二十烷-石蜡_膨胀石墨_聚形相变材料的制备及性能研究.pdf

二十烷-石蜡/膨胀石墨/聚氨酯四元复合定形相变材料的制备及性能研究

摘要

相变材料作为热能储存的重要材料，其可以通过相态转变来储存和释放热能。相变

材料可以存储能源，回收余热，并且可以缓冲电子设备的瞬态热负荷，平衡可再生能源

的发电与需求。石蜡、烷烃及饱和脂肪酸等固-液相变材料由于其价格低廉，相变潜热值

大等优点，被广泛应用于各个领域。但传统的单一元件的固-液相变材料仅在相变温度附

近进行热管理，除此之外还存在泄露的情况，使其在用于温度变化较大的热储能系统时

受到限制。因此，制备相变温度范围宽、相变潜热高和形状稳定性较好的复合定形相变

材料是具有重要意义的。

采用化学结构相似、熔点有明显差异的二十烷和石蜡熔融混合，制备二十烷-石蜡混

合相变材料，并对其化学结构、结晶性能、相变性质和热稳定性进行了研究。研究发现，

采用二十烷:石蜡-2为1:1时，制备的二十烷-石蜡混合相变材料具有较高的相变潜热

（185.6J/g），较宽的熔融相变温度范围（14.38-62.79℃）。但二十烷-石蜡混合相变材料

在相态变化时的流动性容易导致其在熔融状态下出现泄露现象。

为解决二十烷-石蜡混合相变材料泄露问题，分别采用高密度聚乙烯和膨胀石墨作

为支撑材料，制备两种复合定形相变材料体系，进行择优选择。对高密度聚乙烯定形相

变材料和膨胀石墨定形相变材料的形貌与结构、相变性质和泄露性能等进行了研究。研

究发现：高密度聚乙烯和膨胀石墨与二十烷-石蜡混合相变材料结合属于物理复合，并且

皆复合效果良好；采用50%高密度聚乙烯和10%膨胀石墨制备的定形相变材料都具有良

好的形状稳定性，但相比之下，采用10%膨胀石墨制备的定形相变材料具有更高的熔融

潜热（155.6J/g），并且导热性能良好。

为了进一步拓宽材料的工作温度范围，引入交联相变聚氨酯（PUPCM）制备四元复

合定形相变材料。为了解交联PUPCM对制备的四元复合定形相变材料性能的影响，对

其形貌与结构、相变性能、导热性能和力学性能进行了研究。结果显示：PUPCM与二

十烷-石蜡膨胀石墨复合相变材料的结合属于物理复合；随PUPCM含量增加，四元复合

定形相变材料相变潜热呈现降低的趋势，并且PUPCM的引入使相变温度范围明显增加

（16-73℃），但其导热性能有所降低。四元复合定形相变材料具有多个相变阶段，并且

其储热/放热的温度范围比二十烷-石蜡混合相变材料的温度范围更宽，因此，能够在更

宽的温度范围内进行有效的热管理。

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

关键词：复合相变材料；宽温；聚氨酯；膨胀石墨；石蜡

二十烷-石蜡/膨胀石墨/聚氨酯四元复合定形相变材料的制备及性能研究

Abstract

Phasechangematerials(PCMs)areimportantmaterialsforthermalenergystorage,

capableofstoringandreleasingthermalenergythroughphasetransitions.PCMscanstore

energy,recoverwasteheat,andbuffertransientthermalloadsofelectronicdevices,balancing

renewableenergygenerationwithdemand.Solid-liquidPCMs,suchasparaffins,alkanes,and

saturatedfattyacids,arewidelyusedinvariousfieldsduetotheirlowpriceandhighlatentheat

valueofphasetransition.However,traditionalsolid-liquidPCMswithasinglecomponentcan

onlymanagethermalpropertiesaroundthephasechangetem