相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用研究畢業(yè)論文

1、摘要 目前相變材料的發(fā)展突飛猛進(jìn)，從最先的一元相變儲(chǔ)能材料到現(xiàn)在的多元相變儲(chǔ)能材料。目前對(duì)一元相變材料的研究較為成熟，而關(guān)于三元相變儲(chǔ)能材料，目前研究的比較少。本設(shè)計(jì)旨在制備出一種新的相變儲(chǔ)能材料，并對(duì)其相關(guān)性能做出研究。利用硬脂酸、na2hpo412h2o及液體石蠟制備出三元混合相變儲(chǔ)能材料；研究表明：硬脂酸、na2hpo412h2o及液體石蠟三者只是簡(jiǎn)單的物理融合；液體石蠟相對(duì)含量為40%的混合相變材料的相變溫度為34.9，相變潛熱為105j/g。關(guān)鍵詞：相變材料；硬脂酸；na2hpo412h2o；液體石蠟； abstract at present the development of p

2、hase change materials by leaps and bounds，from unary phase change materials to multiple phase change materials.currently on unary phase change materials is more mature , but the present research on three-phase is less.this design aims to preparation of a new phase change energy-storage materials,and

3、 make research on its relevant performance.use of stearic acid, na2hpo4 12h2o and ternary mixture prepared liquid paraffin phase change material; study shows that: stearic acid, na2hpo4 12h2o and liquid paraffin is simply the physical integration of the three; liquid paraffin content of 40% relative

4、 hybrid phase change material phase change temperature is 34.9 , latent heat is 105j / g. keywords: phase change materials; stearic acid; liquid paraffin wax;na2hpo412h2o; phase-change temperatures目錄摘要1abstract2第1章 緒論51.1 相變材料簡(jiǎn)介51.1.1 相變儲(chǔ)能材料的分類(lèi)51.1.2 相變材料的載體81.1.3 相變材料的復(fù)合91.2 相變材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用121.2.1 相變儲(chǔ)

5、能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展121.2.2 相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題141.2.3 相變儲(chǔ)能建筑材料的發(fā)展前景15第2章 本課題研究的內(nèi)容和意義162.1研究背景162.1.1 硬脂酸作為相變儲(chǔ)能材料的性能特點(diǎn)172.1.2 硬脂酸與na2hpo412h2o混合相變儲(chǔ)能材料的研究172.1.3 石蠟基相變材料的性能研究182.2 本課題研究的內(nèi)容和意義182.2.1 研究?jī)?nèi)容182.2.2 研究意義18第3章 相變材料的的制備203.1 材料及儀器203.1.1 實(shí)驗(yàn)材料203.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器223.2 實(shí)驗(yàn)方法233.2.1 實(shí)驗(yàn)探索過(guò)程243.2.2 珍珠巖的

6、吸附試驗(yàn)263.2.3 滲透實(shí)驗(yàn)273.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析283.3.1掃描電鏡分析283.3.2紅外分析313.3.3 dsc分析34第4章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與不足39參考文獻(xiàn)40致 謝44第1章 緒論 隨著全球工業(yè)的迅猛發(fā)展，能源漸趨緊張；同時(shí)，生產(chǎn)、生活中大量被浪費(fèi)能源的回收利用以及太陽(yáng)能、地?zé)岬刃滦湍茉吹拈_(kāi)發(fā)需要，使新能源新材料的儲(chǔ)能理論與技術(shù)研究的重要性日益顯露。相變儲(chǔ)能以?xún)?chǔ)能密度高、易與運(yùn)行系統(tǒng)相匹配和易控制等優(yōu)點(diǎn)，被大量應(yīng)用于建筑節(jié)能、空調(diào)蓄熱和余熱回收裝置；而相變材料的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。1.1 相變材料簡(jiǎn)介1.1.1 相變儲(chǔ)能材料的分類(lèi) 相變材料(pcm - phase change m

7、aterial)是指隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。相變材料由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為相變過(guò)程，這時(shí)相變材料將吸收或釋放大量的潛熱，因此又常稱(chēng)為相變儲(chǔ)能材料。目前相變儲(chǔ)能材料的種類(lèi)很多，可大致分為以下幾類(lèi)：（1） 按相變溫度的范圍可分為高溫相變材料（250）；中溫相變材料（100250）；所謂的低溫相變儲(chǔ)能材料則是相變溫度低于100的儲(chǔ)能材料1。 （2） 按相變的方式分為固-固相變、固-液相變、固-氣相變和液-氣相變材料。雖然固-氣和液-氣轉(zhuǎn)化時(shí)伴隨的相變潛熱遠(yuǎn)大于固-固相變和固-液轉(zhuǎn)化時(shí)的相變潛熱，但是由于固-氣和液-氣轉(zhuǎn)化時(shí)有氣體產(chǎn)生，相變材料體積變化非常大而很難應(yīng)用

8、于實(shí)際工程中。（3） 按材料的組成成分可分為有機(jī)（organic）和無(wú)機(jī)(inorganic) 相變材料。亦可分為水合（hydrated）相變材料和蠟質(zhì)(paraffin wax)相變材料。 現(xiàn)就材料組成這一方面對(duì)相變材料的發(fā)展?fàn)顩r做如下簡(jiǎn)介：a. 無(wú)機(jī)相變材料 無(wú)機(jī)相變材料種類(lèi)繁多，主要包括以結(jié)晶水合鹽類(lèi)為代表的中低溫相變材料和以熔融鹽類(lèi)為代表的高溫相變材料。結(jié)晶水合鹽類(lèi)用得較多的是堿金屬及堿土金屬的鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、乙酸鹽、碳酸鹽的水合物。這類(lèi)相變材料的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、體積蓄能密度大、熔解熱大、導(dǎo)熱系數(shù)大。但是這類(lèi)相變材料通常存在著兩個(gè)問(wèn)題2。一是過(guò)冷現(xiàn)象，解決的方法有：加成

9、核劑，如加入微粒結(jié)構(gòu)與鹽類(lèi)結(jié)晶物相類(lèi)似的物質(zhì)；冷指法，即保持一部分冷區(qū)，使未熔化的一部分晶體作為成核劑。二是相分離，解決的方法有：加增稠劑；加晶體結(jié)構(gòu)改變劑；盛裝相變材料的容器采用薄層結(jié)構(gòu)；搖晃或攪動(dòng)。高溫融熔鹽類(lèi)主要是氟化鹽、氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等物質(zhì)。b.有機(jī)相變材料 常用有機(jī)類(lèi)相變材料有：高級(jí)脂肪烴類(lèi)、脂肪酸或其酯、鹽類(lèi)、醇類(lèi)、芳香烴類(lèi)、芳香酮類(lèi)、酰胺類(lèi)、氟利昂類(lèi)和多羥基碳酸類(lèi)。另外，高分子類(lèi)有：聚烯烴類(lèi)、聚多元醇類(lèi)、聚烯醇類(lèi)、聚烯酸類(lèi)、聚酰胺類(lèi)以及其它一些高分子。有機(jī)相變材料的優(yōu)點(diǎn)是固體成型好、不易發(fā)生相分離及過(guò)冷現(xiàn)象、腐蝕性較小、毒性小、成本低、性能較穩(wěn)定，其缺點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)

