用于制备高导热复合相变材料的组合物和高导热复合相变材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及相变材料技术领域，公开了用于制备高导热复合相变材料的组合物和高导热复合相变材料及其制备方法和应用，该组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：以所述改性导热填料、改性导热纤维、基体相变材料的总质量为基准，所述改性导热纤维的含量为3wt％

【技术实现步骤摘要】
用于制备高导热复合相变材料的组合物和高导热复合相变材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及相变材料
，具体涉及一种用于制备高导热复合相变材料的组合物和高导热复合相变材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相变材料是指在相转变过程中既能提供大量的潜热又能保持恒定的温度的物质。相变材料可分为无机相变材料和有机相变材料，不论是无机还是有机体系，其导热系数较低，易造成外部温度源到达相变材料中心所需时间长，内部热量传递到外部所需时间长的现象，这只能选择通过复杂的换热器来提高换热效果。同时无机水合盐相变材料往往具有较强的腐蚀性，使得换热器需要增加一层保护涂层，致使综合成本非常高昂，制约了它的实际应用。
[0003]微胶囊相变材料是利用微胶囊技术将相变材料封装到由高导热材料制成的微胶囊壳体中，形成一种复合相变材料。它能有效的增大换热面积，增强相变材料的导热系数。同时，由于微胶囊尺寸小的特点，可以阻碍相变材料的相分离，抑制相变材料的过冷效应，提升相变材料的综合性能，但其易泄露、价格昂贵、工序复杂。
[0004]为了克服微胶囊相变材料制作工序复杂的缺点，可使用导热填料混合压制制备相变材料。将相变材料与一种或多种导热填料(膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯、纳米铜等)混合均匀后，经过模压机进行压制，导热填料在相变材料体系中形成导热网络，依靠导热网络来传导热量，加快内部的热交换。但这种方法只能制成特定形状的相变材料，且易出现断路现象，同时导热网络的构建需要大量的导热填料(大于10％)才能起到有效的作用，导热填料侵占了相变材料的体积，最终导致单位体积的焓值较低。
[0005]为了避免导热填料混合压制法因压制不密实导致导热网络出现断路现象，可以预先形成导热框架(石墨烯气凝胶)，再将相变材料灌注进导热框架中，此方法有效的提升了相变材料导热性能，同时气凝胶中的微孔具有毛吸效应，会牢牢锁住相变材料，可以有效抑制相分离。但是导热框架的构建成本昂贵，相变材料的灌装过程缓慢且灌装难度较大。
[0006]因此，迫切需求一种制备方法简单、导热网络框架分布均匀且稳定的高导热复合相变材料。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术中导热网络框架分布不均，纳米填料易在相变材料内部团聚的缺陷。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种高导热复合相变材料，该复合相变材料的热焓值为140
‑
230kJ/kg，且热导率为4.0
‑
6.9w/(m*k)。
[0009]本专利技术的第二方面提供一种用于制备高导热复合相变材料的组合物，该组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：
[0010]以所述改性导热填料、改性导热纤维、基体相变材料的总质量为基准，
[0011]改性导热纤维：3wt％
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15wt％，
[0012]改性导热填料：4wt％
‑
20wt％，
[0013]基体相变材料：65wt％
‑
93wt％；
[0014]所述改性导热纤维由原料导热纤维通过选自化学氧化法、电化学法以及电子束表面改性中的任意一种方法制得；
[0015]所述改性导热填料由原料导热填料通过化学氧化法和/或化学接枝制得；
[0016]且在所述高导热复合相变材料中，所述改性导热填料与改性导热纤维以化学共价键进行接枝处理而得到接枝有导热填料的导热纤维，以及所述接枝有导热填料的导热纤维与所述基体相变材料进行复合以得到所述高导热复合相变材料。
[0017]本专利技术的第三方面提供一种制备高导热复合相变材料的方法，该方法包括将第二方面所述的用于制备高导热复合相变材料的组合物进行接触反应，所述接触反应的操作包括：
[0018]S1：将改性导热纤维和改性导热填料通过化学共价键连接，得到接枝有导热填料的导热纤维，并将制得的所述接枝有导热填料的导热纤维进行石墨化，得到中间体1；
[0019]S2：将含有基体相变材料的熔融物料与步骤S1所述的中间体1进行第一混合，得到混合物I。
[0020]本专利技术第四方面提供前述由第三方面所述的方法制得高导热复合相变材料。
[0021]本专利技术的第五方面提供第一方面或第四方面所述的高导热复合相变材料在储能材料中的应用。
[0022]本专利技术提供的高导热复合相变材料能够使纤维/纳米材料稳定、均匀地分散在相变材料基体中，具有良好的稳定性，同时，本专利技术提供的复合相变材料热焓值为140
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230kJ/kg，热导率为4.0
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6.9w/(m*k)。
附图说明
[0023]图1是本专利技术高导热复合相变材料的示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例1制得的高导热复合相变材料的SEM图；
[0025]图3是由碳纤维与基体相变材料制得的高导热复合相变材料的SEM图。
具体实施方式
[0026]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0027]需要说明的是，在本专利技术的各方面中，针对各方面中的相同的组分，本专利技术仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本专利技术的限制。
