一種聚乙二醇/二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于相變儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種聚乙二醇/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合相變定形儲能材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在經(jīng)濟高速發(fā)展，資源逐漸匱乏的現(xiàn)在社會，人類開始開發(fā)太陽能、風(fēng)能等清潔能源的價值，但是由于這些能源的不穩(wěn)定性和能量密度低等缺點，限制了其使用。相變儲能技術(shù)通過相變材料實現(xiàn)能量的吸收和釋放，并有控溫功能，彌補了清潔能源的缺陷，得到迅速發(fā)展。其中，聚乙二醇是一種性能穩(wěn)定、潛熱值高、無毒、無刺激性，味微苦，具有良好的水溶性，并與許多有機物組份有良好的相溶性的有機物，是一種在相變儲能領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ墓ぷ鹘橘|(zhì)。
[0003]電子科技大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文“溶膠-凝膠法制備的PEG/Si02定形相變材料的研究”提到用溶膠-凝膠法制備的聚乙二醇與二氧化硅的復(fù)合相變定形儲能材料，雖然有較高的潛熱值，定形效果良好，但是其0.45w/(m.k)的低導(dǎo)熱系數(shù)極大的限制了此種材料在工程實踐中的應(yīng)用。
[0004]武漢理工大學(xué)博士研究生畢業(yè)論文“聚乙二醇基復(fù)合儲熱材料的制備、性能及其相變傳熱過程研究”提到用物理吸附法制備的聚乙二醇與膨脹石墨的復(fù)合相變定形儲能材料，雖然有較高的潛熱值，而且較大的提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力，但是此種復(fù)合材料在工程應(yīng)用中多次熱循環(huán)后出現(xiàn)液相泄漏現(xiàn)象，材料定形效果不理想，污染工作環(huán)境，效率極大降低，顯然不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在之不足，應(yīng)用溶膠一凝膠法和真空浸滲法相結(jié)合制備的聚乙二醇/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變儲能材料，具有良好的封裝效果和導(dǎo)熱能力，可有效解決材料在使用過程中出現(xiàn)的液相泄漏和熱傳導(dǎo)能力偏低問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種聚乙二醇/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料的制備方法。I)首先運用加熱膨脹法制備具有微孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨，作為復(fù)合材料無機載體；2)利用攪拌混合法將融化的聚乙二醇與無機載體混合均勻；3)最后利用水解法制備的二氧化硅溶膠均勻的滴加到聚乙二醇溶膠和膨脹石墨的混合物中，然后在真空條件下浸滲封裝定形。
[0007]—種聚乙二醇/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料的制備方法，步驟如下:
[0008](I)制備膨脹石墨
[0009]對可膨脹石墨進行干燥處理，將干燥后的可膨脹石墨在600?900°C溫度下加熱40?80s，即得到膨脹石墨，其膨脹率為200?220ml.g S
[0010](2)制備聚乙二醇和膨脹石墨復(fù)合材料
[0011]按照膨脹石墨和聚乙二醇的質(zhì)量比為1:10.25?14，將熔融狀態(tài)的聚乙二醇滴加到膨脹石墨中，在70?90°C的水浴鍋中攪拌，直到聚乙二醇和膨脹石墨均勻混合，制得均勻混合聚乙二醇和膨脹石墨復(fù)合物；
[0012](3)制備二氧化硅溶膠
[0013]按照摩爾比為1:10將正硅酸乙酯與水混合，并攪拌均勻，其中正硅酸乙酯的質(zhì)量為步驟(2)中聚乙二醇質(zhì)量的0.4?0.5倍，然后加入濃度為0.2?1.0mol/1稀鹽酸，調(diào)節(jié)體系Ph為2?3，繼續(xù)攪拌，催化正硅酸乙酯水解反應(yīng)至生成半透明的二氧化硅溶膠溶液；
[0014](4)制備聚乙二醇/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料
[0015]將步驟(3)得到的二氧化硅溶膠滴加到步驟(2)得到的聚乙二醇和膨脹石墨復(fù)合材料中，攪拌均勻，在真空條件下80V浸滲10?12h，得到質(zhì)量比為82?84:10:6?8的聚乙二醇/二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料。
[0016]步驟(2)所述的聚乙二醇的分子質(zhì)量為1000-10000，如聚乙二醇-1000，聚乙二醇-2000，聚乙二醇-4000，聚乙二醇-6000，聚乙二醇-10000。
[0017]所述的可膨脹石墨為80目，純度為99%。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:所制備的復(fù)合相變材料，在保證高儲能性能的同時，又對工作介質(zhì)聚乙二醇進行了良好封裝，有效的防止了液相泄漏；又聚乙二醇家族工作溫度范圍很大，故適用性廣泛；此外由于膨脹石墨的高導(dǎo)熱性，大幅改善了復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力。此制備方法，工藝簡單，性能穩(wěn)定，適合工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例1的聚乙二醇-6000/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合相變材料的實物圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實施例1的聚乙二醇-6000/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合相變材料的DSC測試結(jié)果。