10、小、密度小、易揮發(fā)、易老化和相變時(shí)體積變化大等。為了解決導(dǎo)熱系數(shù)小的問(wèn)題，可以加入導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬粉末3-4，但是如果用膨脹石墨作為支撐載體就不需考慮此問(wèn)題，因?yàn)榕蛎浭膶?dǎo)熱系數(shù)較高。但也有人利用有機(jī)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)小的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)出了儲(chǔ)能熱墊材料，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間供熱的效果5。一般說(shuō)來(lái)，同系有機(jī)物的相變溫度和相變焓會(huì)隨著其碳鏈的增長(zhǎng)而增大，這樣可以得到具有一系列相變溫度的儲(chǔ)能材料，但隨著碳鏈的增長(zhǎng)，相變溫度的增加值會(huì)逐漸減小，其熔點(diǎn)最終將趨于一定值。高分子化合物類(lèi)的相變材料，由于具有一定分子量且分子鏈較長(zhǎng)，結(jié)晶并不完全，因此它的相變過(guò)程有一個(gè)熔融溫度范圍。目前研究較多的有機(jī)相變儲(chǔ)能材料有石蠟、脂肪酸

11、類(lèi)有機(jī)固-液相變材料以及多元醇、高密度聚乙烯等固固相變材料。有機(jī)相變材料又可分為一元有機(jī)相變材料和二元及多元有機(jī)相變材料。有機(jī)相變材料的相變溫度大都在中低溫范圍，可以單獨(dú)作為相變材料，采用浸漬、吸附、插層或者微膠囊等技術(shù)制備相變儲(chǔ)能材料，其復(fù)合材料的相變溫度基本為有機(jī)物質(zhì)的相變溫度。有研究者發(fā)現(xiàn)膨脹石墨的多孔結(jié)構(gòu)對(duì)石蠟有很好的吸附性能6-8，石蠟在固-液相變時(shí)未見(jiàn)有液態(tài)石蠟的滲出，其相變溫度不隨石蠟含量的改變而變化，但其相變潛熱隨著石蠟含量的增加而增加，導(dǎo)熱性能卻隨著石蠟含量的增加而減小，所制相變材料的儲(chǔ)能和釋能時(shí)間均有不同程度的延長(zhǎng)，最大吸附量可達(dá)90%。用膨脹石墨還可吸附硬脂酸丁酯制得復(fù)合

12、相變儲(chǔ)能材料，然后將這種復(fù)合材料摻入石膏中制備潛熱儲(chǔ)能石膏建材。該材料在相變溫度范圍內(nèi)具有明顯的儲(chǔ)能效果，對(duì)于增加材料本身的熱惰性有著積極的作用，可以考慮在房屋建筑節(jié)能領(lǐng)域加以利用9。膨脹石墨基復(fù)合相變材料具有高的熱導(dǎo)率，固液相變時(shí)無(wú)液體滲出，可直接與其它材料復(fù)合后使用，完全可以解決其它基相變材料熱導(dǎo)率低和滯后性大的問(wèn)題，但膨脹石墨的成本高，影響其推廣應(yīng)用。對(duì)于一元相變材料的研究，其穩(wěn)定性只是針對(duì)相變物質(zhì)與載體及基體材料的結(jié)合穩(wěn)定性能，而不存在相變物質(zhì)之間的穩(wěn)定性，這樣的研究相對(duì)較簡(jiǎn)單，也較成熟，現(xiàn)在研究的趨勢(shì)是二元及多元相變儲(chǔ)能體系。能滿(mǎn)足低溫儲(chǔ)能應(yīng)用要求的一元相變材料不多，并且單一相變物質(zhì)

13、成本較高，也難以同時(shí)滿(mǎn)足建筑儲(chǔ)能對(duì)潛熱、相變溫度等的要求。因此，人們開(kāi)展了二元或多元相變體系的研究。利用兩t-x種或兩種以上物質(zhì)可形成最低共熔物這一性質(zhì)，將溫度稍高、相對(duì)較便宜的相變物質(zhì)的相變溫度降低，擴(kuò)大相變材料種類(lèi)的選擇，降低應(yīng)用成本。二元有機(jī)相變體系研究較多的是醇酸、酸酸體系，測(cè)定其最低共熔點(diǎn)的常用方法為步冷曲線法和dsc法，或者二者的結(jié)合，而相變焓只能用dsc法測(cè)定。用步冷曲線法先繪制十六醇與硬脂酸、十六酸、十四酸、月桂酸、癸酸5組不同組成二元物系的相圖，得出不同組成的相變溫度以及最低共熔點(diǎn)組成，后用dsc 測(cè)得5組體系最低共熔點(diǎn)的相變焓均較大，可以作為相變材料使用10。若作為相變材料

14、使用，其熱穩(wěn)定性及耐久性有待考察，因?yàn)榇伎赡芘c酸發(fā)生酯化反應(yīng)。文獻(xiàn)11-13用dsc法研究了1018間偶數(shù)有機(jī)羧酸的二元相變體系，發(fā)現(xiàn)這些二元相變體系均能形成共晶混合物，并且通過(guò)多次儲(chǔ)熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)研究其熱穩(wěn)定性，得出其分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，相變溫度和相變焓變化較小，熱性能穩(wěn)定，無(wú)降解現(xiàn)象，可用作儲(chǔ)能材料。他們只是對(duì)相變材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的混合，然后研究二元有機(jī)相變體系的穩(wěn)定性，就此推斷能否作儲(chǔ)能材料則顯得有點(diǎn)不足。而下面的研究則更深入一步，把二元相變體系與基體材料結(jié)合，研究其綜合性能。lv等14研究發(fā)現(xiàn)65.12%的癸酸和34.88%的月桂酸形成的分子合金相變溫度為19.67 ，相變潛熱為126.56

15、2j/g。用石膏板吸附26%該共熔物制成相變墻板，其相變溫度為19.108，相變焓為35.239j/g，經(jīng)過(guò)360 次熱循環(huán)后仍保持良好的熱能儲(chǔ)存和釋放性能，適合用于建筑材料。徐仁崇15進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)癸酸含量為40%的癸酸/月桂酸二元復(fù)合相變材料，其相變溫度為25.13，相變潛熱為101.9j/g。超輕陶瓷吸入48%該復(fù)合材料后，其相變溫度提高了109，相變焓增大108j/g,用環(huán)氧樹(shù)脂封裝后密封性很好，可制備相變儲(chǔ)能混凝土。馬銀陳等16利用溶液插層法將月桂酸和硬脂酸的混溶體系嵌入到蒙脫土的納米層間合成了二元脂肪酸/蒙脫土復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其相變溫度為32.91，相變焓為74.72 j/g，經(jīng)

