一种无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料及制备方法技术

一种无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料，由质量为８５－８９份无机水合盐三水醋酸钠作为储热基体，质量为５．５－６．５份的十二水磷酸氢二钠作成核剂、质量为２．５－３．５份的羧甲基纤维素作增稠剂，并以质量为３－４．５份的膨胀石墨作为高导热系数的材料掺混在无机水合盐混合物中。利用膨胀石墨既保留了天然鳞片石墨的导热性好、无毒害等优良性质，又具有天然鳞片石墨所没有的吸附性。解决其在贮热过程中存在的过冷、相分层及低导热系数问题。相变性能改善后，复合相变材料具有较小的过冷度，固液相变时溶液均匀，不沉淀、不分层，性能稳定，重复性能好，改善材料的导热系数也是提高其相变储能性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合相变储热材料，具体涉及无机水合盐膨胀石墨复合相变材料及其制备方法。
技术介绍
相变贮热材料(PCM)在太阳能取暖、航空航天、热负荷的移峰填谷、新型节能型建 筑用材、废热回收及空调技术方面的应用越来越广泛。尤其以潜热储能技术，由于其所用装 置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理等特点而大受欢迎。在众多的潜热贮能材 料中，应用较多的主要有石蜡、脂肪酸、无机水合盐类等材料。其中，无机水合盐是一类非常 重要的中低温相变储热材料，它能提供熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的多种相变材料， 目前应用较多的水合盐主要有碱及碱土金属的商化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及 醋酸盐等。这类相变材料潜热密度非常高，相变时体积变化小，而且无毒、无挥发性、不易燃 等，这些方面都优于大多数石蜡和脂肪酸类相变材料，但是该类材料最大的缺点是固液相 变时容易产生过冷和相分层现象。这极大的限制了其在实际贮热工程中的应用。在众多的 无机水合盐材料中，三水醋酸钠(CH3COONa · 3H20)熔点为58°C，熔解热为265kJ/kg，固、液 相的比热容分别为1. 97和3. 22kJ/kg · °C，因其相变温度适宜，潜热密度较高，是一种很有 潜力的相变材料，但是其过冷度可达十几度到几十度，严重限制了它的应用。目前，对水合 盐三水醋酸钠材料，研究的主要方向是向该类储热基体中添加合适的试剂来解决其过冷和 相分层问题，扩展其应用的范围和空间。另外，无机水合盐类蓄热材料的导热系数一般都比较低，三水醋酸钠在固态和液 态两种情况下，导热系数均比较低，一般只有0. 6 0. 7W/m*°C左右，在实际应用中，由于材 料的低导热系数，相变蓄热装置在储热和放热时，其换热效率也比较低，这也限制了材料的 应用，所以改善材料的导热系数也是提高其相变储能性能的一个重要途径。中国专利申请CN200810025631. 3给出有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料 及其制备方法，CN200310117411. 0给出储热式热泵空调装置的储热器及其储热材料的制备 方法，抑制石蜡的可燃性；石墨/石蜡复合相变储热材料导热系数，CN200910080431. 2给出 一种储热相变材料及其制造方法，储热相变材料由硅藻土、膨胀土或膨胀石墨；脲醛树脂； 芯材物质石蜡等储热相变材料，以上方案仍未公开三水醋酸钠与膨胀石墨结合的储热相 变材料及制备方法。
技术实现思路
针对上述现有技术中要解决的问题，本专利技术的目的是提出一套改善无机水合盐三 水醋酸钠的相变性能的添加剂配方，解决其在贮热过程中存在的过冷、相分层及低导热系 数问题。相变性能改善后，复合相变材料具有较小的过冷度，固液相变时溶液均勻，不沉淀、 不分层，性能稳定，重复性能好，改善材料的导热系数也是提高其相变储能性能，能够更好 的应用于实际的贮热工程中。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的本专利技术所述的复合相变储热材料， 其特征在于，组成由质量为85-89份无机水合盐三水醋酸钠作为储热基体，质量为5. 5-6. 5 份的十二水磷酸氢二钠作成核剂、质量为2. 5-3. 5份的羧甲基纤维素作增稠剂，质量为 3-4. 5份的膨胀石墨作为高导热系数的材料掺混在无机水合盐混合物中，提高其导热系数。 本专利技术提出的制备方法，其特征包括以下主要步骤(1)将质量为85-89份的固态无机水合盐三水醋酸钠分析纯颗粒，质量为5. 5-6. 5 份的十二水磷酸氢二钠作成核剂、质量为2. 5-3. 