一种聚合物基相变储能材料及其制备方法

摘要

本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种聚合物基相变储能材料，并进一步公开其制备方法。本发明所述的聚合物基相变储能材料，以石蜡为相变材料，同时添加膨化石墨和氮化铝作为高导热材料，利用膨化石墨的多孔性能，使得所述石蜡可吸附于石墨的孔隙中予以形态固定，避免了石蜡相变材料在液‑固相变化时由于其流动性易与周围物质发生掺混的问题；同时所述储能材料辅以聚合物基体材料的作用，所制得储能材料可加工成储能片材使用，进一步扩大了所述储能材料的适用范围。

说明书

技术领域

本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种聚合物基相变储能材料，并进一步公开其制备方法。

背景技术

随着二十一世纪电子科技的蓬勃发展，电子设备越来越趋于微型化、高集成化和大功率化，各类电子元器件的热密度越来越高，储热和快速散热成为微电子元器件及设备技术发展的重要因素。

相变材料(PCM-Phase Change Material)是一种能随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质，其转变物理性质的过程称为相变过程。这时相变材料能够吸收或释放大量的潜热，是一种非常好的绿色节能环保性能载体。

相变控温是指利用相变材料的相变过程来储存或释放热量，从而实现物体温度的控制过程。将相变控温和导热材料应用到微电子元器件及设备中，利用相变材料的固-液相变潜能来储存热能的储热技术，具有储能密度大，储-放热过程近似等温等优势，可以延长电子器件和设备的使用时间、满足电子器件更高、更快的运行速度；且整个控温过程方便易控制，得到广泛研究和应用。

由于固-液相变材料在熔融后相变为液相，具有一定的流动性，并且易与周围物质发生掺混，在实际应用中受到限制，一般使用时需要加以稳定才能在各种场合中使用。因此，储热技术研究的关键除了如何获得高性能的相变储热材料外，还需要改善其应用稳定性能。近年来，诸多相变储热复合材料相继研究并被报道，并朝着获得更高导热性能复合材料的方向发展。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚合物基相变储能材料，并进一步公开其制备方法与应用。

为解决上述技术问题，本发明所述的聚合物基相变储能材料的制备原料包括：聚合物基体材料15-25重量份、相变材料15-25重量份、多孔填料30-70重量份、导热填料20-30重量份。

所述相变储能材料的制备原料包括：聚合物基体材料20重量份、相变材料20重量份、多孔填料50重量份、导热填料25重量份。

所述聚合物基体材料为数均分子量Mn为30000-40000的聚酯树脂。

所述聚酯树脂选自聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚癸二酸乙二醇酯、聚癸二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚间苯二甲酸乙二醇酯、聚间苯二甲酸丁二醇酯的至少一种；

所述聚酯树脂分别为由乙二醇和/或丁二醇，与己二酸、癸二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸的至少一种聚合而成，其熔点范围为60-80℃；

所述的聚酯树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯，所述聚酯树脂的数均分子量Mn为3000-6000g/mol，熔点80-170℃。

所述相变材料为相转变温度35-55℃的石蜡，所述石蜡的相变温度可以通过调整液体石蜡和固体石蜡的比例获得。

所述多孔填料为膨化石墨。所述膨化石墨为按照现有技术中方法处理所得，如将天然鳞片石墨在60℃真空干燥箱内烘干12h，每次取0.5g干燥石墨放入瓷坩埚中，于500-1000℃箱式电阻炉中进行热处理，即可得所需膨化石墨。

所述导热填料为氮化铝颗粒，并优选所述氮化铝颗粒的粒径为10nm-20μm。

本发明还公开了制备所述的聚合物基相变储能材料的方法，包括如下步骤：

(1)在惰性气体保护下，取选定量的所述相变材料和基础成膜树脂，分别加热至熔融态，混匀；

(2)加入选定量的所述多孔填料和导热填料，加热并混匀，即得到所需聚合物基相变储能材料。

进一步的，所述步骤(2)中，所述加热步骤控制温度与所用聚合物基体材料熔点相一致，所述加热温度为80-170℃。

本发明还公开了一种聚合物基相变储能片材，由所述的聚合物基相变储能材料制得。

所述片材的厚度为0.01-3mm。

所述聚合物基相变储能片材的制备为采用现有技术一般压延法或热压法制备。

本发明还公开了所述的聚合物基相变储能材料用于制备微电子元器件及设备的用途。

本发明所述的聚合物基相变储能材料，以石蜡为相变材料，辅以聚合物基体材料的作用，进一步增强了所述储能材料的性能，同时添加的石墨和氮化铝均作为高导热材料，所得储能材料的导热系数最高可以达到35W/(K.m)，制得的相变储能材料能够快速的将体系中的热量传到出去，迅速吸收和传导电子元器件高速运行产生的热量，从而保护电子元器件的正常运行，可用于手机、电脑、LED等微电子元器件和电子设备应用领域。