16、過(guò)1000 次連續(xù)儲(chǔ)放熱后，復(fù)合相變材料的相變溫度及相變焓變化不大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，可應(yīng)用于節(jié)能方面。近年來(lái)人們對(duì)二元相變體系研究較多，趨于成熟，而對(duì)多元相變體系研究較少，可能是多元相變體系的實(shí)驗(yàn)研究較復(fù)雜。張巨松等17以3 種飽和脂肪酸為相變材料，采用溫度曲線法制備出一種相變溫度為1926區(qū)間段的復(fù)合相變材料，相變潛熱約為150 j/g，將其以膨脹珍珠巖為載體，用骨膠系封裝材料對(duì)其進(jìn)行了封裝，最后將封裝好的復(fù)合相變材料與砂漿結(jié)合制備了相變砂漿，該砂漿無(wú)泄漏，調(diào)溫效果較好。該法是將多孔介質(zhì)材料的強(qiáng)吸附性與微膠囊的密閉性結(jié)合起來(lái)，充分利用兩者優(yōu)點(diǎn)的思路值得重視。對(duì)于二元或多元相變體系，除了應(yīng)具有

17、合適的相變溫度和相變焓外，還應(yīng)考慮體系的熱穩(wěn)定性、耐久性以及與基體建筑材料的結(jié)合性能，這是將來(lái)研究的重點(diǎn)。1.1.2 相變材料的載體 國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的載體材料主要是多孔介質(zhì)材料和微膠囊。多孔介質(zhì)材料包括膨脹珍珠巖、膨脹石墨、陶瓷、沸石、硅藻土、海泡石18、膨脹黏土及膨脹頁(yè)巖19等。另外，層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫土也可用作支撐材料。膨脹珍珠巖內(nèi)部是蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，具有無(wú)毒、無(wú)味、不腐、不燃及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可以用不同的黏合劑制成不同性能的制品，其特點(diǎn)是容重輕、絕熱及吸音性能好，具有較強(qiáng)的吸附能力。膨脹石墨是由石墨微晶構(gòu)成的疏松多孔的蠕蟲(chóng)狀物質(zhì)，它除了保留鱗片石墨良好的導(dǎo)熱性外，還具有良好的吸附性20。陶瓷材

18、料有耐高溫、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被大量選為工業(yè)儲(chǔ)能體，主要的陶瓷材質(zhì)有石英砂、碳化硅、剛玉、莫來(lái)石質(zhì)、鋯英石質(zhì)和堇青石質(zhì)等。膨潤(rùn)土有獨(dú)特的納米層間結(jié)構(gòu)，采用“插層法”將相變材料嵌入其層狀空間制備納米復(fù)合材料，是開(kāi)發(fā)新型納米功能材料的有效途徑。微膠囊相變材料21是用微膠囊技術(shù)制備出的復(fù)合相變材料，發(fā)生相變的物質(zhì)被封閉在球形膠囊中，有效地解決了相變材料的泄漏、相分離及腐蝕等問(wèn)題，有利于改善相變材料的應(yīng)用性能，并可拓寬相變蓄熱技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。1.1.3 相變材料的復(fù)合 相變材料主要包括無(wú)機(jī)pcm、有機(jī)pcm和復(fù)合pcm三類(lèi)。其中，無(wú)機(jī)類(lèi)pcm主要有結(jié)晶水合鹽類(lèi)、熔融鹽類(lèi)、金屬或合金類(lèi)等；有機(jī)類(lèi)

19、pcm主要包括石蠟、醋酸和其他有機(jī)物；近年來(lái)，復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料應(yīng)運(yùn)而生，它既能有效克服單一的無(wú)機(jī)物或有機(jī)物相變儲(chǔ)熱材料存在的缺點(diǎn)，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果以及拓展其應(yīng)用范圍。因此，研制復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料已成為儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。但是混合相變材料也可能會(huì)帶來(lái)相變潛熱下降，或在長(zhǎng)期的相變過(guò)程中容易變性等缺點(diǎn)。 目前, 相變儲(chǔ)能材料的復(fù)合方法主要集中在以下三個(gè)方面:（1） 膠囊型相變材料 相變材料微膠囊(micro-encap sulated phase-change materials)簡(jiǎn)稱(chēng)mepcm ,就是應(yīng)用微膠囊技術(shù)在固液相變材料微粒表面包覆一層性能穩(wěn)定的膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)

20、合相變材料。為了解決相變材料在發(fā)生固/ 液相變后液相的流動(dòng)泄漏問(wèn)題, 特別是對(duì)于無(wú)機(jī)水合鹽類(lèi)相變材料還存在的腐蝕性問(wèn)題, 人們?cè)O(shè)想將相變材料封閉在球形的膠囊中, 制成膠囊型復(fù)合相變材料來(lái)改善其應(yīng)用性能。如用界面聚合法、原位聚合法等微膠囊技術(shù)將石蠟類(lèi)、結(jié)晶水合鹽類(lèi)等固液相變材料制備為微囊型相變材料; stark 22 研究了將pcm 封裝在聚合物容器中的方法, 通過(guò)熔融交換技術(shù)將石蠟和高密度聚乙烯成功地滲入聚合物膜中, 形成含40% pcm 的化合物。或者在有機(jī)類(lèi)儲(chǔ)能材料中加入高分子樹(shù)脂類(lèi)( 載體基質(zhì)) ,使它們?nèi)廴谠谝黄鸹虿捎梦锢砉不旆ê突瘜W(xué)反應(yīng)法將工作物質(zhì)灌注于載體內(nèi)制備而得, 并對(duì)相變儲(chǔ)熱

21、材料的熱物理性能進(jìn)行了詳盡的研究。 mepcm 由內(nèi)核材料和外殼材料兩部分組成。相變材料微膠囊的粒徑可以在0. 1 m 到1mm 之間,外殼的壁厚為0. 0110m ,外形各種各樣,但多為球形。目前,可作為微膠囊內(nèi)核的固- 液相變材料有結(jié)晶水合鹽、共晶水合鹽、直鏈烷烴、石蠟類(lèi)、脂肪酸類(lèi)、聚乙二醇等,其中結(jié)晶水合鹽和石蠟類(lèi)較為常用。外殼材料雖然也可以采用無(wú)機(jī)材料,如硅酸鈣、金屬等,但常用的是高分子材料,如脲醛樹(shù)脂、蜜胺樹(shù)脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯和芳香族聚酰胺等等;有時(shí)為了提高囊壁的密閉性或熱、濕穩(wěn)定性,還將幾種壁材聯(lián)合使用。外殼材料的選取必須考慮到內(nèi)核材料的物理性質(zhì)和mepcm 的應(yīng)用要求:

22、例如油溶性?xún)?nèi)核材料宜選用水溶性外殼材料,水溶性?xún)?nèi)核材料宜選用油溶性外殼材料;外殼材料要與內(nèi)核相變材料相兼容即彼此無(wú)腐蝕、無(wú)滲透、無(wú)化學(xué)反應(yīng);外殼材料的熔點(diǎn)要高于內(nèi)核相變材料的相變溫度和應(yīng)用過(guò)程中可能遇到的最高溫度。實(shí)際應(yīng)用中,mepcm 中的相變材料含量一般不超過(guò)微膠囊質(zhì)量的80% ,相變熱大多為100200 j/g23 。 由于采用了獨(dú)特的殼核結(jié)構(gòu),當(dāng)內(nèi)核的pcm發(fā)生固液相變時(shí),外層的殼層保持固態(tài),這樣就解決了固-液pcm相變時(shí)體積變化以及泄漏問(wèn)題,并且還阻止了pcm 與外界環(huán)境的直接接觸,從而起到保護(hù)pcm 的作用。另一方面由于粒徑很小,比表面很大,mepcm 提供了巨大的傳熱面積,并且由

