一種復(fù)合低溫相變蓄能材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合低溫相變蓄能材料及其制備方法，所述材料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：乙二醇0-40份，正庚醇60-100份，膨脹石墨5-8份；所述乙二醇質(zhì)量份數(shù)不為0，所述正庚醇質(zhì)量份數(shù)不為100；將正庚醇和乙二醇先按照比例均勻混合，再加入膨脹石墨均勻攪拌，制的所述材料。本發(fā)明提供了一種性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、取材廣泛、無毒無危險(xiǎn)，適應(yīng)于長期投產(chǎn)使用的相變蓄冷材料的組分及其制備方法，提高了相變材料性能和解決了目前市面上-40℃—-50℃溫度段相變材料空缺的現(xiàn)狀。
【專利說明】一種復(fù)合低溫相變蓄能材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合相變蓄冷材料及其制備方法，具體涉及一種應(yīng)用于-43.3°C的復(fù)合相變蓄冷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)能源形勢日益嚴(yán)峻，為解決巨大的能源壓力，我國大力開發(fā)可再生能源，同時(shí)積極推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。與此同時(shí)隨著城市化進(jìn)程的加快和人們生活水平的提高，對(duì)食品供應(yīng)的品質(zhì)和時(shí)效的要求也越來越高。目前冷鏈物流快速發(fā)展，但行業(yè)現(xiàn)狀遠(yuǎn)不能滿足巨大的市場需求。本發(fā)明正是利用了蓄能技術(shù)，旨在通過移峰填谷，解決供求關(guān)系在時(shí)間和空間上不匹配的問題，針對(duì)急需發(fā)展的冷藏運(yùn)輸行業(yè)，研究冷板冷藏車核心技術(shù)低溫相變蓄冷材料，間接節(jié)省機(jī)械制冷必須消耗燃料及減少有害氣體排放。
[0003]相變材料利用蓄能技術(shù)，近年來研究應(yīng)用發(fā)展迅猛。相變材料是將物質(zhì)固有的熱容和物態(tài)變化的相變熱儲(chǔ)存釋放能量，具有較大的蓄熱密度。目前的相變蓄冷材料研究主要分為兩個(gè)方向:有機(jī)相變蓄冷材料和無機(jī)相變蓄冷材料。有機(jī)相變蓄冷材料性能較穩(wěn)定，幾乎無過冷和相分離問題，這使得有機(jī)材料能長效應(yīng)用于實(shí)際使用過程中，但通常其相變潛熱低，且其密度小。無機(jī)相變蓄冷材料具有較高的單位體積相變潛熱值和良好的導(dǎo)熱性，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生過冷和相分離，長期使用則熱性能衰減嚴(yán)重。而冷藏車用低溫相變蓄冷材料的相變溫度與冷藏運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品有關(guān)。目前低溫相變蓄冷材料主要集中在0°c—-20°C這一溫度段，如南澳大利亞大學(xué)的Ming Liu等將融化溫度為-26.7V，相變潛熱為154.4kJ/kg的氯化鎂水溶液應(yīng)用于一種新型的冷藏車系統(tǒng)。但是在_40°C—-50°C溫度段，相變材料則
少之又少，幾乎沒有提及，因此不能滿足_40°C--50°C溫度段某些醫(yī)療疫苗及特殊食品
運(yùn)輸?shù)囊蟆?br> [0004]無機(jī)類相變材料通常不能實(shí)現(xiàn)_40°C這一低溫，且其具有嚴(yán)重的過冷、相分離及腐蝕性問題，造成其非常不利于長期投產(chǎn)使用，有機(jī)相變材料則能達(dá)到較低溫度，同時(shí)具有固體成型好、不易發(fā)生相分離及過冷現(xiàn)象、腐蝕性較小、性能較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其中，石蠟烷烴類相變材料在碳原子小于10的時(shí)候具有強(qiáng)揮發(fā)性，并且有一定的毒性。羧酸類對(duì)金屬有腐蝕性，羧酸脂類易揮發(fā)，且不穩(wěn)定、易分解，糖醇類相變溫度高于0°c，因此多元醇類、正烷醇類和聚醚類是理想的選擇。
[0005]為了降低相變材料的相變溫度并提升熱力學(xué)性能，以滿足冷板式冷藏車對(duì)優(yōu)良相變材料的需要，很多研究人員都圍繞提高相變材料的抗腐及穩(wěn)定性能進(jìn)行了大量的改性探究。改性的目的是盡量降低相 變溫度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，提升相變潛熱，減小過冷度，使其更適應(yīng)與冷藏車系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、取材廣泛、無毒無危險(xiǎn)，適應(yīng)于長期投產(chǎn)使用的相變蓄冷材料的組分及其制備方法，以提高相變材料性能和解決目前市面上-40°C—-50°C溫度段相變材料空缺的現(xiàn)狀。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種復(fù)合低溫相變蓄能材料，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分:
[0009]乙二醇0-40份，正庚醇60-100份，所述乙二醇的質(zhì)量份數(shù)不為0，所述正庚醇的質(zhì)量份數(shù)不為100。
[0010]優(yōu)選乙二醇的質(zhì)量份數(shù)為25-27份，正庚醇的質(zhì)量份數(shù)為65-70份。
[0011]進(jìn)一步的，所述復(fù)合相變蓄冷材料還包括膨脹石墨，優(yōu)選所述膨脹石墨的質(zhì)量份數(shù)為5-8份。
[0012]優(yōu)選乙二醇的質(zhì)量份數(shù)為26.3份，正庚醇的質(zhì)量份數(shù)為67.6份，膨脹石墨的質(zhì)量份數(shù)為6.1份。
[0013]將上述各組分材料均勻攪拌混合，之后方可進(jìn)行封裝。
