聚氨酯固-固相變儲(chǔ)能材料的研究.pdf

1、本論文以不同分子量聚乙二醇(PEG)為軟段，MDI-BDO為硬段通過(guò)兩步溶液聚合法合成一系列不同軟段分子量及軟段含量的聚氨酯相變儲(chǔ)能材料(PUPCM)，利用紅外光譜法(FT-IR)，差示掃描量熱法(DSC)，寬角X-射線衍射(WAXD)，熱失重(TG)，偏光顯微鏡(POM)，掃描電鏡(SEM)等現(xiàn)代化分析技術(shù)分析研究了PUPCM的結(jié)構(gòu)特征，相變行為，儲(chǔ)熱性能，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及熱性能的影響因素，提出了此類聚氨酯固態(tài)相變材料的能量貯存和相變機(jī)理

2、。 結(jié)果表明，以聚乙二醇為軟段，MDI-BDO為硬段合成的聚氨酯相變儲(chǔ)熱材料性能優(yōu)異：相變焓較大；相變溫度適中；熱性能穩(wěn)定；相變過(guò)程中不出現(xiàn)液體；相變過(guò)程完全可逆，正過(guò)程和逆過(guò)程相變焓相差較小，方向僅由溫度決定；且此材料經(jīng)歷多次儲(chǔ)熱-放熱循環(huán)后，熱性能幾乎恒定，因此該材料是一種具有較大使用價(jià)值和發(fā)展前途的高分子固-固相變儲(chǔ)能材料。 POM及變溫WAXD測(cè)試發(fā)現(xiàn)，PUPCM軟段在室溫下以結(jié)晶態(tài)存在，結(jié)晶形態(tài)為球晶，由于受到

3、硬段限制，結(jié)晶顆粒較純PEG變小。PUPCM的相變過(guò)程實(shí)質(zhì)是PUPCM中軟段PEG由結(jié)晶固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定型固態(tài)的過(guò)程，材料相變過(guò)程中的能量變化主要來(lái)自軟段PEG的相變潛熱，即PEG由結(jié)晶固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定型固態(tài)過(guò)程中內(nèi)能的變化。硬段對(duì)材料的相變潛熱沒(méi)有貢獻(xiàn)，但它在材料中起著物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，當(dāng)軟段熔融呈現(xiàn)無(wú)定型態(tài)時(shí)束縛PEG的自由運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)材料不發(fā)生宏觀流動(dòng)而呈現(xiàn)出固相狀態(tài)。 聚氨酯具備固-固相變儲(chǔ)熱性能有兩個(gè)必備條件，其一為軟段結(jié)

4、晶；其二為硬段聚集成微區(qū)，形成“物理交聯(lián)點(diǎn)”。研究表明，只有當(dāng)軟段分子量超過(guò)臨界值2000時(shí)，軟段在常溫下才能很好的結(jié)晶且在相變點(diǎn)具有較大的相變潛熱。而硬段含量的臨界值為11wt％，在它之上，PUPCM可以聚集成微區(qū)形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，保證材料在軟段熔融溫度以上保持固體狀態(tài)。 由于軟段PEG結(jié)晶受到硬段的限制，在軟段結(jié)晶臨界值以上的不同分子量PEG為軟段的PUPCM樣品的相變焓和相變溫度均隨著軟段含量的減少而急劇下降；同一軟段含量