APP/CFA膨胀阻燃石蜡-聚丙烯定形相变材料的制备与研究

摘要

目前世界能源紧缺，相变材料(PCM)作为一种新型的储能材料已经应用到很多领域。其中常用的相变材料多为固-液相变材料，此种材料在使用过程中会有液体的泄露，不易运输和存储，于是研究人员采用制备定形相变材料的方法来解决这一问题。由于定形相变材料通常都是由有机材料组成，非常容易燃烧，限制了其应用范围。因此提高其阻燃性能，成为定形相变材料的重点研究问题。
　　本研究以固体石蜡(paraffin)为相变储能材料，聚丙烯(PP)为支撑材料，运用熔融共混的方法制备出石蜡/聚丙烯定形相变材料，通过测试样品加热后质量的变化，确定石蜡在定形相变材料中不发生泄露的最大添加量为50％，并固定石蜡的含量在30％，引入APP/CFA膨胀阻燃体系制备出阻燃定形相变材料，经测试表明，阻燃定形相变材料的相变温度与石蜡非常接近，相变潜热也与理论值相差不大。当APP/CFA膨胀阻燃体系含量达到30％时，复合材料的阻燃性能提高明显，表现出良好的热稳定性。
　　将不同比例的固体石蜡与液体石蜡（矿物油）通过超声波震荡共混，经步冷曲线和差示扫描量热(DSC)曲线分析表明:当两者比例为1∶1时，混合石蜡的相变温度最低接近室温，并且相变潜热变化不大，相变性能稳定。通过傅里叶红外光谱分析可知，两者是物理混合，没有发生化学变化。
　　选取固液石蜡比例为1∶1的混合石蜡作为相变材料，添加APP/CFA膨胀阻燃剂制备实验制备阻燃定形相变材料，利用锥形量热仪(CONE)研究了各种配比阻燃剂的定形相变材料的阻燃性能，固定阻燃剂的总含量为35％时，材料可达到UL-94 V-0等级，并且随着阻燃剂的增加，材料的热释放速率峰值(PHRR)、总热释量(THR)、烟雾产生速率(SPR)释放速率都有显著的降低，阻燃作用十分显著。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 相变材料

1．2．1 相变材料的研究

1．2．2 相变材料的分类

1．2．3 相变储能材料的应用

1．3 热储能技术

1．3．1 化学反应储能技术

1．3．2 显热储能技术

1．3．3 潜热储能技术

1．4 相变材料的阻燃

1．4．1 阻燃剂的种类

1．4．2 国内相变阻燃研究进展

1．5 本论文的研究意义及内容

2 膨胀阻燃石蜡／聚丙烯定形相变材料的制备与性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验原材料与试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．3 定形相变材料与阻燃定形相变材料的制备

2．2 材料的结构表征与性能测试

2．2．1 密封性能测试

2．2．2 极限氧指数(LOI)测试和垂直燃烧测试

2．2．3 差示扫描量热(DSC)表征

2．2．4 热失重行为口GA)测试

2．2．5 锥形量热仪(CONE)测试

2．2．6 扫描电镜(SEM)测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 密封性能测试

2．3．2 阻燃定形相变材料燃烧性能分析

2．3．3 储能相变性能分析

2．3．4 热失重行为(TGA)测试

2．3．5 锥形量热性能分析

2．3．6 扫描电镜表征

2．4 本章小结

3 混合石蜡相变材料的制备与性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验原材料与试剂

3．1．2 实验仪器

3．1．3 混合石蜡样品制备

3．2 材料的结构表征与性能测试

3．2．1 步冷曲线二元最低共融点表征

3．2．2 混合石蜡相变温度表征

3．2．3 傅里叶变换红外光谱

3．2．4 热循环稳定性测试

3．2．5 均匀性测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 步冷曲线二元最低共融点表征

3．3．2 混合石蜡相变温度表征

3．3．3 红外光谱分析

3．3．4 热循环稳定性测试

3．3．5 均匀性分析

3．4 本章小结

4 APP／CFA膨胀阻燃混合石蜡定形相变材料的研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验原材料与试剂

4．1．2 实验仪器

4．1．3 样品制备

4．2 材料的结构表征与性能测试

4．2．1 极限氧指数(LOI)测试和垂直燃烧测试

4．2．2 室温阻燃定形相变材料差示扫描量热(DSC)表征

4．2．3 热失重行为(TGA)测试

4．2．4 锥形量热仪(CONE)测试

4．2．5 扫描电镜(SEM)测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 阻燃定形相变材料极限氧指数(LOI)测试和垂直燃烧分析

4．3．2 阻燃定形相变材料差示扫描量热(DSC)表征

4．3．3 阻燃定形相变材料热失重行为(TGA)分析

4．3．4 阻燃定形相变材料锥形量热(CONE)分析

4．3．5 阻燃定形相变材料扫描电镜(SEM)分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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