聚氨酯型固-固相变储能材料对沥青调温效果的影响研究

聚氨酯型固-固相变储能材料可以有效提高沥青的相变储能能力,从而在调节路面温度的同时,减小温度波动。基于上述背景,针对聚氨酯型固-固相变储能材料对沥青调温效果的影响展开研究。确定相变材料的分类标准,并分别研究其储能原理及具体应用情况,完成对聚氨酯型固-固相变储能材料特性的分析。在此基础上,定义周期性储热边界条件,根据沥青调温过程中内聚能密度的变化形式,推导相变储能材料的能量变化规律,从而确定聚氨酯型固-固相变储能材料对沥青调温效果的影响能力。

W-VO2@聚多巴胺改性聚氨酯固-固相变材料及其调温织物

采用原位聚合法,以聚乙二醇(PEG)为相变软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为硬段,聚多巴胺包覆的钨掺杂二氧化钒(W-VO_(2)@PDA)为填料,制备了钨掺杂二氧化钒@聚多巴胺改性聚氨酯固-固相变材料(W-VO_(2)@PDA/PUPCM)。考察了PEG相对分子质量(简称分子量)对W-VO_(2)@PDA/PUPCM乳液稳定性和整理织物调温性的影响。通过FTIR、TEM、POM、XRD、DSC和TG对材料的化学结构、结晶性能、相变性能和热稳定性进行了测试和表征。结果表明,PEG分子量对W-VO_(2)@PDA/PUPCM的储热性能和相变性能有很大的影响,当PEG分子量为8000时,W-VO_(2)@PDA/PUPCM具有良好的形状稳定性和热稳定性,熔融温度和熔融焓最高,分别为51.52℃和144.82 J/g,与未经整理织物相比,经W-VO_(2)@PDA/PUPCM整理后织物升温和降温最大温差分别为7.8和5.3℃。

基于玻璃纤维织物的固-固相变树脂复合材料制备及电磁屏蔽性能

具备灵活热响应的电磁干扰(EMI)屏蔽复合材料是电磁防护、建筑工程、电子兼容等领域的理想候选材料之一。为制得该类EMI屏蔽复合材料,首先将异氰酸丙基三乙氧基硅烷(IPTS)与聚乙二醇(PEG)反应,获得具有高活性硅醇基团可自交联的柔韧固-固相变树脂(SPCR)基体,随后,通过SPCR封装被银纳米线(AgNWs)修饰的玻璃纤维织物(GFF)制备得到AgNWs/GFF/SPCR复合材料。测试了SPCR的结构和热稳定性,研究了AgNWs/GFF层数对复合材料电磁屏蔽性能的影响,最后测试了复合材料的热响应性能。结果表明,SPCR在保留原始PEG相变特性的同时具有优异的形状稳定能力,从而避免被泄漏。4层AgNWs/GFF组成的复合材料在2.8 mm厚度下的EMI屏蔽效能(SE)约为73 dB。电磁波吸收效能(SEA)随着EMI SE的增加呈现出递增的趋势,而电磁波反射效能(SER)在6~18 dB范围内波动。同时,反射系数(R)远大于吸收系数(A),AgNWs/GFF/SPCR复合材料表现出明显的反射主导屏蔽机制。此外,AgNWs/GFF/SPCR复合材料在升温和降温过程均表现出明显的温度滞后现象。因此,AgNWs/GFF/SPCR复合材料在电磁辐射防护和设备热管理方面具有广阔的前景。