23、于囊壁很薄, 傳熱得到了很大的改善。采用mepcm 作為蓄熱器填充材料,工藝簡(jiǎn)單、成本低,加上這些優(yōu)異的特性,目前已經(jīng)可以應(yīng)用于紡織品、傳熱流體以及建筑物、軍事、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中。（2） 定形相變儲(chǔ)能材料 定形相變材料（shape-stabilized phase change materials，sspcm）是今年來(lái)國(guó)內(nèi)外在能源利用和材料科學(xué)方面開(kāi)發(fā)研究十分活躍的領(lǐng)域。sspcm 是利用物質(zhì)在相變過(guò)程中可存儲(chǔ)或釋放能量，而自身溫度變化很小的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。與普通相變材料相比，sspcm的最大優(yōu)點(diǎn)在于相變前后均能維持原有形狀，無(wú)需專(zhuān)門(mén)容器包封，將定形相變材料用作建筑結(jié)構(gòu)和室內(nèi)裝飾材

24、料可增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力，自動(dòng)調(diào)節(jié)室溫，降低空調(diào)采暖能耗，這些獨(dú)特的性能使定形相變材料具有廣闊的應(yīng)用前景。 定形相變儲(chǔ)能材料由相變材料和支撐材料組成,在發(fā)生相變時(shí)定形相變材料能夠保持一定的形狀, 且不會(huì)有相變材料泄漏。國(guó)內(nèi)肖敏等24 研究了石蠟/ 熱塑彈性體sbs, 石蠟/ 高密度聚乙烯定型相變材料, 石蠟含量可達(dá)75w t%左右。i. krupa25 研究了以聚丙烯為支撐材料, 石蠟為相變物質(zhì)制備的定形相變材( shapestabilized pcm) 。定形相變材料研制中多以高密度聚乙烯、sbs、石墨, 高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、聚丙烯及橡膠為支撐材料, 石蠟為相變材料, 石蠟所占比例最高

25、達(dá)到90w t% 。（3）納米復(fù)合相變儲(chǔ)能材料 有機(jī)、無(wú)機(jī)納米復(fù)合儲(chǔ)能材料是將有機(jī)相變儲(chǔ)能材料與無(wú)機(jī)物進(jìn)行納米尺度上的復(fù)合, 利用無(wú)機(jī)物具有高導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)提高有機(jī)相變儲(chǔ)能材料的導(dǎo)熱性能,利用納米材料具有巨大比表面積和界面效應(yīng), 使有機(jī)相變儲(chǔ)能材料在發(fā)生相變時(shí)不會(huì)從無(wú)機(jī)物的三維納米網(wǎng)絡(luò)中析出。納米復(fù)合相變儲(chǔ)能材料制備方法有: 溶膠凝膠法、聚合物網(wǎng)眼限域復(fù)合法和插層原位復(fù)合法等 26 。張正國(guó)等27 人采用! 液相插層法是將硬酯酸嵌入膨潤(rùn)土的納米層間, 制備出硬酯酸/ 膨潤(rùn)土復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料, 經(jīng)500 次連續(xù)循環(huán)儲(chǔ)熱/ 放熱實(shí)驗(yàn)表明, 該材料的結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定性較好。1.2 相變材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

26、1.2.1 相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展 1.相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用現(xiàn)狀 相變蓄能?chē)o(hù)結(jié)構(gòu) 把相變材料與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合，即制成相變蓄能?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)（phase change energy storagebuilding envelope，縮寫(xiě)為pcesbe），用于建筑物室內(nèi)溫度的調(diào)控。相變蓄能?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)可蓄熱能力強(qiáng)，在夏季可衰減建筑物室內(nèi)和室外之間的熱流強(qiáng)度波動(dòng)幅度，延遲室內(nèi)氣溫峰值出現(xiàn)的時(shí)間，從而提高建筑物的溫度自調(diào)節(jié)能力和改善室內(nèi)熱環(huán)境，達(dá)到降低空調(diào)耗電量和提高室內(nèi)熱舒適的雙重目的。neeper對(duì)含有脂肪酸和相變石蠟的石膏板的熱動(dòng)力特點(diǎn)進(jìn)行了研究，分別分析了儲(chǔ)能材料的相

27、變溫度、相變溫度的變化范圍和相變潛熱大小對(duì)石膏板儲(chǔ)能量的影響，認(rèn)為當(dāng)相變材料的相變溫度接近于室內(nèi)平均溫度時(shí)，儲(chǔ)能量有最大值，材料相變時(shí)的溫度變化范圍越大，則儲(chǔ)能量越??；對(duì)于實(shí)際的儲(chǔ)能墻體材料，其日最大儲(chǔ)能量為400km。相變溫控混凝土 把相變材料與大體積混凝土結(jié)合，制成相變溫控混凝土（phase change andtemperature selfcontrol concrete，縮寫(xiě)為pctsc），用于調(diào)整反應(yīng)過(guò)程的溫度6。相變溫控混凝土能有效降低混凝土內(nèi)部溫升速率、延緩溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間。目前，相變材料用于大體積混凝土僅僅是具有技術(shù)可行性。相變溫控混凝土尚處于理論研究階段。 hawes等人綜

28、述了有機(jī)pcm（硬脂酸丁酯、十二醇、石蠟）在各種建筑水泥中的熱性能和吸收特性，分析了水泥的堿度、溫度、濕度、粘性、吸收面積和壓力等因素對(duì)相變材料吸收過(guò)程的影響，同時(shí)研究了吸收機(jī)理；得出了pcm在水泥中的吸收常數(shù)，從而可以通過(guò)改變pcm 的量制成所需的相變儲(chǔ)能混凝土。2.相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的研究進(jìn)展 相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用研究開(kāi)始于20 世紀(jì)70 年代早期，telkes 首先進(jìn)行了相變儲(chǔ)能材料儲(chǔ)存太陽(yáng)能的試驗(yàn)研究28 。從那以后,相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用日益得到眾多學(xué)者和生產(chǎn)廠家的關(guān)注,進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究并開(kāi)發(fā)了眾多的產(chǎn)品。目前,相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用研究主要集中在

29、以下3 個(gè)方面: 相變儲(chǔ)能材料的篩選與改進(jìn) lane 等研究了不同相變溫度下可用的相變材料29 。abhat 分析了有機(jī)、無(wú)機(jī)、共晶3 大類(lèi)相變材料的特點(diǎn)30 。feldman 和shapiro 分析了多種脂肪酸及其衍生物的熱力學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)它們是很好的相變材料31 。hasan 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)棕櫚酸非常適合太陽(yáng)能儲(chǔ)熱32 。farid 等對(duì)三種商用石蠟的儲(chǔ)熱性能進(jìn)行了比較研究33 。gemil alkan 制備出了磺化石蠟,在不降低石蠟本身相變溫度的同時(shí)提高了其相變焓。stephen b. marks 對(duì)芒硝隨熱循環(huán)儲(chǔ)熱能力的變化進(jìn)行了研究,結(jié)果表明隨著循環(huán)次數(shù)的增加,儲(chǔ)熱能力降低。yoneda 等

