硅藻土基体相变储能石膏板的制备与性能研究

摘要

相变储能建筑材料是一种新型建筑功能材料，其兼具传统建筑材料和相变储热材料的优点，具有建筑承重和蓄热调温性能，是目前建筑节能领域研究的重要方向。　　本文选取5种常用的单元脂肪酸，对其进行DSC测试，根据所得结果，并基于低共熔理论预测公式，对拟定的4种多元脂肪酸低共熔物的共晶点质量比、相变温度以及相变潜热作了理论计算，将DSC测试结果与理论值进行对比分析验证理论公式的准确性。测得癸酸（CA）-棕榈酸（PA）低共熔物的相变温度为26.44℃，潜热为130.63J/g，较适用于建筑节能领域。对CA-PA低共熔复合脂肪酸相变材料的性能进行测试表征。FT-IR测试表明，CA与PA未发生化学反应，分子结构不变；CA-PA的固-液体积膨胀率为4.65%；经过200次热循环试验后，CA-PA的相变温度提高了2.77℃，相变潜热降低5.20J/g，下降了3.98%，且热循环前后CA-PA的FT-IR图谱基本一致，表明CA-PA低共熔复合脂肪酸的热稳定性较好。　　以硅藻土为定型支撑材料，通过熔融浸泡吸附法制备CA-PA/硅藻土定型相变材料。对硅藻土进行改性，并制备CA-PA/改性硅藻土定型相变材料。对两种定型相变材料的性能进行测试表征。DSC测试表明，两种定型相变材料具有较高的相变潜热，且改性硅藻土吸附得更加稳定；FT-IR分析表明，硅藻土与CA-PA之间的反应属于物理吸附，未发生化学反应；TG实验表明，当温度低于100℃时，两种定型相变材料具有良好的低温热稳定性；200次热循环试验后，两种材料相变温度变化小，说明其长期热循环稳定性较好。　　利用直接混合法制备相变石膏板，研究了硅藻土定型相变材料掺量对石膏板耐水性能和力学性能的影响，结果发现，石膏试样的吸水率和抗压强度随定型相变材料掺量的增大均呈下降趋势，软化系数（KR）先升高后降低。200次热循环后的质量损失和抗压强度结果表明，随定型相变材料掺量的增加，循环后质量损失增大，抗压强度增大，但增大程度不同。当CA-PA/硅藻土掺量为25%时，其综合指标性能最佳，满足围护结构材料的基本力学性能和循环耐久性能。对掺量为25%的CA-PA/硅藻土定型相变材料的相变石膏板的储热调温性能和热物性进行了研究。结果显示，与普通石膏板相比，相变石膏板两侧温度随时间的升温趋势更加平缓，远离热源侧温度波动幅度更小；当温度升高至23℃左右时，相变石膏板远离热源侧的温度变化较平缓，这是由于石膏板中的定型相变材料到达相变点发生相变，吸收了部分热量，说明掺加CA-PA/硅藻土定型相变材料后，石膏板具有一定储热作用。DSC测试分析显示，该相变石膏板的相变温度为23.28℃，接近人体舒适温度，相变潜热为8.81J/g。经热常数仪测定，相变石膏板的导热系数和蓄热系数分别为0.437W/(m?K)和7.29W/(m2?K)，与普通石膏板相比，导热系数降低，蓄热系数增加，其储热能力越好。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 相变材料概述

1.2.1 相变材料的分类

1.2.2 相变材料的应用选择标准

1.3 定型复合相变材料

1.4 相变储能建筑材料

1.4.1 相变储能建筑材料的具体制备方法

1.4.2 相变储能建筑材料的研究现状

1.5本课题的主要研究内容

1.5.1 课题研究意义

1.5.2 课题研究内容

第2章 实验材料仪器、实验步骤及测试表证方法

2.1 实验原材料

2.1.1 相变材料

2.1.2 多孔基体材料

2.1.3 表面改性剂

2.1.4 其他材料

2.2 实验所用仪器

2.3 主要实验步骤及方法

2.3.1多元复合脂肪酸相变材料的制备

2.3.2 硅藻土基体定型相变材料的制备

2.3.3 硅藻土的表面疏水改性

2.3.4 相变储能石膏板的制备

2.4 实验测试与表征

2.4.1 体积膨胀率测试

2.4.2 活化指数和表面接触角的测定

2.4.3 吸油值的测定

2.4.4 傅立叶红外光谱分析

2.4.5 DSC分析

2.4.6 热重分析

2.4.7 热循环稳定性分析

2.4.8 X-射线衍射分析

2.4.9 SEM分析

2.4.10 相变储能石膏板吸水率测定

2.4.11 相变储能石膏板强度测定

2.4.12 相变储能石膏板蓄热性能测试

2.4.13 相变储能石膏板导热系数测试

第3章 多元复合脂肪酸相变材料的制备及性能研究

3.1 多元复合脂肪酸相变材料的配制

3.1.1多元复合脂肪酸相变材料的热物性值的预测

3.1.2 多元复合脂肪酸相变材料的热物性分析

3.2 癸酸-棕榈酸（CA-PA）复合相变材料的性能研究

3.2.1 体积膨胀率测定

3.2.2 FT-IR分析

3.2.3 热循环稳定性分析

3.3 本章小结

第4章 硅藻土基定型相变材料的制备及性能研究

4.1 CA-PA/硅藻土定型相变材料的制备

4.2 CA-PA/硅藻土定型相变材料的性能研究

4.2.1 SEM分析

4.2.2 DSC分析

4.2.3 FT-IR分析

4.2.4 热稳定性分析

4.3 改性硅藻土的制备及性能研究

4.3.1 硅藻土的表面疏水改性工艺

4.3.2 改性硅藻土的性能研究

4.4 CA-PA/改性硅藻土定型相变材料的性能研究

4.4.1 SEM分析

4.4.2 DSC分析

4.4.3 FT-IR分析

4.5 本章小结

第5章 定型相变材料/石膏复合材料的制备与性能研究

5.1 相变储能石膏的制备

5.2 相变储能石膏的性能研究

5.2.1定型相变材料掺量对吸水率的影响

5.2.2 定型相变材料掺量对抗压强度的影响

5.2.3 定型相变材料掺量对软化系数的影响

5.2.4 定型相变材料掺量对耐久性的影响

5.2.5 定型相变材料掺量对循环抗压强度的影响

5.2.6 抗折强度分析

5.2.7 SEM分析

5.2.8 DSC分析

5.2.9相变储能石膏板的热循环稳定性分析

5.2.10 相变储能石膏板储热调温性能测试与分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章