PE/PEG相变复合材料的制备与性能研究

摘要

随着工业发展与技术变革，清洁能源与能源存储已成为一个重要的研究课题。其中，相变复合材料(PCM)对于能源的节约利用具有重要意义。近年来，相变复合材料研究主要集中在单一相变材料的研究，如:石蜡、硬脂酸和多元醇等，且存在热导率低，易发生渗漏等缺点。基于此，本文提出一种新型高低温相变复合材料，可有效改善复合材料的热导率问题和渗漏问题，有望进一步扩大其应用领域。
　　本文以聚乙二醇(PEG)为低温区相变材料，高密度聚乙烯(HDPE)为高温区相变材料，石墨烯纳米片(GNP)为增强导热填料，分别采用溶液共混法、化学改性法和液体橡胶封装法制备了高低温相变复合材料。本文主要研究内容如下:
　　通过差示扫描量热法分析三种相变复合材料(S、CS和RS)的结晶行为，高低温区域的相变焓顺序都符合:△HS＞△HCS＞△HRS，且低温区域PEG相变焓最大值约为76.8kJ/kg，高温区域HDPE相变焓最大值约为105.4kJ/kg。此外，相变复合材料的PEG段结晶度和结晶速率不仅受GNP影响，而且由于较低温时HDPE呈固态，对其产生空间限制作用。在相变复合材料的HDPE段，低GNP含量可以促进HDPE结晶成核（诱导异相成核）;高GNP含量时HDPE的结晶则受限。热失重结果表明:CS体系相变复合材料有更好的热稳定性，S体系在升高温度时有少量泄露并发生分解，CS体系因PEG接枝反应难以直接分解，RS体系中橡胶的存在可有效降低分解速度。
　　热导率测试表明，当GNP含量为8％时S体系的热导率最高，达到1.22W/m-K，CS体系热导率的最大值为1.09W/m·K，而RS体系的热导率仅有0.27W/m·K。由于RS体系是液体橡胶封装制备的相变复合材料，橡胶的热导率较低，难以形成导热网络结构，从而限制了热导率的提高。
　　采用动态流变法研究了三种相变复合材料的相结构与相容性差异。研究结果表明:随着GNP含量增加，S和CS相变复合材料的复数粘度(η*)、储能模量(G')与损耗模量(G

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 相变材料概述

1．1．1 相变材料的热力学特性

1．1．2 相酬的选择

1．2 聚合物相变材料

1．2．2 聚合物相变材料及其研究进展

1．3 高低温相变材料的研究进展及应用

1．3．1 在建筑节能方面的应用研究

1．3．2 在太阳能方面的应用研究

1．3．3 在纺织方面的应用研究

1．4 研究内容及其意义

1．4．1 本课题的研究内容

1．4．2 本课题的研究意义

第二章 PE／PEG相变复合材料的制备与热行为分析

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及试剂

2．2．2 实验仪器与设备

2．2．3 PE／PEG相变复合材料的制备

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 PE／PEG相变复合材料的红外光谱分析

2．3．2 PE／PEG相变复合材料的非等温结晶分析

2．3．3 PE／PEG相变复合材料的热重分析

2．3．4 PE／PEG相变复合材料的热导率分析

2．4 本章小结

第三章 PE／PEG相变复合材料的动态流变行为分析

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 高低温相变复合材料的振幅扫描

3．3．2 高低温相变复合材料的粘度分析

3．3．3 高低温相变复合材料的模量分析

3．3．4 高低温相变复合材料的复杂流变行为分析

3．4 本章小结

第四章 PE／PEG相变复合材料的耐久性分析

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 PE／PEG相变复合材料的耐久性分析

4．3．2 PE／PEG相变复合材料的形貌分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及专利