温控液-固相变堵漏体系的研制及原位自生堵漏技术

裂缝性漏失是钻井过程中面临的技术难题,目前技术瓶颈是传统桥接堵漏材料与漏失通道匹配度低,易重复性漏失。基于热固性树脂乳化及高温交联聚并原理,研制了温控液-固相变堵漏体系,可自适应进入不同开度裂缝,受漏层高温响应作用,在裂缝中原位生成宽粒径分布的高强度堵漏颗粒。开展了原位自生堵漏颗粒的结构表征、力学性能、裂缝封堵性能测试等。结果表明,温控液-固相变堵漏体系中高分子树脂含量为37%,乳化剂含量为5.2%、分散剂含量为0.07%、交联剂含量为25.9%、蒸馏水含量为31.83%,该体系可在50~90℃漏层温度条件下原位生成0.1~5 mm宽粒径分布的堵漏颗粒。120℃老化后的堵漏颗粒60 MPa压力下D90降级率仅为0.4%,抗压强度高。仅用一套温控液-固相变堵漏体系能同时封堵1~5 mm开度裂缝,承压能力达到10 MPa,实现自适应封堵,有望解决未知裂缝开度的钻井液漏失技术难题。

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。

聚乙二醇基可加工固-固相变储能复合材料的制备与表征

以聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、己二酸(AA)和碳纳米管(MWCNTs)分别为主封装材料、辅封装材料和导热填料,采用原位共混的方法制备了聚乙二醇(PEG)基相变储能复合材料(PCMs)。红外光谱分析表明,PCMs制备过程中,PEG与PBT发生了酯交换反应,与AA和MWCNTs发生了酯化反应。扫描电镜照片显示MWCNTs与PCMs有优异的相容性,在PCMs中分布均匀。热重分析、差示扫描量热分析和导热测试表明,添加1%的MWCNTs后,PCMs的起始分解温度升高了80℃,相变焓值增加约5%,达到143 J/g,热导率增加了36.8%,达到0.26 W/(m·K)。X射线衍射分析显示,MWCNTs的加入提升了PCMs的结晶能力,从而增加了其相变焓值。PCMs可注塑成型为标准样条,具有优异的可加工性。注塑样条在70℃放置2 h后,仍然能够保持最初的形状,展示出典型的固-固相变特征。

石蜡固-固相变材料的制备及性能

针对石蜡(PA)相变材料难以乳化分散、离子交联定型的问题,利用聚丙烯酸(PAA)羧基的亲水性,易离子化特性,设计了低聚合度PAA接枝石蜡,以自乳化方法制备石蜡乳液,通过常温离子交联,在水介质中、短周期内制备了石蜡固-固相变材料(PA SS-PCMs)。利用扫描电子显微镜对PA乳液及PA SS-PCMs的形貌进行了表征、分析,利用红外光谱仪、X射线衍射仪、偏光显微镜、差示扫描量热仪、热重分析仪对石蜡接枝产物及PA SS-PCMs的分子结构、结晶性能、热稳定性进行了测试和分析。结果表明:该定型方法对不同种类石蜡具有普适性,通过接枝改性、离子交联能得到较高储能效率的石蜡固-固相变材料。研究发现:分两次添加55#石蜡(PA1),前期减少PA1的投入占比,后期添加不参与反应的PA1,能有效提高接枝产物的自乳化能力及相变储能能力。在此基础上,制备了AA∶PA1∶BPO质量比为1.8∶15(10+5)∶0.05的PA1 SSt-PCMs,其结晶温度为45.52℃,结晶焓为-182.28J/g,循环100次后结晶焓损失3.05%,具有较高的储能密度和良好的储热稳定性。

砂土液化后液-固相变机理的单元试验与模拟

液化后砂土流动是一个涉及液相向固相转化的过程。针对目前常规三轴加载模式在进行松砂液化后性质研究中存在局限性的现状,提出应力与应变控制相结合的加载方法,获取初始液化状态,开展液化后松散土体流态化性质研究。基于试验结果,引入液-固相变参数,耦合流体本构与固体本构关系,建立可统一描述液化后土体应力应变关系的经验模型,实现不同密实度条件下砂土液化后液-固相变转化全过程力学行为的模拟。

