新型聚合物基定形相變材料的制備和應(yīng)用模擬研究.pdf

1、相變材料（PCM）在發(fā)生相態(tài)變化時能吸收/釋放大量潛熱，而自身溫度保持不變或只在很窄的范圍內(nèi)變化。近年來世界各國的研究者對無機、有機、無機/有機混合PCM進行了廣泛研究。從相變溫度和相變潛熱角度考慮，工業(yè)化前景較好的低溫PCM均為固．液PCM。這類PCM在使用中有液相產(chǎn)生，必須設(shè)計專門的容器或采用合適的包封材料對其進行封裝，其中采用不同的高分子材料作為基體，對石蠟類固-液PCM進行包封，制備各種定形相變材料（FSPCM）的相關(guān)研究是一個

2、熱點。 本文首次提出并制備了一種新型聚合物基FSPCM，該材料是以木質(zhì)纖維/熱塑性樹脂的復(fù)合體系為基體，通過在其中添加微膠囊化相變材料（MEPCM）及必要的助劑，經(jīng)模壓加工而成的復(fù)合材料。圍繞新型聚合物基FSPCM的制備和應(yīng)用研究，主要做了如下工作： ①新型聚合物基FSPCM的制備及性能表征 以木粉/高密度聚乙烯（HDPE）復(fù)合體系為基體，在其中添加不同含量的MEPCM、不同熱導率的改進材料、界面改性劑及其它加工

3、助劑，通過模壓法制備出十五種定形相變板材樣品。 用掃描電子顯微鏡（SEM）觀測了定形相變板材的微觀形貌，微觀照片表明所制備的定形相變板材的各組分在體系中分布均勻，特別是板材試樣中的絕大部分MEPCM顆粒仍然完好，從而證實了模壓法制備新型FSPCM的可行性。 用差示掃描量熱儀（DSC）測定了MEPCM和新型FSPCM試樣的相變溫度、潛熱和比熱。結(jié)果表明：將MEPCM加入木粉/HDPE復(fù)合體系，通過模壓法制備新型聚合物基FS

4、PCM，不會改變MEPCM原有的相變溫度，所得FSPCM的潛熱與MEPCM的添加量成正比，當MEPCM含量達到25wt%左右時，F(xiàn)SPCM的潛熱約為28kJkg-1，與國內(nèi)外同類研究相比處于同一水平。 凍融循環(huán)穩(wěn)定性實驗表明所制備的新型FSPCM經(jīng)歷100次凍融循環(huán)之后，相變溫度和潛熱的變化較小，表明其有較好的凍融循環(huán)穩(wěn)定性。 熱失重分析表明所制備的新型FSPCM具有較好的熱穩(wěn)定性。 熱導率測試結(jié)果表明，添加不同

5、的熱導率改進材料均能改善新型FSPCM的導熱性，改善程度與添加的材料種類和添加比例有關(guān)。 力學性能測試結(jié)果表明，所制備的新型FSPCM的彎曲強度大于10MPa，彎曲彈性模量大體在600 MPa以上，表面硬度約為60HD，基本能滿足對裝飾板材力學強度的要求。 ②根據(jù)建筑熱平衡原理和相變材料特性建立了描述一個典型房間所有圍護內(nèi)部逐時溫度場及室內(nèi)空氣逐時溫度的數(shù)學模型，根據(jù)有限差分法用Matlab6．5編寫了模擬程序，并對程序

6、進行了理論驗證、程序間對比驗證和實驗驗證。利用該程序可對新型FSPCM板材用做建筑圍護結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用效果進行詳細的模擬研究。 ⑧用上述程序，綜合考慮多種因素，特別是電熱膜的不同間斷運行模式以及蓄熱層厚度，對新型FSPCM作為電加熱地板輻射采暖系統(tǒng)（以下簡稱電地暖系統(tǒng)）蓄熱層的室溫調(diào)控效果、節(jié)能效果和經(jīng)濟性做了較全面的參數(shù)化研究。結(jié)果表明：當氣象條件、房間朝向、圍護結(jié)構(gòu)熱工性能及蓄熱層自身熱物性等確定時，電熱膜運行模式和蓄熱層厚度

7、對新型FSPCM作為電地暖系統(tǒng)蓄熱層的應(yīng)用效果影響顯著。 ④針對新型FSPCM用作電地暖系統(tǒng)蓄熱層時的熱物性優(yōu)化問題，提出了兩種優(yōu)化方法，即穩(wěn)態(tài)計算法和動態(tài)模擬法。利用這兩種熱物性優(yōu)化方法對將特定厚度的新型FSPCM用作電地暖系統(tǒng)蓄熱層時的熱物性進行了優(yōu)化，得到了有意義的結(jié)果。將上述兩種優(yōu)化方法結(jié)合使用，可為MEPCM的研發(fā)、新型FSPCM板材的配方設(shè)計提供理論指導，并可為電地暖系統(tǒng)的設(shè)計施工提供理論依據(jù)。 ⑤新型FSP