30、研究了一系列可用于建筑物取暖的硝酸共晶水合物,從中篩選儲(chǔ)性能較好的六水氯化鎂和六水硝酸鎂的共晶鹽。周云峰等研制出由結(jié)晶碳酸鈉、結(jié)晶硫酸鈉、尿素、硫酸鉀、水和結(jié)晶劑組成的相變材料,具有儲(chǔ)熱性能好、成本低、無(wú)毒無(wú)腐蝕等優(yōu)點(diǎn),產(chǎn)品可數(shù)年循環(huán)使用,適用于各種溫室冬季采暖。 建筑節(jié)能相變儲(chǔ)能材料的制備工藝 德國(guó)basf 公司將石蠟封裝在微膠囊中,研制出石蠟砂漿34 。hawes 等用直接浸泡法制作相變儲(chǔ)能混凝土35 。inaba h 等人通過(guò)熔融共混法成功地制備出石蠟/ 高密度聚乙烯定形相變材料36 。hawes 和feldman 探討了三種制備工藝,并認(rèn)為封裝法方便建筑使用。piialamberg 等

31、介紹了將裝有水合鹽pcm 的金屬管置入混凝土構(gòu)件中,以提高建筑物結(jié)構(gòu)的熱容,從而在夏季對(duì)室內(nèi)起到降溫作用。但是水合鹽pcm 具有腐蝕性,這種方法對(duì)容器的要求很高,而且容易泄漏。m. hadjieva 等用dsc 測(cè)試了無(wú)機(jī)水合鹽混凝土體系的蓄熱能力,并用紅外光譜分析了無(wú)機(jī)水合鹽混凝土體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。takeshi kondo 等將pcm 壓入交聯(lián)聚乙烯中制成pcm 小球。然后再把這種pcm 小球加到其他多孔材料,如石膏板中,從而得到具有儲(chǔ)熱能力的pcm 石膏板。相變儲(chǔ)能建筑材料的應(yīng)用方式 kedl等研究了將18 烷石蠟浸入到墻板中應(yīng)用到被動(dòng)式太陽(yáng)房,首次制成有相變性質(zhì)的墻板37 。zhang

32、 等對(duì)建筑物的框架墻進(jìn)行了熱性能的改造38 。peippo 等人研究了包含不同量相變材料的不同類(lèi)型的墻體結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)行為,并在麥迪迅使用加有相變材料的石膏板建造了120m2的試驗(yàn)房,試驗(yàn)結(jié)果表明一年能夠節(jié)約15 %的熱消耗量39 。karen l 等人通過(guò)模擬表明,相變墻板能轉(zhuǎn)移居民空調(diào)負(fù)荷中90 %的顯熱負(fù)荷到用電低谷期,能使采暖設(shè)備容量降低1/ 3 。清華大學(xué)在相變墻體方面作了很多工作,包括相變材料的研制、相變墻體的物理化學(xué)性能的測(cè)試。沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院通過(guò)將有機(jī)的相變材料與建筑材料相結(jié)合研制出相變墻板,在相近似的室外環(huán)境溫度條件下,比較相變墻體房間與普通房間的熱性能,進(jìn)而分析相變墻體的使用

33、在節(jié)能方面的作用。1.2.2 相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題 盡管相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用有很大的潛力,相關(guān)理論研究取得了一定的成果,部分技術(shù)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)也有了一定發(fā)展,但由于對(duì)相變儲(chǔ)能材料的技術(shù)、制備工藝、節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益等的認(rèn)識(shí)和研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用依然處于研發(fā)和試用階段,距離大規(guī)模推廣還很遠(yuǎn)。就目前而言,該項(xiàng)技術(shù)面臨以下問(wèn)題和障礙?？捎玫南嘧儍?chǔ)能材料的種類(lèi)不足。嚴(yán)格的講,目前研究開(kāi)發(fā)的相變材料應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域都存在不足,比如相變溫度不匹配、相變熱值低、導(dǎo)熱性不好、與載體材料易分離等,需要進(jìn)行封裝、添加、共混等改性處理后才可應(yīng)用。

34、因此,可用于建筑節(jié)能的相變儲(chǔ)能材料種類(lèi)較少。相變儲(chǔ)能建筑材料的制備工藝尚不完善。目前的相變儲(chǔ)能材料制備工藝中,直接滲入法相變材料發(fā)生相變時(shí)產(chǎn)生的液體易發(fā)生外露或者腐蝕基體材料。使用較多的微膠囊技術(shù)成本較高,而且當(dāng)與建筑材料混合時(shí),容易改變建筑材料的力學(xué)性質(zhì)。相變材料采用直接混入法時(shí),特別需要注意配比,不然容易產(chǎn)生建材的耐久性、相容性差等問(wèn)題。相變儲(chǔ)能材料的使用成本偏高。由于目前的技術(shù)尚不成熟,相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域,其制備工藝成本復(fù)雜,成本較高。而且,由于缺乏對(duì)相變儲(chǔ)能建筑材料的壽命分析,對(duì)相變儲(chǔ)能材料的節(jié)能效果,也就很難做一個(gè)明確的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。1.2.3 相變儲(chǔ)能建筑材料的發(fā)展前景 相

35、變儲(chǔ)能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為其最為重要的利用途徑之一。從建筑節(jié)能的角度來(lái)講,對(duì)相變儲(chǔ)能建筑材料的研究工作十分迫切。相變儲(chǔ)能材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用研究,要加強(qiáng)相變材料的熱物性、相變材料與建材基體的相容性和經(jīng)濟(jì)性3 個(gè)方面的研究。 建筑節(jié)能的效果受到相變溫度、相變儲(chǔ)能材料的種類(lèi)、相變材料與傳統(tǒng)建材的配比、區(qū)域氣候、建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)等眾多因素的影響。要進(jìn)一步篩選合適的相變材料,探索新型相變材料。采用多元復(fù)合等技術(shù)研制高效的相變儲(chǔ)能建筑材料。研制具有合適的相變溫度與相變焓,廉價(jià)并且能在長(zhǎng)期使用過(guò)程中保持物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的相變材料。 改進(jìn)相變材料的封裝技術(shù)及其與基材的復(fù)合工藝,制備性能穩(wěn)定、生態(tài)友