[0028]需要说明的是，在本专利技术中，未说明的原料均可由一般途径的商购获得，本领域技术人员可以根据需要进行采购，在本专利技术中，不再一一赘述。
[0029]如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种高导热复合相变材料，该复合相变材料
的热焓值为140
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230kJ/kg，且热导率为4.0
‑
6.9w/(m*k)。
[0030]为了构建体系均匀且稳定的导热网络结构，本专利技术通过化学共价键将纳米填料与导热纤维桥接起来，构成稳定的导热网络框架，再导入相变材料，制备成高导热复合相变材料。如图1所示，二维纳米导热填料通过化学共价键连接在导热纤维上，增大导热纤维的比表面积，再加入相变材料(图1中的PCM)，使得热量可以由相变材料内部通过二维纳米导热填料传递到导热纤维的骨架上，制得的复合相变材料具有良好的导热性。
[0031]如前所述，本专利技术的第二方面提供了一种用于制备高导热复合相变材料的组合物，该组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：
[0032]以所述改性导热填料、改性导热纤维、基体相变材料的总质量为基准，
[0033]改性导热纤维：3wt％
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15wt％，
[0034]改性导热填料：4wt％
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20wt％，
[0035]基体相变材料：65wt％
‑
93wt％；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热复合相变材料，其特征在于，该复合相变材料的热焓值为140
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230kJ/kg，且热导率为4.0
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6.9w/(m*k)。2.一种用于制备高导热复合相变材料的组合物，其特征在于，该组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：以所述改性导热填料、改性导热纤维、基体相变材料的总质量为基准，改性导热纤维：3wt％
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15wt％，改性导热填料：4wt％
‑
20wt％，基体相变材料：65wt％
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93wt％；所述改性导热纤维由原料导热纤维通过选自化学氧化法、电化学法以及电子束表面改性中的任意一种方法制得；所述改性导热填料由原料导热填料通过化学氧化法和/或化学接枝制得；且在所述高导热复合相变材料中，所述改性导热填料与改性导热纤维以化学共价键进行接枝处理而得到接枝有导热填料的导热纤维，以及所述接枝有导热填料的导热纤维与所述基体相变材料进行复合以得到所述高导热复合相变材料。3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述基体相变材料为有机相变材料和/或无机相变材料；所述有机相变材料选自石蜡、硬脂酸、正十二酸、正二十二烷和木糖醇中的至少一种；所述无机相变材料选自三水醋酸钠、六水氯化钙、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠和八水氢氧化钡中至少的一种。4.根据权利要求2或3所述的组合物，其中，所述基体相变材料为无机相变材料，且所述组合物中还含有成核剂和增稠剂。5.根据权利要求4所述的组合物，其中，以改性导热填料、改性导热纤维、基体相变材料、成核剂和增稠剂的总质量为基准，所述成核剂的含量为0.1wt％
‑
10wt％，所述增稠剂的含量为0.1wt％
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10wt％。6.根据权利要求4或5所述的组合物，其中，所述成核剂选自十二水磷酸氢二钠、十水焦磷酸钠、九水偏硅酸钠、十水硼酸钠、十水碳酸钠、六水磷酸钠和五水硼砂中的至少一种。7.根据权利要求4或5所述的组合物，其中，所述增稠剂选自淀粉、明胶、黄原胶、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙烯酸钠和黏土中的至少一种。8.根据权利要求2
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7中任意一项所述的组合物，其中，所述原料导热纤维为碳纤维；所述碳纤维选自T800、T1000、T1100、M40、M55J、M60J、T300、T700、M35和M45J中的至少一种。9.根据权利要求2
‑
7中任意一项所述的组合物，其中，所述原料导热填料的导热系数大于50w/(m*k)；优选地，所述原料导热填料选自碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、膨胀石墨、六方氮化硼、MXene和碳化硅中的至少一种。10.一种制备高导热复合相变材料的方法，其特征在于，该方法包括将权利要求2
‑
9中任意一项所述的用于制备高导热复合相变材料的组合物进行接触反应，所述接触反应的操作包括：S1：将改性导热纤维和改性导热填料通过化学共价键连接，得到接枝有导热填料的导热纤维，并将制得的所述接枝有导热填料的导热纤维进行石墨化，得到中间体1；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晟东，张艳鹤，黄成，
申请(专利权)人：佛山市顺德区美的饮水机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：