5份的羧甲基纤维素作增稠剂(白色絮状 的I型羧甲基纤维素)，置于研钵中研细后，均勻混合；(2)将上述比例混合而成的混合物放在试管中，在80士7°C的水浴中加热至完全 熔化状态，搅拌均勻后形成共熔混合物；(3)取质量为3-4. 5份的可膨胀石墨颗粒，放入65士5°C的真空干燥箱中干燥 15士8小时后，取出置于温度为700士40°C的马弗炉中热处理60士30s，使可膨胀石墨颗粒 膨胀，制备出具有丰富微孔结构的膨胀石墨。(4)将上述膨胀石墨放入无机水合盐共熔混合物中，在液态情况下搅拌共混、吸附 1 士0. 3小时后，自然冷却后得到复合相变材料。典型的可膨胀石墨颗粒的膨胀率200mL/g，粒度80目以上，含碳量90%以上，用于 添加的高导热系数的材料加入相变材料中，可强化储热材料的性能，但往往高的导热系数 的颗粒状材料的比重很难与液态的无机水合盐溶液相匹配，如一些金属粉末，密度偏大；活 性炭粉末，密度偏低，在液态溶液中，不是浮在溶液表面，就是沉降在溶液底部，无法均勻分 散在溶液中，很难满足储热材料在实际工程中的多次固液相变的要求。本专利技术中使用的膨 胀石墨是由天然鳞片石墨经石墨插层、水洗干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状 物质，经过高温膨化后，石墨原先的平面层明显裂开而产生不均勻变形，且平面层呈卷曲状 态，表面为网状孔型结构。膨胀石墨既保留了天然鳞片石墨的导热性好、无毒害等优良性 质，又具有天然鳞片石墨所没有的吸附性。以无机水合盐三水醋酸钠为相变材料(含增稠 齐U，成核剂)、膨胀石墨为支撑结构，利用膨胀石墨的多孔吸附特性，制备出了本专利技术SAT/ 膨胀石墨的复合相变材料。具体实施例方式复合相变储热材料，组成由质量含量为85-89份相变温度为58°C左右的无机水 合盐作为储热基体，质量为5. 5-6. 5份的作成核剂、质量为2. 5-3. 5份的作增稠剂，质量为 3-4. 5份的作为高导热系数的材料掺混在无机水合盐混合物中，提高其导热系数。实施例1 一种本专利技术所述的无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料，该相变材料按下面的 质量混合三水醋酸钠分析纯20克，十二水磷酸氢二钠1. 24g，羧甲基纤维素(或羧甲基淀 粉)0.64g，其质量配比为100 6.2 3.2。制备时，将按上述比例混合而成的混合物加热至完全融化状态，搅拌均勻后形成 共融混合物，取质量为0. 9g的干燥过后的可膨胀石墨颗粒，置于温度为700°C的马弗炉中 热处理50秒钟，然后取出，将膨胀石墨加入到共融混合物中，在液态情况下搅拌均勻，吸附 1小时后，自然冷却得到无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料。取上述复合相变材料的样品，进行示差扫描量热法实验，使用美国PE公司的Perkin-Elmer型DSC测量仪进行升温溶 解和降温凝固的实验，测得的相变焓值为254kj/kg，峰温为58. 5°C。实施例2:另一种本专利技术所述的无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料，该相变材料按下面的质量混合三水醋酸钠分析纯20克，十二水磷酸氢二钠1. 2g，羧甲基纤维素0. 70g，其质 量配比为100 6 3. 5。制备时，将按上述比例混合而成的混合物加热至完全融化状态，搅拌均勻后形成 共融混合物，取质量Ig的干燥过后的可膨胀石墨颗粒，置于温度为700°c的马弗炉中热处 理50秒钟，然后取出，将膨胀石墨加入到共融混合物中，在液态情况下搅拌均勻，吸附1小 时后，自然冷却得到无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料。经实验测定，其相变潜热为 231. 2kj/kg，相变温度为 57. 2°C。实施例3 另一种本专利技术所述的无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料，该相变材料按下面 的质量混合三水醋酸钠分析纯5千克，十二水磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料，其特征在于，复合相变储材料组成的成分与质量如下：由质量为８５－８９份无机水合盐三水醋酸钠作为储热基体，质量为５．５－６．５份的十二水磷酸氢二钠作成核剂、质量为２．５－３．５份的羧甲基纤维素作增稠剂，并以质量为３－４．５份的膨胀石墨作为高导热系数的材料掺混在无机水合盐混合物中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：茅靳丰，韩旭，李伟华，李金田，刁孝发，马天宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学工程兵工程学院，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]