[0014]本發(fā)明還公開了一種制備所述復(fù)合低溫相變蓄能材料的方法，包括以下步驟:將正庚醇和乙二醇先按照比例均勻混合，再加入膨脹石墨均勻攪拌，混合均勻后方可灌入容器進(jìn)行封裝；
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 是:達(dá)到所需低溫，相變溫度為-43.3°C，且經(jīng)過50次充放冷循環(huán)，相變材料無相分離現(xiàn)象，熱力學(xué)性能無衰減。通過添加劑，材料導(dǎo)熱性能大大提升，充放冷時(shí)間大大縮短，時(shí)間縮短64%，材料密度增大為0.888g/cm3,材料膨脹率減小50%，僅為-2.5%，則相應(yīng)容積中可承裝更多材料，封裝金屬預(yù)留膨脹空間小，節(jié)省金屬材料且提升材料壽命，并可提供更多的相變潛熱。復(fù)合低溫相變蓄冷材料常溫下為半流體狀態(tài)，無固定形態(tài)易于封裝兼容性好，不僅沒有相分離更沒有多次相變后材料析出分層現(xiàn)象。添加劑種類少，僅添加一種添加劑就能使蓄冷材料達(dá)到較優(yōu)的性能，便于生產(chǎn)管理，并可避免添加劑種類過多互相影響的問題。該材料相變溫度低，解決目前行業(yè)空缺，豐富了相變材料理論，在特殊食品和疫苗運(yùn)輸方面具有較大應(yīng)用空間，材料充放冷循環(huán)性能好、熱力學(xué)性能優(yōu)、無腐蝕、不易泄露，既能保證使用效果，在節(jié)能方面的優(yōu)勢也能得到良好的體現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為低溫相變材料溫度測試系統(tǒng)；
[0017]圖2為1.1gU.2g和1.3g膨脹石墨/乙二醇/正庚醇相變溫度隨循環(huán)次數(shù)的關(guān)系O
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合表一中所示實(shí)施例的配方型號(hào)相變蓄冷材料的制備步驟作進(jìn)一步說明。
[0019]以下實(shí)施例中相變蓄冷材料的制備工藝采用以下兩種方式:
[0020]將乙二醇緩慢加入正庚醇中，所訴材料規(guī)格均為AR (滬試)。
[0021]均勻混合后，將粒度200目，含碳量99.5% (質(zhì)量)的膨脹石墨粉末加入其中，攪拌使混合物均勻分散，得混合液，之后方可進(jìn)行封裝。
[0022]采用圖1所示的低溫相變材料溫度測試系統(tǒng)進(jìn)行相變溫度測試。首先將相變材料在低溫恒溫槽中冷卻降溫至凝固點(diǎn)以下，然后在空氣中復(fù)溫至室溫的方法來尋找相變材料的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)。相變材料的降溫和升溫過程的溫度由溫度數(shù)據(jù)記錄軟件“組態(tài)王”記錄并保存，由此得到的步冷曲線。
[0023]根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到，乙二醇的相變溫度為-12.6°C，正庚醇的相變溫度為-35°C，將乙二醇和正庚醇以特定的比例混合后，溶液的蒸汽壓會(huì)降低，由溶液的相圖可知，其凝固和融化溫度會(huì)達(dá)到_40°C以下。配制不同比例的乙二醇/正庚醇溶液20g并放于試管中。其中乙二醇與正庚醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比分別是0%+100%正庚醇，10%+90%正庚醇，20%+80%正庚醇，22%+78%正庚醇，25%+75%正庚醇，28%+72%正庚醇，30%+70%正庚醇，35%+65%正庚醇，40%+60%正庚醇，50%+50%正庚醇。將這十組樣品放入_65°C的低溫恒溫水浴中，當(dāng)溶液完全凝固后再取出置于20°C的環(huán)境中升溫。由此得到的升溫和降溫曲線。從數(shù)據(jù)中中可以得出不同質(zhì)量比的乙二醇/正庚醇溶液的凝固溫度和融化溫度，因此可得，在乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%后，乙二醇/正庚醇溶液出現(xiàn)嚴(yán)重的過冷現(xiàn)象。這對(duì)相變材料的使用是不利的，因此在乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%后的乙二醇/正庚醇溶液不用考慮作為相變材料使用。乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%時(shí)，其凝固溫度為_43°C，融化溫度為_42°C，相變溫度最為合適，但是
此種材料過冷度大，充放冷時(shí)間長為950秒，為改良材料性能，計(jì)劃添加性能優(yōu)良的膨脹石
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合低溫相變蓄能材料，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分: 乙二醇0-40份，正庚醇60-100份，膨脹石墨5-8份；所述乙二醇質(zhì)量份數(shù)不為0，所述正庚醇質(zhì)量份數(shù)不為100 ;將正庚醇和乙二醇先按照比例均勻混合，再加入膨脹石墨均勻攪拌，制的所述材料。
2.如權(quán)利要求1所述的材料,其中,所述乙二醇質(zhì)量份數(shù)為25-27份，所述正庚醇質(zhì)量份數(shù)為65-70份。
3.如權(quán)利要求2所述的材料，其中，所述乙二醇質(zhì)量份數(shù)為26.3份，所述正庚醇質(zhì)量份數(shù)為67.6份，所述膨脹石墨質(zhì)`量份數(shù)為6.1份。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK103602317SQ201310641694
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】章學(xué)來, 袁園, 甘偉, 黃艷, 趙群志, 陳旭東, 羅孝學(xué), 梁笑陽, 劉田田 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)