[0021]圖3為本發(fā)明實施例1中復(fù)合材料的熱重分析曲線。
[0022]圖4為本發(fā)明實施例1中膨脹石墨的掃描電鏡照片。
[0023]圖5為本發(fā)明實施例1中二氧化硅的掃描電鏡照片。
[0024]圖6為本發(fā)明實施例1中復(fù)合材料的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0026](I)膨脹石墨的制備
[0027]先將質(zhì)量為3g的80目，純度為99%的可膨脹石墨置于真空干燥箱中于100°C干燥12h，然后將可膨脹石墨置于不銹鋼容器里，將容器放入箱式電阻爐中在900°C下進行快速加熱處理60S，即得到膨脹石墨，膨脹率大約在200?220ml.g 1O
[0028](2)聚乙二醇和膨脹石墨的混合
[0029]將42g的聚乙二醇-6000放入100°C烘箱中，直到其完全融化，然后將其滴加到裝有3g膨脹石墨的錐形瓶中，然后在80°C的水浴鍋中攪拌40?60min，使聚乙二醇和膨脹石墨混合均勻，制得吸附均勻的聚乙二醇-6000和膨脹石墨混合物。
[0030](3) 二氧化硅溶膠的制備
[0031]稱量17.86g的正硅酸乙酯和15.45g的去離子水先后倒入三口瓶，然后在300r/min的轉(zhuǎn)速下均勾攪拌lOmin，然后加入一定量的稀鹽酸，調(diào)節(jié)體系PH為2?3，繼續(xù)攪拌40min左右，催化正硅酸乙酯水解反應(yīng)使體系生成半透明的二氧化硅溶膠溶液。
[0032](4)聚乙二醇-6000/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料的制備
[0033]將制備的二氧化硅溶膠滴加到聚乙二醇和膨脹石墨的混合物中，在200r/min的轉(zhuǎn)速下均勻攪拌30?40min，然后在真空干燥箱中80°C真空浸滲10?12h，得到質(zhì)量比為84:10:6的聚乙二醇-6000/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料。其電鏡掃描照片如圖6所示，DSC測試結(jié)果如圖2所示，熱重分析曲線如圖3所示。復(fù)合相變材料熔點為56°C，潛熱焓值為136.lj/g，電鏡掃描圖片表明制備的復(fù)合相變材料封裝效果良好；熱重分析曲線顯示復(fù)合相變材料在32?240°C范圍內(nèi)TG曲線和DTG曲線基本保持水平直線，說明其無熱失重現(xiàn)象，熱穩(wěn)定良好；通過導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)DRE-1II多功能快速導(dǎo)熱儀測試結(jié)果為1.892W/(m.K) ο
【主權(quán)項】
1.一種聚乙二醇/ 二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料的制備方法，其特征在于，步驟如下: (1)制備膨脹石墨 對可膨脹石墨進行干燥處理，將干燥后的可膨脹石墨在600?900°C溫度下加熱40?80s，即得到膨脹石墨，其膨脹率為200?220ml.g S (2)制備聚乙二醇和膨脹石墨復(fù)合材料 按照膨脹石墨和聚乙二醇的質(zhì)量比為1:10.25?14，將熔融狀態(tài)的聚乙二醇滴加到膨脹石墨中，在70?90°C的水浴鍋中攪拌，直到聚乙二醇和膨脹石墨均勻混合，制得均勻混合聚乙二醇和膨脹石墨復(fù)合物； (3)制備二氧化硅溶膠 按照摩爾比為1:10將正硅酸乙酯與水混合，并攪拌均勻，其中正硅酸乙酯的質(zhì)量為步驟(2)中聚乙二醇質(zhì)量的0.4?0.5倍，然后加入濃度為0.2?1.0mol/1稀鹽酸，調(diào)節(jié)體系Ph為2?3，繼續(xù)攪拌，催化正硅酸乙酯水解反應(yīng)至生成半透明的二氧化硅溶膠溶液； (4)制備聚乙二醇/二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料 將步驟(3)得到的二氧化硅溶膠滴加到步驟(2)得到的聚乙二醇和膨脹石墨復(fù)合材料中，攪拌均勻，在真空條件下80°C浸滲10?12h，得到質(zhì)量比為82?84:10:6?8的聚乙二醇/二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合定形相變材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的聚乙二醇的分子質(zhì)量為1000-10000，包括聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-6000和聚乙二醇-10000。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述的可膨脹石墨為80目。
【專利摘要】本發(fā)明屬于相變儲能技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種聚乙二醇/二氧化硅/膨脹石墨復(fù)合相變定形儲能材料的制備方法。首先運用加熱膨脹法制備具有微孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨，作為復(fù)合材料無機載體，然后將融化的聚乙二醇與無機載體混合均勻，并將利用水解法制備的二氧化硅溶膠滴加到聚乙二醇溶膠和膨脹石墨的混合物中，最后在真空條件下浸滲封裝定形。本發(fā)明的效果和益處是所制備的復(fù)合相變材料，在保證高儲能性能的同時，又對工作介質(zhì)聚乙二醇進行了良好封裝，有效的防止了液相泄漏；又聚乙二醇家族工作溫度范圍很廣，故適用性廣泛；此外由于膨脹石墨的高導(dǎo)熱性，大幅改善了復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力。此制備方法，工藝簡單，性能穩(wěn)定，適合工業(yè)生產(chǎn)。
【IPC分類】C09K5/06
【公開號】CN105062430
【申請?zhí)枴緾N201510487493
【發(fā)明人】李祥立, 仝倉, 端木琳, 張思思
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月9日