36、好的相變儲(chǔ)能材料。研究相變儲(chǔ)能構(gòu)件使用條件及其設(shè)計(jì)方法,簡(jiǎn)歷分析相變建筑構(gòu)件和蓄冷采暖系統(tǒng)的物理模型,加強(qiáng)相變儲(chǔ)能材料與建筑材料的結(jié)合研究。 加強(qiáng)相變儲(chǔ)能建筑材料的力學(xué)性能和耐久性分析,進(jìn)行相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建筑節(jié)能生命周期分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)相變儲(chǔ)能建筑材料的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。有助于進(jìn)一步篩選相變材料,開(kāi)發(fā)成本低的、具有簡(jiǎn)化制備工藝的、易于在傳統(tǒng)建筑只品中使用并且便于在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)中安裝的相變材料。為相變儲(chǔ)能建筑材料的大規(guī)模使用創(chuàng)造條件。建筑節(jié)能是社會(huì)發(fā)展的需求,相變儲(chǔ)能材料的研究與建筑節(jié)能的結(jié)合將會(huì)成為建筑節(jié)能今后的重要發(fā)展方向。第2章 本課題研究的內(nèi)容和意義2.1研究背景 目前有關(guān)相變材料的研究很多，然

37、而能滿(mǎn)足低溫儲(chǔ)能應(yīng)用要求的一元相變材料不多，并且單一相變物質(zhì)成本較高，也難以同時(shí)滿(mǎn)足建筑儲(chǔ)能對(duì)潛熱、相變溫度等的要求。因此，人們開(kāi)展了二元或多元相變體系的研究。利用兩種或兩種以上物質(zhì)可形成最低共熔物這一性質(zhì)，將溫度稍高、相對(duì)較便宜的相變物質(zhì)的相變溫度降低，擴(kuò)大相變材料種類(lèi)的選擇，降低應(yīng)用成本。二元有機(jī)相變體系研究較多的是醇酸、酸酸體系，近年來(lái)人們對(duì)二元相變體系研究較多，趨于成熟，而對(duì)多元相變體系研究較少，可能是多元相變體系的實(shí)驗(yàn)研究較復(fù)雜。張巨松等以3 種飽和脂肪酸為相變材料，采用溫度曲線法制備出一種相變溫度為1926 區(qū)間段的復(fù)合相變材料，相變潛熱約為150 j/g，將其以膨脹珍珠巖為載體，

38、用骨膠系封裝材料對(duì)其進(jìn)行了封裝，最后將封裝好的復(fù)合相變材料與砂漿結(jié)合制備了相變砂漿，該砂漿無(wú)泄漏，調(diào)溫效果較好。該法是將多孔介質(zhì)材料的強(qiáng)吸附性與微膠囊的密閉性結(jié)合起來(lái)，充分利用兩者優(yōu)點(diǎn)的思路值得重視。對(duì)于二元或多元相變體系，除了應(yīng)具有合適的相變溫度和相變焓外，還應(yīng)考慮體系的熱穩(wěn)定性、耐久性以及與基體建筑材料的結(jié)合性能，這是將來(lái)研究的重點(diǎn)。 利用有機(jī)物相變材料與無(wú)機(jī)物相變材料制作混合材料，既可彌補(bǔ)單純有機(jī)物材料的潛熱低的遺憾，又能彌補(bǔ)單純無(wú)機(jī)物材料的過(guò)冷度大的缺點(diǎn)，這是值得注意的相變儲(chǔ)能材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。楊穎等用乙二醇和氯化銨制成一種復(fù)合低溫相變蓄冷材料，相變溫度為16 ，相變潛熱在206

39、222 j/g 之間，復(fù)合材料性能穩(wěn)定，不需要成核劑和穩(wěn)定劑，可作為相變蓄冷材料。有機(jī)、無(wú)機(jī)材料的混合既能解決水合鹽的過(guò)冷問(wèn)題，又能適當(dāng)增加脂肪酸族的比熱容，具有互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)多元無(wú)機(jī)-有機(jī)相變材料，有研究者用丙三醇、乙酸鈉和水按118 的比例混合得到一種新型三元復(fù)合相變蓄冷材料，相變溫度為14 ，相變潛熱為172 j/g，可以在低溫物流、冷庫(kù)冷藏領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。 盡管無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合相變材料有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前此方面的研究不是太多，其儲(chǔ)能機(jī)理還不清楚。目前的研究只是對(duì)其復(fù)合后的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，如果將其與不同的載體及基體材料結(jié)合后再對(duì)其性能進(jìn)行研究，將會(huì)開(kāi)辟相變儲(chǔ)能材料的新領(lǐng)域。 2.1.1

40、硬脂酸作為相變儲(chǔ)能材料的性能特點(diǎn) 硬脂酸是一種脂肪酸，具有優(yōu)越的性能，如簡(jiǎn)單可用性，融化/凍結(jié)一致，良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，無(wú)毒性和適當(dāng)?shù)南嘧儨囟?。盡管硬脂酸有這些性能優(yōu)點(diǎn)，但有去臭味、相變溫度高和導(dǎo)熱性能差的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用?，F(xiàn)在的研究一般是將硬脂酸與各種醇類(lèi)或石蠟、其他有機(jī)酸共混來(lái)制得儲(chǔ)能性能相對(duì)較好的相變材料。2.1.2 硬脂酸與na2hpo412h2o混合相變儲(chǔ)能材料的研究 唐志偉趙化濤等通過(guò)將硬脂酸與na2hpo412h2o混合，制得混合相變儲(chǔ)能材料，解決了無(wú)機(jī)材料na2hpo412h2o常見(jiàn)的過(guò)冷問(wèn)題和硬脂酸低比熱容的缺點(diǎn)；成功地達(dá)到了無(wú)機(jī)與有機(jī)性能互補(bǔ)的目的。通過(guò)

41、對(duì)兩者形成的膠體材料的紅外光譜分析表明這兩種材料沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有較好的化學(xué)相容性。通過(guò)dsc等相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析，兩者混合形成的膠體相變材料的相變溫度大概在50-60之間，屬于低溫相變材料范圍。為本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了很好的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2.1.3 石蠟基相變材料的性能研究 在眾多有機(jī)相變儲(chǔ)能材料中，最常見(jiàn)的就是石蠟基相變儲(chǔ)能材料。這與石蠟的某些性質(zhì)密切相關(guān)。研究表明石蠟作為潛熱儲(chǔ)能物質(zhì)具有儲(chǔ)能密度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，無(wú)毒無(wú)腐蝕性，且無(wú)過(guò)冷現(xiàn)象，相變溫度范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)建筑的不同需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.2 本課題研究的內(nèi)容和意義2.2.1 研究?jī)?nèi)容 本實(shí)驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱資料以硬脂

42、酸與na2hpo412h2o的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，用液體石蠟來(lái)調(diào)整硬脂酸與na2hpo412h2o混合形成的膠體材料的相變溫度，旨在降低這一混合相變儲(chǔ)能材料的相變溫度；并對(duì)其進(jìn)行其他的性能測(cè)試。如三元混合后的材料的紅外光譜分析，dsc分析，比熱容測(cè)試，掃描電鏡分析以及凍融循環(huán)等實(shí)驗(yàn)研究。為研究液體石蠟對(duì)膠體材料相變溫度的影響，并確定在硬脂酸與na2hpo412h2o的質(zhì)量比1:4的情況下液體石蠟的最佳的相對(duì)含量，整個(gè)實(shí)驗(yàn)共分了3組，液體石蠟的相對(duì)含量分別是20%,30%,40%.本實(shí)驗(yàn)采用10s磨的珍珠巖作為相變材料的載體；并對(duì)其吸附量做了簡(jiǎn)要的研究分析。同時(shí)對(duì)石蠟基相變儲(chǔ)能材料也做了實(shí)驗(yàn)研究，本次試

