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定形相变材料的研制及热性能分析

2013-05-06 01:56

3.1.3 材料均匀性
　　我们分别在两个定形相变材料试样（组成材料一样，石蜡所占百分比不同）的4个不同部位分别取样进行DSC分析，得结果见图2，从图中我们可以看出同一试样不同部位相变潜热值差别不大，差别在10%以内，说明定形相变材料中石蜡分布较均匀。
　　3．1．4 潜热测定及石蜡掺混比临界值讨论
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 试样不同部位潜热值测试结果
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 60#石蜡DSC测试曲线
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4 定形相变材料（石蜡占70wt%）DSC测试曲线
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5 定形相变材料（石蜡占90%）DSC曲线
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 不同比例石蜡的定形相变材料的潜热测试值
　　
　　从60#石蜡DSC测试曲线（图3）可以看出，60#石蜡有两个相变峰，每个相变峰出现在40℃附近，较小，第二个相变峰出现在60℃，较大。从定形相变材料的DSC曲线（图4，5）中同样可以看到这两个相变峰，聚乙烯熔融的峰出现在120℃附近。可以看到两者的温度差约为60℃，能够保证在定形相变材料中石蜡发生相转变由固态变成液态时，聚乙烯能支撑结构使得材料形态不变。由DSC测得的相变热和用石蜡所占百分比概算得的结果差别不大。图6为含不同比例的石蜡的定形相变材料的潜热，石蜡含量在70%～90%之间，材料的相变热在130～175kJ/kg，可以看出潜热值随石蜡所占比例增加近似线性增加。为了实现支撑材料的对整体结构的支撑作用，支撑材料在定形相变材料中所占比例应有一个下限，即石蜡所占比例有一个上限，在制备定形相变材料时，石蜡比例达到90%时，定形相变材料有一些渗出现象，所以石蜡在定形相变材料所占质量百分比的不宜大于90%。

　3．1．5其他
　　用HDPE和60#石蜡混和，石蜡掺混比达到80wt%时，定形相变材料性能较好，材料潜热测量值达到144.4kJ/kg。
　　
　　3．2 扫描电子显微镜分析结果
　　利用扫描电子显微镜对用低压聚乙烯和60#半精炬石蜡（熔点60～62℃）制成的定形相变材料进行了结构分析。对定形相变材料的脆断面进行了拍照观察，然后用有机溶剂溶去石蜡对HDPE构架进行了观察。
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图7 定形相变材料扫描电镜结果（1500倍）
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图8 定形相变材料扫描电镜结果（3000倍）
　　
　　对定形相变材料断面用有机溶剂浸泡后溶去石蜡后的表面分析，得到图7和图8 的扫描电镜照片。浅色部分为聚乙烯的形成的骨架，深色的部分为石蜡被浸泡溶去后形成的凹陷。可以看到，定形相变材料分布较均匀，聚乙烯形成了空间的网状结
构。在石蜡熔融时，聚乙烯能够起到的支撑和封装作用，使材料的整体武装不发生变化。
　　
4 结论
　　
　　可用不同类型的高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯等一系列高分子材料作为支撑和微封装材料，不同熔点、不同类型的石蜡作为相变材料，制备系列定形相变材料，其中石蜡质量百分比可达80%，潜热较高，均匀性较好。有望作为相变地板应用到房屋建筑当中，并且可能和其他材料混合作业一种新型的建筑材料。下一步需要继续改进材料制备的工艺，改善材料的力学及其他性能。
　　
　　
参考文献
　　
　　1 张寅平，胡汉平，孔祥冬等，相变贮能-理论和应用，合肥：中国科学技术大学出版社，1996
　　2 H Inaba, P T. Heat and Mass Transfer, 1997, 32(4): 307--312
　　3 Ye Hong, Ge Xinshi. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2000, 64(1):37～44
　　4 Xavier Py, Pegis Olivs, Sylvain Mauran. Heat and Mass transfer, 2001, 44(14): 2727～2737
　　5 Xiao Min, Feng Bo, Gong Kecheng. Conversion & Management, 2002, 43 (1):103～108