环境友好聚己内酯基复合相变纤维膜的制备及其性能

为实现聚已内酯(PCL)环境友好高分子材料在相变储能领域的应用,以PCL为壳层支撑材料,聚乙二醇(PEG)为核层相变材料,羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)作为导热增强材料分散至核层溶液中,采用同轴静电纺丝法制备了PCL/PEG/MWCNTs-OH复合相变纤维膜,并对其结构和性能进行分析。结果表明:复合相变纤维表面光滑,具有较为完善的核-壳结构;复合相变纤维膜呈现较高的断裂应力和断裂应变,添加质量分数为4%的MWCNTs-OH时复合相变纤维膜的断裂应力为7.43 MPa,断裂应变为132.2%;核层中MWCNTs-OH的加入,提高了复合相变纤维膜的导热性能和热稳定性,而其相变温度和焓值则无明显变化,相变温度在38.85~39.35℃之间,略高于人体的正常温度,在储能调温生物医用材料领域具有潜在的应用价值。

癸酸-棕榈酸-硬脂酸/聚丙烯腈/氮化硼复合相变纤维膜的传热性能

为克服癸酸-棕榈酸-硬脂酸(CA-PA-SA)三元低共熔物液相渗漏和导热性能差的问题,以不同质量比的静电纺聚丙烯腈/氮化硼(PAN/BN)复合纳米纤维膜作为支撑材料,通过物理吸附法制备新型CA-PA-SA/PAN/BN复合相变纤维膜,并研究了BN导热纳米粒子对复合相变纤维膜的形貌结构、储热性能以及储热和放热速率的影响。结果表明:添加质量分数为10%的BN导热纳米粒子对制备的CA-PA-SA/PAN/BN复合相变纤维膜的形貌结构没有影响;复合相变纤维膜的融化温度和融化焓值分别为25℃和136.4～138.6 kJ/kg;通过添加具有高导热系数的BN纳米粒子,CA-PA-SA/PAN/BN复合相变纤维膜的整体传热性能增强,储热和放热时间分别缩短了38%和41%。

制备参数对温控复合织物性能的影响

为开发一种三明治结构的温控复合织物,使用静电纺丝法制备的相变纳米纤维膜作为织物的中间层,使用黏胶织物及羊毛织物分别作为织物的内外层。利用扫描电镜(SEM)和差式扫描量热仪(DSC)分别表征相变纳米纤维膜的形貌和热性能,考察相变材料的含量及相变纳米纤维膜的厚度对温控复合织物保温性和透气透湿性的影响。结果表明:相变纳米纤维膜中纳米纤维呈圆柱形,纤维表面不光滑并有折皱,其熔融相变温度为28.02℃;相变材料的含量越多、相变纳米纤维膜的厚度越大,则温控复合织物的保温性能越好,但其透气透湿性能有所下降。

纳米石墨粉改善定形相变复合纤维膜的储热和放热速率

采用静电纺丝法制备了负载不同含量纳米石墨粉(NG)的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸(CA-LA-MA)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-LA-MA/PAN/NG定形相变复合纤维膜。分别采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和传热测试装置对定形相变复合纤维膜的化学性能、形貌结构、储热性能、热能储存和释放速率进行深入分析。研究结果表明,CA-LA-MA三元低共熔物成功地被吸附到PAN基复合纤维膜中。制备的定形相变复合纤维膜的相变融化温度约为19℃,相变焓值约为114～131kJ/kg。由于添加了具有高导热系数的NG使定形相变复合纤维膜的热能储存和释放效率明显提高了43%和42%。

负载纳米银颗粒增强CA-MA/PAN复合相变纤维膜的传热性能

以银纳米颗粒作为传热增强材料制备新型的静电纺聚丙烯腈/纳米银(PAN/Ag-NPs)复合纳米纤维支撑膜,以癸酸-肉豆蔻酸(CA-MA)二元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-MA/PAN/Ag-NPs复合定形相变纤维膜。扫描电子显微镜图像观察显示CA-MA被成功地吸附到静电纺PAN/Ag-NPs复合纤维膜的孔隙网络结构中。DSC测试结果表明添加Ag-NPs对复合纤维膜的储热性能没有显著影响,其相变温度约为10~31℃之间,相变焓值约为131~147kJ/kg。此外,添加10wt.%Ag-NPs后CA-MA/PAN复合纤维膜的储热和放热时间分别缩短了约47%和49%。

CA-LA-MA-PA-SA/PAN/MWNTs-COOH相变复合纤维膜的结构与热性能

以脂肪酸五元低共熔物(CA-LA-MA-PA-SA)为固-液相变材料,以聚丙烯腈/羧基化多壁碳纳米管(PAN/MWNTs-COOH)复合纤维膜为支撑载体,其中PAN/MWNTs-COOH的质量比例为95/5和90/10,通过物理吸附法制备CA-LA-MA-PA-SA/PAN/MWNTs-COOH定形相变复合纤维膜。系统分析了复合纤维膜的形态结构、相变温度和焓值、储放热速率。SEM观察结果表明CA-LA-MA-PA-SA五元低共熔物被成功地吸附到静电纺PAN/MWNTs-COOH复合纤维膜的多孔网络结构中。DSC测试结果表明制备的纤维膜的相变融化温度和焓值约为19℃和121~129kJ/kg。传热测试结果表明添加MWNTs-COOH后复合纤维膜的储热和放热效率得到显著提高。