43、驗(yàn)中，我們采用了固-液石蠟相混合的方法，通過(guò)試驗(yàn)不同比例的固-液石蠟，測(cè)定分析混合相變材料的相變溫度和相變焓，來(lái)確定固-液石蠟的最佳比例。2.2.2 研究意義 當(dāng)今社會(huì)能源短缺及環(huán)境污染成為我們所面臨的重要難題。開(kāi)發(fā)利用可再生能源對(duì)節(jié)能和環(huán)保具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。相變儲(chǔ)能技術(shù)通過(guò)相變材料相變時(shí)吸收或放出大量熱量以達(dá)到能量存儲(chǔ)的目的,是常用于緩解能量供求雙方在時(shí)間、強(qiáng)度及地點(diǎn)上不匹配的有效方式。近年來(lái),相變材料熱儲(chǔ)能的應(yīng)用備受關(guān)注,就是因?yàn)橄嘧儾牧暇哂袃?chǔ)熱密度大、儲(chǔ)熱容器體積小、熱效率高等優(yōu)點(diǎn),在太陽(yáng)能利用、工業(yè)余熱、廢熱回收、建筑節(jié)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,尤其是在建筑空調(diào)和供暖領(lǐng)域以及太陽(yáng)能

44、利用等方面已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)40。二元復(fù)合尤其是有機(jī)物，如酸-酸，酸-醇等的復(fù)合研究已趨于成熟，而且有機(jī)物不論是在經(jīng)濟(jì)方面還是在環(huán)境方面的性能都劣于無(wú)機(jī)材料。當(dāng)然無(wú)機(jī)材料作為相變儲(chǔ)能材料也有過(guò)冷度大、相變溫度偏高等缺點(diǎn)。因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)將有機(jī)物-硬脂酸與無(wú)機(jī)物na2hpo412h2o混合制得膠體材料，以期達(dá)到無(wú)機(jī)與有機(jī)性能互補(bǔ)的目的，并通過(guò)液體石蠟來(lái)降低膠體材料的相變溫度；制備出性能良好的相變儲(chǔ)能材料。第3章 相變材料的的制備3.1 材料及儀器3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料1. 硬脂酸 硬脂酸是常用的一種有機(jī)相變儲(chǔ)能材料。化學(xué)名：十八烷酸；分子式：c18h36o2，ch3(ch2)16cooh；分子量

45、：284.48。 表3-1 硬脂酸的基本性質(zhì) table 3-1 basic properties of stearic acid性狀熔點(diǎn)沸點(diǎn)毒性穩(wěn)定性相對(duì)密度溶解情況純品為白色略帶光澤的蠟狀小片結(jié)晶體56 -69.6232（2.0kpa）無(wú)毒360分解0.9408 不溶于水稍溶于冷乙醇 溶于丙酮、苯、乙醚、氯仿、四氯化碳、二氧化硫、三氯甲烷 2.na2hpo412h2o分子式：na2hpo412h2o ；分子量： 358.14 表3-2 na2hpo4-12h2o的基本性質(zhì)table 3-2 basic properties of na2hpo4-12h2o性狀熔點(diǎn)ph值毒性穩(wěn)定性相對(duì)密度溶

46、解情況35.1時(shí)熔融并失去5個(gè)結(jié)晶水，加熱至100時(shí)失去全部結(jié)晶水而成無(wú)水物，250時(shí)分解變成焦磷酸鈉無(wú)色透明單斜系棱形晶體35-379.00.290.2無(wú)毒 1.52可溶于水、不溶于醇3. 液體石蠟溜程：180-250，密度：0.835g/ml0.855g/ml，硫酸試驗(yàn)合格，酸度合格，硫化物合格。5.聚丙烯酰胺 分析純，天津市科米歐化學(xué)試劑有限公司，聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺單體聚合而成，即n個(gè)丙烯酰胺單體連在一起，而丙烯酰胺的分子式為：ch2chconh2,分子量為71。聚丙烯酰胺的分子式即丙烯酰胺分子式兩頭雙鍵斷裂，與n個(gè)分子相連，分子量500萬(wàn)以上，聚丙烯酰胺（pam）為水溶性高分子聚合

47、物，不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽(yáng)離子和兩性型四種類(lèi)型。水解度小于等于30%，固體含量大于等于90%，本實(shí)驗(yàn)采用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2的聚丙烯酰胺溶液，性狀為無(wú)色或淡黃色稠膠體、無(wú)臭、中性、溶于水、不溶于乙醇、丙酮，溫度超過(guò)120時(shí)易分解，絮凝，沉降，補(bǔ)強(qiáng)等作用。6.珍珠巖 珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖，經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)巖石，因其具有珍珠裂隙結(jié)構(gòu)而得名。本實(shí)驗(yàn)采用10s磨的粒度，因其具有多孔狀而作為本相變儲(chǔ)能材料的載體。7.膨潤(rùn)土 粒度未知，作為本次試驗(yàn)的材料的載體。3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 電子天平，研缽，振動(dòng)磨，恒溫磁

48、力攪拌器，水浴鍋，烘箱，冰箱，燒杯，試管，掃描電鏡，紅外光譜儀，差示掃描量熱儀，拉曼光譜儀等。圖3-1 恒溫水浴fig 3-1 constant temperature water-bath water 圖3-2 集熱式恒溫加熱攪拌器 fig 3-2 collection hot type constant temperature heating blender 圖3-3 實(shí)驗(yàn)用電子天平 fig 3-3 experiment with electronic balance3.2 實(shí)驗(yàn)方法 混合材料的制備主要采用溶膠一凝膠法在采用溶膠一凝膠法制備的有機(jī)一無(wú)機(jī)材料中,有機(jī)相和無(wú)機(jī)相對(duì)于最終材料的性

49、質(zhì)有以下貢獻(xiàn)無(wú)機(jī)物賦予材料高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、高模量、高耐劃痕、耐腐蝕等特性有機(jī)相賦予材料低密度、良好的柔韌性、較強(qiáng)的蓄熱能力等特性因此,可以很方便地通過(guò)改變參與混合的有機(jī)、無(wú)機(jī)組分含量,實(shí)現(xiàn)材料的性能調(diào)劑,從而得到所需性能的材料除具有上述優(yōu)點(diǎn)外,混合材料還具有操作簡(jiǎn)單、過(guò)程易于控制、制備溫度低等優(yōu)點(diǎn)。用電子天平稱(chēng)取5g硬脂酸，分別置于三口燒杯中，在80左右下通過(guò)恒溫磁力攪拌器使硬脂酸熔融完全。分別稱(chēng)取20g干燥的na2hpo412h2o分析純研成粉末,緩慢均勻地加入熔融的硬脂酸中,同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的聚丙烯酞胺,持續(xù)攪拌,大概是10分鐘左右，即可得到試驗(yàn)所需混合材料。該混合材料為乳白色膠狀

