定形相变储热木塑复合材料的制备及性能表征.pdf

摘要 摘要 木塑复合材料集易成型加工、良好尺寸稳定性、无毒无味、防蛀耐腐等优点于一 身，是环境友好型绿色材料。木塑复合材料逐步应用于家具和建领域，前景十分广阔。 但木塑复合材料功能较为单一，而绿色相变储能材料可通过相态的转变实现节能调温， 将其引入能赋予木塑复合材料新的功能，可实现木塑复合材料对环境温度的响应和热 能的高效存储与转化，对开发新型生物基绿色节能材料具有重要意义。因此，本文以 定形相变储热材料为研究对象，开展了多孔型和微胶囊型相变储热材料的制备及性能 研究，设计了储热密度大，热物性能优异的多孔型和微胶囊型相变储热材料，构建了 相变储能材料与木塑复合材料于一体的功能材料。从基体物相结构入手，对定型相变 储热木塑复合材料的性能进行表征，进一步探究了定形相变储热木塑复合材料储热机 制，并开展了定形相变储热木塑复合材料储放热性能模拟研究。主要结论如下： （1）采用真空吸附法制备了以膨胀石墨（EG ）为定形基材，聚乙二醇800 （PEG 800 ）为相变材料的多孔型相变储热材料 （PEG/EG 相变储热材料）。PEG/EG 相变储 热材料的相变温度范围为 18.89~34.23℃的人体舒适温度区间，结晶和熔化区间的相 变潜热值为97.56 J·g-1 和98.59 J·g-1；储放热速率在升温过程提升了27.31 %，降温过 程提升了60.5 % ；EG 与PEG 800 之间通过氢键和毛细孔吸附作用相结合，对熔化后 的PEG 起到限域作用，阻止液体的渗漏；EG 的高导热性可减小PEG 800 的过冷度。 （2 ）采用界面聚合法制备了以聚氨酯为壁材、PEG 1000 为芯材的一元微胶囊型 相变储热材料，制备了以聚氨酯为壁材、PEG 800 与PEG1000 共混的复合芯为芯材 的二元微胶囊型相变储热材料。一元和二元微胶囊型相变储热材料均具有良好的抗流 失性和热稳定性。在结晶过程一元和二元微胶囊型相变储热材料的相变潜热值分别为 -1 -1 -1 -1 109.6 J·g 和97.19 J·g ；熔化过程的相变潜热值分别为96.6 J·g 和98.58 J·g ；二者 在结晶和熔化过程的相变温度分别为25.51 ℃ 、23.12 ℃和28.02 ℃ 、38.10 ℃、32.88 ℃ 和36.24 ℃，均处于人体舒适热环境温度范围内。二元微胶囊型相变储热材料的升降 温时间更长，储热效果更为明显。二元微胶囊型相变储热材料具有聚氨酯结构，制备 过程未破坏PEG 800 和PEG 1000 的官能团。微胶囊定形基体结构能够与芯材形成稳 定化学键，减少了相变温度向低温方向的位移。二元储热模式降低了相变储热材料过 冷度。 （3 ）采用挤出成型法，在多孔型相变储热材料的基础上制备了储热密度高、热 稳定性良好的多孔型相变储热木塑复合材料。多孔型相变储热材料添加量为40%时， -1 多孔型相变储热木塑复合材料在凝固-熔化循环过程中的储热值为 117.83 J·g 和 -1 116.80 J·g ，热稳定性较好。多孔型相变储热木塑复合材料内部热传导依赖于聚合物 基体分子链振动、晶格声子与填料晶格声子共同相互作用以扩散的形式来实现。多孔 型相变储热木塑复合材料在24 小时内对室内温度的调节能力有限，仅在处于自身相 I 摘要 变温度区间内的时间段内发挥储热调温效果。 （4 ）采用混炼成型法，在二元微胶囊型相变储热材料的基础上制备了储热性能 优异的微胶囊型相变储热木塑复合材料。微胶囊型相变储热材料的添加量为40%时， -1 微胶囊型相变储热木塑复合材料在凝固-熔化循环过程中的储热值为 127.14 J·g