聚丙烯蜡固-固相变材料的制备与工艺优化

针对聚丙烯蜡相变材料难以乳化分散、离子交联定型的问题,利用聚丙烯酸(PAA)羧基的亲水性,易离子化特性,设计了低聚合度聚丙烯酸(PAA)接枝聚丙烯蜡,以自乳化方法制备聚丙烯蜡乳液,通过常温离子交联,在水介质中、短周期内制备了聚丙烯蜡固-固相变材料(PPW SS-PCMs)。首先利用红外光谱仪、核磁共振波谱仪、扫描电子显微镜分析测试,探讨了丙烯酸的浓度及瞬时浓度对聚丙烯蜡(PPW)接枝产物自乳化能力的影响。然后,利用偏光显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、热重分析仪对PPW接枝产物及PPW SS-PCMs的结晶性能、热稳定性做了测试和分析。结果表明:随着丙烯酸(AA)质量占比升高,定型相变材料的相变焓随AA含量的提升而下降。在一定范围内,通过提高AA瞬时浓度能提高改性PPW的自乳化能力,减少定型组分添加量。当AA、PPW、BPO质量比为0.36∶1∶0.05及滴加速率为9mL/min时,所制备的PPW SS-PCMs的结晶温度为52.46℃,结晶焓为-53.61J/g,储能效率为81.26%,具有较好的热稳定性。

道路用聚氨酯固-固相变材料的合成及性能研究

为改善传统路用固-液相变材料对沥青路面的影响,发挥相变材料优越的潜热储能特性,主动调控沥青路面温度状况,减轻公路沥青路面温度病害。以多元醇A为软段,异氰酸酯B及扩链剂C为硬段,采用预聚体法合成65%～90%软段含量不等的聚氨酯固-固相变储能材料(PUPCMs)。借助红外光谱分析仪(FTIR)、热重分析仪(TG)及差示扫描量热仪(DSC),分析研究PUPCMs的结构特征、热稳定性及储热特性。针对道路沥青路面环境温度特点,对比PUPCMs的储热能力,推荐适用于公路沥青路面的PUPCMs。结果表明,PUPCMs由于其特殊的嵌段结构,硬段对软段起到束缚作用,材料在相变过程中由宏观固态转变为无定形固态,解决传统固-液相变材料泄露问题的同时发挥潜热作用,具有良好的热稳定性及储热能力;在模拟道路沥青路面最不利条件时发现PUPCMs的结构特性、热稳定性及储热性能均满足道路用相变材料的使用要求。同时,通过改变软段分子量与含量可以得到不同相变潜热、相变温度及热稳定性的材料。考虑到沥青混合料的实际应用状况,根据材料的相变焓值与相变温度区间,推荐选用6000-70%-PUPCMs掺入沥青中制备相变沥青,作为后续主要研究对象。

聚乙二醇对嵌段聚氨酯型固-固相变储能材料的影响及性能分析

以不同分子量聚乙二醇(PEG)、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,4-丁二醇(BDO)为原料,采用两步法合成了一系列聚氨酯类材料。通过热重分析(TG)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)确定其化学组成,通过偏光显微镜(POM)、X射线衍射(XRD)进行了材料形态结构分析。同时,改变聚乙二醇在材料中所占质量分数得到一系列材料,利用差示扫描量热分析(DSC)发现随聚乙二醇分子量增大,材料相变焓增大,相变温度升高。考察其相变行为发现当聚乙二醇所占质量分数低于91%时,材料呈固-固相变,相变过程为晶态-无定型态的一级相变,且随聚乙二醇质量分数增加,相变焓增加,硬度降低,拉伸强度增加。

具有储能功能的聚氨酯固-固相变材料的研究

以高分子量聚乙二醇(PEG)为软段,4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MD I)、1,4-丁二醇(BDO)为硬段,采用两步溶液法合成了一种具有固-固相变储能性能的聚氨酯材料,通过差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、广角X射线衍射仪(WAXD)、偏光显微镜(POM)等手段分析了该材料的形态结构和相变行为,并对其储能机理进行了初步探讨。结果表明:该聚氨酯型相变材料具有良好的储热性能,相变焓较大,相变温度适中,热性能稳定,相变过程中不产生液体,其相变实质是聚氨酯软段PEG由结晶固态转变为非晶固态的过程。

