本發(fā)明涉及相變材料核-殼結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，傳統(tǒng)能源正在以驚人的速度消耗，人類正面臨著前所未有的能源短缺問題。提高能源使用效率、有效進行能量的儲存尤為重要。相變儲能材料利用物質(zhì)在相變過程中的吸熱和放熱特性，進行熱量儲存和溫度調(diào)節(jié)控制的材料，有助于提高能源使用效率，是近年來能源科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個十分活躍的前沿研究方向。

核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料利用核-殼結(jié)構(gòu)使相變材料的相變過程在膠囊內(nèi)部進行，對外始終保持為固態(tài)，可有效解決相變儲能材料的泄露、相分離及腐蝕性問題，提高了相變芯材的穩(wěn)定性和耐久性，有利于改善相變材料的應(yīng)用性能。核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料所采用的壁材主要包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、密胺樹脂、脲醛樹脂、聚酯等聚合物。以此類聚合物為壁材的復(fù)合相變儲能材料存在導(dǎo)熱能力較差的技術(shù)問題，限制了復(fù)合相變儲能材料的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對核-殼結(jié)構(gòu)現(xiàn)有技術(shù)存在的導(dǎo)熱能力較差的技術(shù)問題，提供一種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料及其制備方法。

本發(fā)明利用膨脹石墨的高導(dǎo)熱率提高核-殼結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱性能。膨脹石墨本身具有親油性，可以與有機相變材料的芯材融合，提高核-殼結(jié)構(gòu)材料芯材的導(dǎo)熱性。

單純的膨脹石墨與核-殼結(jié)構(gòu)壁材的相容性較差，因此，需要對膨脹石墨進行改性處理，引入與壁材相容性高的活性基團。然后將改性膨脹石墨加入核-殼結(jié)構(gòu)的壁材，提高核-殼結(jié)構(gòu)材料壁材的導(dǎo)熱性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料，所述核-殼結(jié)構(gòu)的芯材為含有膨脹石墨的有機相變儲能材料，壁材為含有改性膨脹石墨的密胺樹脂。

其中，所述芯材中膨脹石墨與有機相變儲能材料的質(zhì)量比為0.05~0.5：3。

其中，所述壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂的質(zhì)量比為0.03~0.05：9。

核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料的制備方法，在于包括以下步驟：

步驟1，膨脹石墨的改性。

將膨脹石墨和高錳酸鉀以1:6的質(zhì)量比混合，加入濃硫酸與濃磷酸體積比為9:1的混合溶液，50℃，攪拌12個小時后冷卻到室溫。加入400 ml冰和3 ml 30%的過氧化氫溶液，溶液顏色變?yōu)槟埸S色。分別用5%的鹽酸、去離子水洗滌3次至溶液為中性。所得溶液在80 ℃干燥、研磨、超聲1小時，最終得到改性膨脹石墨。

步驟2，有機相變材料的乳化過程。

首先將膨脹石墨與有機相變材料混合超聲分散10~30 min，形成均勻的分散液。然后將該分散液與乳化劑、溶劑混合均勻后，在40~70 ℃，1000~1500 rmp條件下攪拌乳化0.5~2 h，形成穩(wěn)定均勻的乳液。

步驟3，添加改性膨脹石墨的壁材預(yù)聚物的制備。

將步驟1得到的改性膨脹石墨經(jīng)超聲分散后與核-殼結(jié)構(gòu)壁材原料混合均勻，在一定條件下共聚反應(yīng)形成預(yù)聚物。

步驟4，核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料的制備。

將步驟3得到的含有改性膨脹石墨的壁材預(yù)聚物在攪拌過程滴加入步驟2所得的穩(wěn)定均勻的乳液中，滴加速度為1~5 mL/min，攪拌速度為400~700 rmp，繼續(xù)反應(yīng)4~8 h，即可得到納米導(dǎo)熱增強的核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果經(jīng)實驗檢測，本發(fā)明所得核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料保持了較高的變潛熱（120~140 J/g），并且具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)（0.16~0.18 W/mK）。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有更優(yōu)良的導(dǎo)熱性，提高了能源使用效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，對發(fā)明進一步詳細說明，但不用于限定本發(fā)明。

實施例1：一種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料，所述的核-殼結(jié)構(gòu)的芯材為含有膨脹石墨的有機相變儲能材料，壁材為含有改性膨脹石墨的密胺樹脂。

其中，所述芯材中膨脹石墨與有機相變儲能材料的質(zhì)量比為0.05：3。

其中，所述壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂的質(zhì)量比為0.03：9。

核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料的制備方法，在于包括以下步驟：

步驟1，改性膨脹石墨的制備

稱量3 g膨脹石墨和18 g高錳酸鉀混合，加入360ml/40ml的濃硫酸/濃磷酸混合溶液，50℃，攪拌12個小時后冷卻到室溫。加入400 ml冰和3 ml 30%的過氧化氫溶液，溶液顏色變?yōu)槟埸S色。分別用5%的鹽酸、去離子水洗滌3次至溶液為中性。所得溶液在80 ℃干燥、研磨、超聲1小時，最終得到改性膨脹石墨。

步驟2，有機相變材料的乳化過程

首先將膨脹石墨與有機相變材料以質(zhì)量比為0.05：3進行混合超聲分散30 min，形成均勻的分散液。然后將該分散液與乳化劑、溶劑混合均勻后，在50 ℃，1200 rmp條件下攪拌乳化2 h，形成穩(wěn)定均勻的乳液。

步驟3，添加改性膨脹石墨壁材預(yù)聚物的制備

將壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂以質(zhì)量比為0.03：9混合均勻，在一定條件下共聚反應(yīng)形成預(yù)聚物。

步驟4，核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料的制備

將步驟3得到的含改性膨脹石墨壁材預(yù)聚物在攪拌過程滴加入步驟2所得的穩(wěn)定乳液中，滴加速度為2 mL/min，攪拌速度為600 rmp，繼續(xù)反應(yīng)6 h，即可得到核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料。

實施例2：一種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料，所述的核-殼結(jié)構(gòu)的芯材為含有膨脹石墨的有機相變儲能材料，壁材為含有改性膨脹石墨的密胺樹脂。

其中，所述壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂的質(zhì)量比為0.04：9。

核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料的制備方法，在于包括以下步驟：

其他步驟與實施例1相同，特別之處在于步驟2所述膨脹石墨與有機相變材料的質(zhì)量比為0.2：3。

實施例3：一種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料，所述的核-殼結(jié)構(gòu)的芯材為含有膨脹石墨的有機相變儲能材料，壁材為含有改性膨脹石墨的密胺樹脂。

其中，所述壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂的質(zhì)量比為0.04：9。

核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料的制備方法，在于包括以下步驟：

其他步驟與實施例1相同，特別之處在于步驟2所述膨脹石墨與有機相變材料的質(zhì)量比為0.35：3。

實施例4：一種核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料，所述的核-殼結(jié)構(gòu)的芯材為含有膨脹石墨的有機相變儲能材料，壁材為含有改性膨脹石墨的密胺樹脂。

其中，所述壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂的質(zhì)量比為0.05：9。

核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合相變儲能材料的制備方法，在于包括以下步驟：

其他步驟與實施例1相同，特別之處在于步驟2所述膨脹石墨與有機相變材料的質(zhì)量比為0.5：3。

實施例5：

其他步驟與實施例1相同，特別之處在于步驟3所述壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂的質(zhì)量比為0.04：9。

實施例6：

其他步驟與實施例1相同，特別之處在于步驟3所述壁材中改性膨脹石墨與密胺樹脂的質(zhì)量比為0.05：9。