50、體,具有一定的可觸變性,受擠壓可以使其變得更具柔韌性在對(duì)膠體進(jìn)行反復(fù)加熱、再冷卻、再密閉的情況下,膠體狀態(tài)保持不變。然后分別稱(chēng)取7.5g，12.86g，20g的液體石蠟混于制得的混合膠體材料中，并攪拌均勻。便得到本次試驗(yàn)所需的混合相變儲(chǔ)能材料，三口燒杯中的混合材料的液體石蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%,30%,40%。3.2.1 實(shí)驗(yàn)探索過(guò)程 在確定了本次試驗(yàn)的主要內(nèi)容后，我們便查閱了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合這一塊實(shí)驗(yàn)相對(duì)其他關(guān)于相變材料的研究來(lái)講還不成熟，因此我們要做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的探索。 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們先大概研究了一下單個(gè)物質(zhì)的一些性質(zhì)。在80左右下將硬脂酸熔融，這個(gè)速度還是比較快的，就是說(shuō)硬

51、脂酸能較快的很好的熔融。在同樣的溫度下將na2hpo412h2o熔融也比較容易，兩者的區(qū)別在于覆蓋在na2hpo412h2o上的保鮮膜上明顯有水珠，我們猜想這可能是na2hpo412h2o脫水的原因。當(dāng)把熔融的硬脂酸與na2hpo412h2o拿出水浴后，他們都很快凝固，而且凝固后讓他們?cè)俅稳廴诒悴幌駝傞_(kāi)始那么容易，我們猜想也許是環(huán)境影響。 在各個(gè)物質(zhì)之間的配比上，我們也做了一些嘗試。首先是硬脂酸與na2hpo412h2o兩者的比例，我們希望制得的相變材料在發(fā)生相變時(shí)有足夠的時(shí)間來(lái)做其他的測(cè)試，既是我們希望混合材料的相變過(guò)程不那么快；我們也分析了相變過(guò)程快的原因也許是na2hpo412h2o以硬

52、脂酸為結(jié)晶核快速結(jié)晶的結(jié)果，因此我們想要減少硬脂酸的相對(duì)含量，來(lái)試驗(yàn)是否減少硬脂酸的相對(duì)含量能減慢混合相變材料的相變過(guò)程。我們?cè)谇叭搜芯康幕A(chǔ)上配置了硬脂酸與na2hpo412h2o的比例為1：5、1:7，結(jié)果顯示混合材料的凝固過(guò)程并無(wú)大的變化，為促成本次設(shè)計(jì)，我們最后依據(jù)自己和前人研究的比例，確定硬脂酸與na2hpo412h2o的比例為1:4。同時(shí)為了減少變量，我們想確定本次試驗(yàn)中聚丙烯酰胺的量。在本次試驗(yàn)中我們配制了不同相對(duì)含量的聚丙烯酰胺的混合相變材料，具體為硬脂酸與聚丙烯酰胺的比例分別為2:1、1:1、1:1.5、根據(jù)聚丙烯酰胺的作用分析其相對(duì)含量不應(yīng)太大，如果太大，在攪拌的過(guò)程中混合

53、相變材料會(huì)出現(xiàn)起泡、膨脹的現(xiàn)象。但是聚丙烯酰胺的相對(duì)含量如果太小，混合相變材料攪拌的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)攪拌不勻、成塊的現(xiàn)象，我們根據(jù)這些宏觀現(xiàn)象確定了硬脂酸與聚丙烯酰胺的比例為1:1。聚丙烯酰胺的定量減少了本次實(shí)驗(yàn)中的變量數(shù)，對(duì)后來(lái)分析液體石蠟對(duì)相變溫度、相變焓的影響時(shí)有一定的意義。 在本次試驗(yàn)中最重要的變量是液體石蠟，在確定液體石蠟與膠體材料（膠體材料即是硬脂酸與na2hpo412h2o的混合材料）的比例時(shí)，我們做了如下實(shí)驗(yàn)：在配制的混合膠體材料中加入不同量的液體石蠟，我們大概做了一下推測(cè)，就是液體石蠟的量不應(yīng)太小，或則對(duì)膠體材料的相變溫度的影響不是很大，因此我們確定液體石蠟的相對(duì)含量的下線是20

54、%；與膠體材料攪拌均勻后，靜置，可以發(fā)現(xiàn)混合相變材料與膠體材料相比，凝固的較慢，這是我們希望達(dá)到的結(jié)果。接著我們就配制了液體石蠟相對(duì)含量為30%、40%這兩個(gè)比例，制作混合相變材料的過(guò)程相似。在配制液體石蠟相對(duì)含量為40%的混合相變材料時(shí)發(fā)現(xiàn)，攪拌均勻后有明顯的液相出現(xiàn)，液相應(yīng)該就是液體石蠟，因此我們確定了液體石蠟的相對(duì)含量的下線為40%。到這里我們整個(gè)混合相變材料的制作過(guò)程就完成了，以下是我們最終確定的各種物質(zhì)的比例：硬脂酸：na2hpo412h2o：聚丙烯酰胺=1:4:1（膠體材料）膠體材料：液體石蠟=80:20膠體材料：液體石蠟=70:30膠體材料：液體石蠟=60:403.2.2 珍珠巖

55、的吸附試驗(yàn)表3-3 珍珠巖吸附20%液體石蠟試樣的實(shí)驗(yàn)table 3-3 perlite 20% liquid paraffin adsorption experiments the sample硬脂酸na2hpo412h2o聚丙烯酰胺溶液液體石蠟珍珠巖試樣與珍珠巖的比 5g20g5g20%（7.5g）20%20%37.5g56.25g30.7g50:5040:6055:45 本次吸附試驗(yàn)的過(guò)程中，我們先配制了試樣與珍珠巖50:50比例的混合樣，經(jīng)攪拌后，發(fā)現(xiàn)混合樣成微顆粒狀，蓬松濕潤(rùn)的樣子，感覺(jué)還不錯(cuò)。我們?cè)囍黾虞d體材料珍珠巖的相對(duì)含量，配制了試樣與珍珠巖的比例為40:60的混合樣，由于珍

56、珠巖的相對(duì)量增加，混合樣比較干，不太理想，于是確定了珍珠巖相對(duì)含量的上限為60%。同樣的我們想確定試樣的相對(duì)含量的一個(gè)上限，于是根據(jù)50:50這組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，定出試樣與載體材料珍珠巖這55:45這樣一個(gè)比例；結(jié)果顯示：攪拌均勻后的混合樣比較濕潤(rùn)，有成塊的傾向。于是便定出這樣一個(gè)比例。 以上實(shí)驗(yàn)的過(guò)程只是基于宏觀現(xiàn)象及推測(cè)，具體的吸附效果及吸附量還要做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，如掃描電鏡等。表3-4珍珠巖吸附30%液體石蠟試樣的實(shí)驗(yàn) table 3-4 perlite 30% liquid paraffin adsorption experiments the sample.硬脂酸na2hpo412h2o聚丙烯酰胺溶液液體石蠟珍珠巖試樣與珍珠