聚乙二醇基固-固相变材料的制备及其在加热卷烟中的降温效果研究

为解决加热卷烟入口烟气温度过高的问题,采用接枝共聚的方式合成了聚乙二醇基固-固相变材料,研究了反应条件对接枝产物相变行为的影响,并考察了接枝产物对加热卷烟入口烟气温度和关键成分释放量的影响。结果表明:采用接枝共聚合成的醋酸纤维素接枝聚乙二醇单甲醚共聚物(CA-g-mPEG)表现为固-固相变行为,并且具有优异的热稳定性。相变工作单元mPEG的分子量与接枝率对CA-g-mPEG的相变行为有直接影响,优选的CA-g-mPEG_(5000)的相变温度为58.9℃,相变焓为150.2J/g。与IQOS以及未涂覆降温材料的加热卷烟相比,采用涂覆CA-g-mPEG_(5000)降温滤棒的加热卷烟的最高入口烟气温度分别降低9.5℃、11.6℃,说明CA-g-mPEG_(5000)具有优异的烟气降温效果。相对于未涂覆降温材料的加热卷烟,添加CA-g-mPEG后加热卷烟主流烟气的总粒相物、烟碱、丙二醇、丙三醇、水分含量有所降低。

交联型聚氨酯固-固相变材料的相变性能及形态

以聚乙二醇(PEG)、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MD I)、季戊四醇(PETA)为原料,采用两步法合成了一种交联型聚氨酯固-固相变储能材料(C-PUPCM),通过差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TGA)、广角X射线衍射(WAXD)、偏光显微镜(POM)测试技术对该材料进行形态结构分析,考察了其相变行为。结果表明,该聚氨酯型相变储能材料具有典型的固-固相转变性质,其相变过程是聚氨酯软段PEG由结晶固态转变为无定形固态的过程。同时,通过改变PEG的含量可以得到不同结晶性能、不同相转变潜热、不同相变温度及不同热稳定性的材料。

固-固相变储热材料的研究进展

固-固相变储热材料在相变过程中无液体产生,而且具有较大的储能密度和较小的相变体积,在新能源开发和二次能源循环利用等方面具有显著的优势。本文综述了近几年来不同类型固-固相变储热材料的研究进展,包括石蜡、聚乙二醇、多元醇、聚乙烯、层状钙钛矿等,分别从相变行为特征,传热导热,储能机理及其应用等几个方面进行论述,并对相变材料目前存在的问题及未来发展前景进行了展望。

聚氨酯型固-固相变储能材料的合成与性能表征

采用两步溶液聚合法以DMF为溶剂,PEG、MDI、BDO为原料合成了一种聚氨酯型高分子固-固相变储能材料,运用傅立叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)对该种材料进行结构分析和性能表征,对其相变行为和相变机理进行初步探讨。结果表明,所合成的PUPCM相变焓较大,热性能稳定,相变过程中不出现液体,是一种具有较大使用价值和发展前途的高分子固-固相变储能材料。

聚氨酯固-固相变储能材料的研究(英文)

利用聚乙二醇(PEG)为主体,加入无机纳米材料蛋白石(Opal),制备出的新型的有机-无机体系的聚氨酯/Opal固-固相变储能材料,利用了IR、1HNMR、DSC、POM、TG等测试手段,对其结构和性能进行了表征分析。结果表明,该聚氨酯型相变材料具有较高的相变焓值、适宜的相变温度、热性能稳定和相变过程中不产生液体等特点。同时,加入天然纳米无机材料蛋白石后,不仅提高了材料的相变焓值,而且提高了其结晶性能,促使其结晶速率加快,结晶呈现出很规整的球晶状态。

