【摘 要】
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在能源供需不平衡的今天,能够提高能源利用率的储能技术受到广泛关注。相变储能材料能够改善能源利用时空分布不均的问题,也能够进一步提高能源的利用率。将相变材料微胶囊化可为材料提供保护,避免其泄露腐蚀材料。利用相变材料微胶囊制备得到的潜热型功能流体提高了流体的储能能力和热交换能力,可以应用于集中式冷站和空调系统等领域,具有较高研究价值。本文以十四烷(Tet)为芯材,脲醛树脂(UF)为壁材,采用一步原位聚
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在能源供需不平衡的今天,能够提高能源利用率的储能技术受到广泛关注。相变储能材料能够改善能源利用时空分布不均的问题,也能够进一步提高能源的利用率。将相变材料微胶囊化可为材料提供保护,避免其泄露腐蚀材料。利用相变材料微胶囊制备得到的潜热型功能流体提高了流体的储能能力和热交换能力,可以应用于集中式冷站和空调系统等领域,具有较高研究价值。本文以十四烷(Tet)为芯材,脲醛树脂(UF)为壁材,采用一步原位聚合法和两步原位聚合法分别制备了相变微胶囊。通过扫描电镜(SEM)测试表明,一步法制备得到的微胶囊出现破裂、凹陷和团聚的现象,不适用于烷烃微胶囊的制备。两步法制备得到的微胶囊球形明显,表面光滑,仅有少数UF颗粒黏附,整体稳定性优异,无泄漏现象,适用于后续烷烃微胶囊的制备。采用光学显微镜分析两步法制备过程中微胶囊的形貌变化规律,发现在体系升温过程中,乳液始终保持稳定,在芯材液滴表面逐步形成纳米级无孔壁材。体系温度处于60℃条件下反应10~30min时,大量的UF纳米粒子和UF颗粒生成并沉积于纳米壁层。当体系温度处于60℃条件下反应30~60min时,大量的UF颗粒沉积,60min后反应速率逐步下降,120min后反应完成。研究了乳化剂种类、乳化剂用量、均质速度、聚合p H值、芯壁比、升温速率和聚合转速7个因素对微胶囊制备的影响。以阴离子表面活性剂SDS为乳化剂,乳化剂用量1.2wt%,均质速率5500rpm,聚合p H=3.5,芯壁2:1,升温速率1℃/min和聚合转速500rpm制备的微胶囊球形明显,表面光滑,稳定性优异,无渗漏现象。采用差示扫描量热仪(DSC)和激光粒度仪测试表明,十四烷微胶囊的相变温度为2.94℃,相变潜热为178.1J/g,平均粒径为43.2μm,包裹率达到85.6%。十五烷(Pen)微胶囊的相变温度为8.20℃,相变潜热为115.3J/g,平均粒径为50.0μm,包裹率达到77.3%。傅里叶红外光谱(FT-IR)和热重(TG)测试表明,十四烷微胶囊和十五烷微胶囊被脲醛树脂壁材成功包裹,未发生化学反应,在体系反应过程中并无新物质生成,微胶囊具有较高热稳定性。采用优选的十四烷微胶囊和十五烷微胶囊制备了两种潜热型功能流体(LHFF)。24小时静置实验表明,十四烷微胶囊潜热型功能流体在乙醇含量为74wt%的基液中时最为稳定,十五烷微胶囊潜热型功能流体在乙醇含量为70wt%的基液中最为稳定。十四烷和十五烷微胶囊的潜热型功能流体可分别应用在长距离运输下供回水温度为2/12℃的集中式冷站和空调领域。导热率测试和粘度测试表明,两种烷烃微胶囊的导热率随着温度的升高而增加,随着微胶囊的添加量增加而逐步降低。然而,随着温度的升高,在芯材由固态向液态转变的过程中,两种潜热型功能流体的导热率均出现了一定下降。十四烷和十五烷微胶囊潜热型功能流体的粘度随着微胶囊添加量的增加而升高,并在微胶囊添加量达到15wt%和20wt%时出现大幅增加。两种烷烃微胶囊潜热型功能流体的粘度均随着温度的升高而逐步减小,在微胶囊的质量分数达到15wt%和20wt%时,样品粘度随温度升高出现大幅降低现象。
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