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(shí)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(duì)無機(jī)、有機(jī)、無機(jī)/有機(jī)混合PCM進(jìn)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(jì)專門的容器或采用合適的包封材料對(duì)其進(jìn)行封裝，其中采用不同的高分子材料作為基體，對(duì)石蠟類固-液PCM進(jìn)行包封，制備各種定形相變材料（FSPCM）的相關(guān)研究是一個(gè)

2、熱點(diǎn)。 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(dǎo)率的改進(jìn)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(cè)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(shí)了模壓法制備新型FSPCM的可行性。 用差示掃描量熱儀（DSC）測(cè)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(huì)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(dāng)MEPCM含量達(dá)到25wt%左右時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(dǎo)率測(cè)試結(jié)果表明，添加不同

5、的熱導(dǎo)率改進(jìn)材料均能改善新型FSPCM的導(dǎo)熱性，改善程度與添加的材料種類和添加比例有關(guān)。 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，所制備的新型FSPCM的彎曲強(qiáng)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(duì)裝飾板材力學(xué)強(qiáng)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(gè)典型房間所有圍護(hù)內(nèi)部逐時(shí)溫度場(chǎng)及室內(nèi)空氣逐時(shí)溫度的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)有限差分法用Matlab6．5編寫了模擬程序，并對(duì)程序

6、進(jìn)行了理論驗(yàn)證、程序間對(duì)比驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用該程序可對(duì)新型FSPCM板材用做建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用效果進(jìn)行詳細(xì)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(yùn)行模式以及蓄熱層厚度，對(duì)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(jì)性做了較全面的參數(shù)化研究。結(jié)果表明：當(dāng)氣象條件、房間朝向、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能及蓄熱層自身熱物性等確定時(shí)，電熱膜運(yùn)行模式和蓄熱層厚度

7、對(duì)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(duì)新型FSPCM用作電地暖系統(tǒng)蓄熱層時(shí)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(jì)算法和動(dòng)態(tài)模擬法。利用這兩種熱物性優(yōu)化方法對(duì)將特定厚度的新型FSPCM用作電地暖系統(tǒng)蓄熱層時(shí)的熱物性進(jìn)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(jì)提供理論指導(dǎo)，并可為電地暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工提供理論依據(jù)。 ⑤新型FSP