本发明所述相变储能材料，匹配膨化石墨为多孔填料，利用膨化石墨的多孔性能，使得所述石蜡可吸附于石墨的孔隙中予以固定，避免了石蜡在液-固相变化时由于其流动性易与周围物质发生掺混的问题，进一步扩大了所述储能材料的适用范围。

本发明所述储能材料选用聚酯树脂作为聚合物基体材料，并优选聚酯树脂为聚对苯二甲酸乙二醇和/或丁二醇酯，所述聚酯树脂因为优异的性能被广泛应用于纺织、包装和薄膜等领域基工程塑料应用于电子电器等领域。本发明所述储能材料综合利用聚酯树脂的力学性能、电性能及成膜性能，制得的储能材料可作为储能片材之用，进一步扩宽了所述储能材料的应用领域。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述相变储能材料的制备原料包括：聚对苯二甲酸乙二醇(数均分子量为30000-40000g/mol，下同)15g、石蜡(相转变温度35-55℃，下同)15g、膨化石墨70g、氮化铝颗粒(粒径为10nm-20μm，下同)20g。

本实施例所述的聚合物基相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在惰性气体(N₂)保护下，取选定量的所述相变材料加热至熔融态，另取选定量的基础成膜树脂加热至熔融态，并将二者混匀；

(2)加入选定量的所述多孔填料和导热填料，于80-170℃加热并混匀，即得到所需聚合物基相变储能材料。

实施例2

本实施例所述相变储能材料的制备原料包括：聚对苯二甲酸丁二醇酯(数均分子量为30000-40000g/mol，下同)25g、石蜡25g、膨化石墨30g、氮化铝颗粒30g。

本实施例所述的聚合物基相变储能材料的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例所述相变储能材料的制备原料包括：聚己二酸乙二醇酯(数均分子量为30000-40000g/mol)20g、石蜡20g、膨化石墨50g、氮化铝颗粒25g。

本实施例所述的聚合物基相变储能材料的制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例所述相变储能材料的制备原料包括：聚间苯二甲酸丁二醇酯(数均分子量为30000-40000g/mol)15g、石蜡25g、膨化石墨50g、氮化铝颗粒25g。

本实施例所述的聚合物基相变储能材料的制备方法同实施例1。

实施例5

本实施例所述相变储能材料的制备原料包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯25g(质量比1：1)、石蜡15g、膨化石墨30g、氮化铝颗粒30g。

本实施例所述的聚合物基相变储能材料的制备方法同实施例1。

实施例6

本实施例所述聚合物基相变储能片材，由实施例1所述的储能材料经常规热压法制备，所述片材的厚度为0.01-3mm。

实施例7

本实施例所述聚合物基相变储能片材，由实施例2所述的储能材料经常规压延法制备，所述片材的厚度为0.01-3mm。

实施例8

本实施例所述聚合物基相变储能片材，由实施例3所述的储能材料经常规热压法制备，所述片材的厚度为0.01-3mm。

实施例9

本实施例所述聚合物基相变储能片材，由实施例4所述的储能材料经常规压延法制备，所述片材的厚度为0.01-3mm。

实施例10

本实施例所述聚合物基相变储能片材，由实施例5所述的储能材料经常规热压法制备，所述片材的厚度为0.01-3mm。

对比例

本实施例所述相变储能材料的制备原料包括：石蜡40g、膨化石墨50g、氮化铝颗粒25g。具体合成方法与实施例1相同。

实验例

对上述实施例1-5和对比例中制得储能材料的性能进行检测，并记录于下表1，同时利用现有技术一般热压法对上述实施例1-5和对比例获得的储能材料进行热压处理，观察其是加工片材成型情况。

表1储能材料的性能结果

从上表数据可知，本发明所述相变储能材料，以石蜡为相变材料，辅以膨化石墨作为多孔填料，利用膨化石墨的多孔性能，使得所述石蜡可吸附于石墨的孔隙中予以形态固定，避免了石蜡相变材料在液-固相变化时由于其流动性易与周围物质发生掺混的问题；同时所述储能材料辅以聚合物基体材料的作用，所制得储能材料可加工成储能片材使用，进一步扩大了所述储能材料的适用范围。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。