【摘 要】
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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
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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(PEG800)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109.6 J·g-1和97.19 J·g-1;熔化过程的相变潜热值分别为96.6 J·g-1和98.58 J·g-1;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,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-1和116.80 J·g-1,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,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-1和121.37 J·g-1;二元储热模式影响下,在结晶和熔融过程中胶囊型相变储热木塑复合材料的相变温度区间宽度分别为23.37℃和20.64℃。微胶囊与木塑复合材料之间形成桥联,提升了微胶囊型相变储热木塑复合材料的界面作用。传热过程中其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。微胶囊型相变储热木塑复合材料在24小时内均能对室内温度进行调节,减缓了室内温度的变化幅度。
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