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术之一，在太阳能利用、建筑节能、电子器件散热、航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而纯相变材料的低导热率直接导致相变温控系统传热性能差、储热反应时间长、储热利用率低、易产生过热现象，从而降低相变温控系统的效率。为了改善其热导率，通常会添加各类高导热材料制备复合相变储能材料。高导热碳纤维由于导热系数高，耐蚀性，低密度，加上负的热膨胀系数，高模量，低密度，使其特别适合制成高导热及尺寸稳定或热膨胀系数匹配的复合材料。
[0003]目前在相变储能材料的应用上，碳纤维多以分散形式填充于相变储能材料中，在相变循环中容易导致沉积等不稳定现象。
[0004]蒋朝等[Jiang Z,Ouyang T,Yang Y,et al.Thermal conductivity enhancement of phase change materials with form
‑
stable carbon bonded carbon fiber network[J].Materials&Design,2018,143:177
‑
184.]以中间相沥青基碳纤维为主要导热增强体，利用酚醛树脂作为碳质黏结剂前驱体采用真空抽滤的方式构建低密度高导热碳纤维网络体，用于增强相变材料的导热性能，制备出的相变储能复合材料具有高尺寸稳定性，且导热性能得到显著提升。然而该方法获得的网络材料，高导热碳纤维主要在垂直于加压方向的xy面内随机排列，而z向的纤维数量较少，因此相变储能材料在xy面导热率高，但无法获得z向的高导热率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种横向与纵向导热性能差异低的高导热相变复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种相变储能材料制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1将长度为0.5
‑
10mm的碳纤维和碳质粘结剂粉末于水中混合后，抽滤并干燥，得到滤饼；
[0009]S2沿着滤饼的z向进行针刺，使高导热碳纤维沿滤饼的z向分布，并且使高导热碳纤维在滤饼的xy面随机分布；
[0010]S3对所述滤饼成型后固化，并于保护气氛中依次进行炭化和石墨化得到碳纤维网络；
[0011]S4将熔融的有机相变材料填充入碳纤维网络中，即得。
[0012]所述的碳质粘结包括酚醛树脂、沥青、呋喃树脂、苯基酯或环氧树脂中的一种或多
种的组合。
[0013]所述碳纤维为圆形或异形纤维；
[0014]所述异形纤维包括中空纤维或C形纤维；
[0015]所述碳纤维的直径为7
‑
50μm；
[0016]所述碳纤维网络的热导率为300
‑
1100Wm/K；
[0017]所述碳纤维包括中间相沥青基碳纤维；
[0018]所述中间相沥青基碳纤维中中间相含量大于50％。
[0019]所述混合包括超声混合；
[0020]所述的抽滤包括真空抽滤或加压抽滤；
[0021]所述干燥包括真空干燥。
[0022]所述针刺的密度为10
‑
60针/cm2[0023]所述针刺的深度为4
‑
15mm。
[0024]所述成型包括模压成型；
[0025]所述模压成型的压力小于或等于20MPa；
[0026]所述保护气氛包括氮气、氩气、氦气。
[0027]所述固化的温度为150
‑
180℃。
[0028]所述炭化包括采用0.1
‑
10℃/min的升温速度将固化后的滤饼升温至500
‑
1000℃的步骤；或者
[0029]所述炭化包括采用0.1
‑
10℃/min的升温速度将固化后的滤饼升温至500
‑
1000℃，冷却后，再采用0.1
‑
10℃/min的升温速度将固化后的滤饼升温至1000
‑
1800℃的步骤。
[0030]所述石墨化的温度为2400
‑
3200℃，所述石墨化的升温速率为0.1
‑
100℃/min。
[0031]10.根据权利要求1所述的相变储能材料制备方法，其特征在于：
[0032]所述S4包括将所述碳纤维网络置于熔融的有机相变材料中，利用真空形成的负压将所述碳纤维网络中空气排出的步骤；或者
[0033]所述S4包括将所述碳纤维网络置于熔融的有机相变材料中，利用真空形成的负压于40
‑
200℃下将所述碳纤维网络中空气排出的步骤；
[0034]所述有机相变材料包括石蜡、脂肪酸类、多元醇类。
[0035]相对于现有技术，本专利技术有益效果如下：
[0036]1、本专利技术通过在相变储能材料的制备过程中，对滤饼进行针刺，使滤饼针刺部位的碳纤维沿z向分布，从而充分利用一维碳纤维轴向高热导率的优势，增强z向导热率，进行导热定向设计，使相变储能复合材料在特定方向具有超高的热导率，能将特定方向上散发的热量快速导入相变储能复合材料内部，发挥相变材料储放热特点。
[0037]2、本专利技术提供的技术方案对设备要求不高，操作简单，易于工业化生产。
附图说明
[0038]图1示出了本专利技术提供的高导热相变储能复合材料的制备方法的工艺流程图。
[0039]图2示出了本专利技术提供的高导热相变储能复合材料的制备方法的工艺流程图中针刺工艺的放大图。
[0040]图3示出了碳质粘结剂对碳纤维的粘结示意图。
[0041]图4示出了本专利技术实施例1制备得到的相变储能材料的SEM照片。
[0042]图5示出了实施例8
‑
10制备得到的相变储能材料的z向导热系数与针刺密度之间的关系图。
[0043]图6示出了实施例11制备得到的相变储能材料的z向导热系数与针刺深度之间的关系图。
具体实施方式
[0044]由于相变储能复合材料的储能密度(潜热)与相变材料的占比直接相关，需尽量降低导热增强体的质量和体积以保证储能密度的需求，因此同时考虑相变复合材料的热导率和潜热的蓄热系数(Thermal effusivity)成为描述材料动态存储和交换环境热能的潜力的重要参数。蓄热系数是热导率(k)、体积密度(ρ)和潜热(h)乘积的平方根，如下示公式所示：
[0045][0046]由此可见，为了获得高蓄热系数的相变储能复合材料，材料需要同时获得高热导率和高潜热，因此低密度高导热多孔碳网络体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变储能材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将长度为0.5
‑
10mm的碳纤维和碳质粘结剂粉末于水中混合后，抽滤并干燥，得到滤饼；S2沿着滤饼的z向进行针刺，使高导热碳纤维沿滤饼的z向分布，并且使高导热碳纤维在滤饼的xy面随机分布；S3对所述滤饼成型后固化，并于保护气氛中依次进行炭化和石墨化得到碳纤维网络；S4将熔融的有机相变材料填充入碳纤维网络中，即得。2.根据权利要求1所述的相变储能材料制备方法，其特征在于：所述的碳质粘结包括酚醛树脂、沥青、呋喃树脂、苯基酯或环氧树脂中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的相变储能材料制备方法，其特征在于：所述碳纤维为圆形或异形纤维；所述异形纤维包括中空纤维或C形纤维；所述碳纤维的直径为7
‑
50μm；所述碳纤维网络的热导率为300
‑
1100Wm/K；所述碳纤维包括中间相沥青基碳纤维；所述中间相沥青基碳纤维中中间相含量大于50％。4.根据权利要求1所述的相变储能材料制备方法，其特征在于：所述混合包括超声混合；所述的抽滤包括真空抽滤或加压抽滤；所述干燥包括真空干燥。5.根据权利要求1所述的相变储能材料制备方法，其特征在于：所述针刺的密度为10
‑
60针/cm2所述针刺的深度为4
‑
15mm。6.根据权利要求1所述的相变储能材料制备方法，其特征在于：所述成型包括模压成型；所述模压成...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳婷，张雅芳，张玉娣，叶崇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：