智能调温聚氨酯固-固相变材料的研究

采用化学改性的方法,将不同含量,不同分子量的聚乙二醇(PEG)接枝到以聚醚型的聚氨酯(PU)上,制备出一种新型的固-固相变材料。并通过红外光谱法(IR),示差扫描量热法(DSC)来研究合成材料的结构与相变行为。结果表明,PEG成功地接枝在高分子链PU上,且具有较好的相变焓,适合的相变温度,并当PEG分子量相同时,随着PEG含量的增加,相变材料相变焓增大,热切热稳定性有明显改善,当PEG含量相同,PEG分子量在600～2000时,随着分子量的增加,材料的相变焓增大。

固-固相变储热及其材料制备和性能优化技术(Ⅰ)

相变储热技术作为当前储热研究领域中的重点,在能源利用效率的提高方面效果显著。作为高效储热技术之一,固-固相变储热主要通过固体相变实现热量的吸收和释放。相比于固-液相变储热,固-固相变储热相变过程中体积变化小,同时无明显相分离、泄露等现象,在节能、环保和新能源等诸多领域中具有巨大的发展潜力。有机固-固相变储热材料主要包括高分子聚合物、多元醇以及层状钙钛矿,其中聚合物类主要由"软相"大分子借助化学键连接"硬相"聚合物骨架形成。"软相"作为相变过程的主体,升温至转变温度发生固-液转变;而"硬相"骨架限制其宏观流动,起到维持固体形态的作用。多元醇在低温下呈现层状晶体结构,层间分子通过氢键相连接,进行固相转变时部分氢键断裂,分子转向面心立方晶体结构。层状钙钛矿则是由有机层的长链烷烃以及无机层的金属配位四面体[MX_(4)^(2-)]交替组合而成的夹层状晶体结构,其固-固相变机理与高聚物相似,即有机层的长烷基链进行有序-无序转变,而无机层结构保持不变。现阶段在有机固-固相变储热材料的制备技术方面,聚合物类材料主要通过接枝共聚、嵌段共聚等方法,以聚乙二醇为相变介质借助化学键结合到聚合物骨架上而形成;多元醇适用于中高温工作条件下,其相变温度和相变焓与所含氢键数相关,通过多元复合配比可调整其热物性能;层状钙钛矿的热物性取决于其组成烷基链的长度,可选择制备多元体系以拓宽相变温度范围。近年来,为满足实际应用中对高储热功率的要求,除了致力于开发新型相变储热材料外,研究人员对相变材料的导热强化技术也在不断改进中。本文基于固-固相变的机理,针对当前国内外固-固相变储热技术的研究,分别从相变行为的特征、材料制备、性能优化技术和应用等方面对固-固相变储热技术进行了详细的总结和分析。并在此基础上,从材料制备和相变机制控制的角度,对固-固相变储热材料研究面临的技术壁垒以及未来的研究方向进行了科学的展望,以期对新型储热材料,尤其是中高温固-固相变储热材料的开发提供有价值的专业参考。

固-固相变储热材料的研究进展

与固-液相变材料相比,固-固相变材料(SS-PCMs)受到的关注较少;鉴于SS-PCMs具有储能密度高、无毒且腐蚀性小、相变时无液体产生且体积变化较小、不易发生相分离以及过冷度小等优点,因而是一类具有发展潜力的相变材料。本文基于SS-PCMs的研究现状,对近年来几类重要SS-PCMs如多元醇SS-PCMs、高分子类SS-PCMs及无机盐类SS-PCMs的研究进展进行了综述。简要阐述了SS-PCMs的分类以及各类SS-PCMs的性能、相变储热机制和优缺点。同时介绍了选择固-固相变材料应用时的基本原则,并针对相变材料热导率低,过冷度大、稳定性差等问题的改性研究进行了综述,还简要综述了SS-PCMs的应用研究。最后指出,未来的研究应着眼于解决已合成SS-PCMs的缺陷,开发多功能的SS-PCMs,并在SS-PCMs的实际应用方面实现突破。