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  以癸酸和月桂酸作为储能材料,基于施罗德公式计算结果制备了相变温度各不相同的4种低共融相变材料,其相变温度在20~25℃之间,相变潜热均大于103J/g.而后他们用溶胶-凝胶法将低共融相变材料嵌入多孔SiO2的三维网络结构中,成功制得癸酸-月桂酸/SiO2定型相变材料。通过扫描电子显微镜(Scanning e-lectron microscope,SEM)观察可知,癸酸-月桂酸被束缚在SiO2的网格中不会发生液相泄漏。DSC分析表明,定型相变材料的相变潜热是70.17J/g,相变温度是20.96℃。

  2 有机相变材料的应用

  相变材料在建筑材料中的应用主要分为两大类:一类是把相变材料与建筑围护结构结合,制成相变蓄能围护结构,可大大增加围护结构的蓄热作用,使建筑物室内和室外之间的热流波动幅度被减弱、作用时间被延迟,从而提高建筑物的温度自调节能力和改善室内环境,达到节能和舒适的目的;另一类是把相变材料与大体积混凝土结合,制成相变温控混凝土,能有效降低混凝土内部温升速率、延缓峰值出现时间,从而将有利于解决混凝土因水泥水化热所引起的早期开裂,改善材料耐久性[14].

  2.1石蜡类相变材料的应用相变材料在使用过程中会发生相态的交替变化,即由固态(液态)转化为液态(固态)。因此,在实际使用过程中对相变材料进行封装是很有必要的。相变材料常见的封装方法有浸泡吸附、高聚物定型、微胶囊化等[2,11].李启金等[15]以膨胀珍珠岩为支撑材料,石蜡为储能材料,制备了石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料。他们采用扩散-渗出圈法确定了膨胀珍珠岩的最佳吸附量为65%;对复合相变材料进行SEM和DSC表征,结果表明:膨胀珍珠岩的内部孔隙基本被石蜡完全填充,其自身成为了密实颗粒;复合相变储能材料的相变温度与石蜡的相变温度基本一致,其相变潜热与对应质量分数下石蜡的相变潜热相当。对于浸泡吸附法来说,支撑材料的颗粒大小和孔径对相变材料的吸附率也会产生影响。

  Li等[16]使用3种颗粒粒径依次增大的硅藻土DP1P、DP2P和DP3P对石蜡的吸附情况进行了研究。实验表明:不同的硅藻土吸附石蜡后直接与水泥粉混合制备相变水泥板,当复合材料发生相变时石蜡会发生泄露,其泄露量随硅藻土颗粒的增大逐渐降低;使用表面改性剂对硅藻土进行改性后相变材料的泄露问题可以得到彻底解决。王伟等[17]采用浸泡吸附法制备了十八烷-膨胀珍珠岩复合相变材料,其中十八烷含量为膨胀珍珠岩的132%,即m(膨胀珍珠岩)∶m(十八烷)=1∶1.32.经DSC和FT-IR分析可知复合相变材料在具有优异热性能的同时,十八烷与膨胀珍珠岩也具有良好的`相容性。为了进一步验证复合相变材料的使用性能,他们采用水泥干粉并经水养护所形成的水泥浆体对复合相变材料进行封装,封装后十八烷在膨胀珍珠岩中的容留率由封装前的75%提高到97%以上,达到减少其在水泥基质中使用时相变材料融化泄漏的效果。除了浸泡吸附法外,相变材料常见的封装方法还有高聚物定型法。

  Chen等[18]用聚亚胺酯作支撑材料,正十八烷、正二十烷、石蜡作为相变材料,采用聚乙二醇为软模板,4,4′-二苯基甲烷-二异氰酸酯和1,4-丁二醇作为硬模板合成了相变材料质量分数为10%、20%、25%、30%的聚亚胺酯相变材料。实验表明:聚亚胺酯相变材料的最大包覆比是25%;热重分析(Thermal gravimetric analysis,TGA)和DSC测试验证了材料在高温环境下的热稳定性和聚亚胺酯相变材料的储热能力。

  Trigui等[19]用低密度聚乙烯作为支撑材料,制备了石蜡-低密度聚乙烯复合相变材料。同时研究者将这种定型相变材料应用在模拟被动式太阳能房的墙体装置中,研究了相变材料的热工性能。首先他们成功制备出石蜡含量为60%的复合相变材料,其相变温度和潜热分别是23.67 ℃、134.93J/g;随后他们用自行设计的装置测试了材料的热工参数,包括比热容、潜热、导热系数等。虽然有机相变材料具有相变温度宽、化学性质稳定、价格低廉等特点,但是它的导热能力却相对较弱。大量的研究者在提高材料导热系数方面做了很多工作。

  Lachheb[20]和Cheng[21]都使用了石墨来增强复合相变材料的导热系数。前者用两种孔径不同的石墨作为导热介质,研究了石墨孔径对相变石蜡导热系数的影响。结果表明,石墨对相变石蜡的相变温度没有影响;相变石蜡导热系数的提高与添加石墨的量成比例,石墨含量越高,导热系数越大。为了进一步强化材料的加工使用性能,Cheng等将石墨-石蜡复合材料与高密度聚乙烯热加工成型,制备了定型复合相变材料,比较了石墨和膨胀石墨对材料导热性能的影响。结果表明,膨胀石墨提高材料导热系数的能力比普 通 石 墨 强,添 加16%的 石 墨 材 料 导 热 系 数 提 高67.74%,而添加1%的膨胀石墨就将导热系数提高87.1%.浸泡吸附法和高聚物定型法虽然可以将相变材料较好地包覆,但是经过多次冻融循环后仍会有液相相变材料泄漏、相变材料沉积等问题。能将相变材料完全封装并持久性的方法是微胶囊化。

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