一种相变储能陶粒及其制备的方法

一种相变储能陶粒及其制备的方法
【专利摘要】本发明所提供的一种相变储能陶粒及其制备的方法，通过以轻质多孔陶粒为基材，在其内部吸附液态的相变储能材料，并采用改性环氧树脂作为封装材料制成；特别的，所述改性环氧树脂由环氧树脂胶、环氧固化剂和导热粉末均匀混合形成；所述导热粉末为具有高导热系数的石墨粉，因此显著地增大了改性环氧树脂的导热系数，以提高相变储能陶粒的换热效率，发挥相变储能陶粒相变储能调温功能。
【专利说明】一种相变储能陶粒及其制备的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及的是一种相变储能陶粒及其制备的方法。

【背景技术】
[0002] 近年来，建筑节能已引起国内外能源、材料、建筑等不同研宄领域学者们的关注。 相变材料（Phase Change Material，PCM)在发生相变的过程中伴有较大能量的吸收或者释 放，在太阳能利用、建筑节能和空调采暖方面有着广阔的应用前景。利用相变材料的相变 潜热来存储热能的技术，具有储能密度大、蓄放热过程近似等温、过程易控制等优点。将相 变材料应用于建筑领域-在建筑上采用具有传热效率高，相变潜热大，相变温度适宜的相 变储能材料，便能够在室温较高时蓄热降温，室温较低时放热升温，始终维持室温在合适范 围，可以提高能源使用效率，降低建筑能耗，对于整个社会节约能源和保护环境都具有显著 的积极作用。
[0003] 固-液相变材料是当前应用最为广泛的相变材料。目前，相变材料在建筑中的应 用基本上全部是用在围护结构等非结构构件中，如将相变材料放入石膏板中，做成具有相 变储能功能的天棚等非承重结构。从相变材料和建筑节能学科发展来看，"结构-功能"一 体化复合材料的研宄和应用是必然趋势，未来相变材料在建筑领域的应用方式主要是，用 力学性能优良的多孔材料吸附相变材料制成多孔材料基的相变储能材料，然后将其与水泥 基材料复合，制成既有相变储能功能又有优良力学性能的结构-功能材料。这种"结构-功 能"一体化材料可直接用于生产建筑结构构件，这将在很大程度上简化相变材料在建筑领 域的应用。
[0004] 目前，有研宄者选用水泥、沥青等作为封装材料，对吸附有固-液相变材料的多孔 材料进行表面包裹，但是效果并不理想，经过多次相变循环后，液体状相变材料会发生渗 漏，最终导致上述多孔材料相变储能功能失效。用树脂作为封装材料对吸附有相变储能材 料的多孔材料进行包裹，效果较好，可以防止相变为液态的相变材料发生渗漏；但是，用树 脂对相变储能多孔材料进行表面封装，然后，用此相变储能多孔材料与水泥基材料制备复 合功能材料，存在以下不足之处： (1)树脂具有粘性，其作为封装材料会使相变储能多孔材料相互粘着；且其在硬化之前 具有流动性，会造成相变储能多孔材料表面封装不均匀，影响封装效果。
[0005] (2)树脂的导热系数低。由于树脂的导热系数较低，其作为封装材料会造成所述相 变储能多孔材料的换热效率低，使相变材料不能完全发生相变，或促使其完成相变所需的 时间很长，导致所述相变材料利用率偏低，从而降低其相变储能调温效果。
[0006] (3)树脂作为封装材料会使相变储能多孔材料与水泥基体的界面粘结力较差。树 脂属于有机材料，水泥基材料属于无机材料，有机材料与无机材料相容性较差；用树脂作为 封装材料会导致相变储能多孔材料与水泥基体的粘结力较差，最终影响水泥基相变储能多 孔材料这种复合功能材料的强度。
[0007] 因此，现有技术有待于进一步的改进。


【发明内容】

[0008] 鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种相变储能陶 粒及其制备的方法，以解决现有技术中相变储能多孔材料表面封装不均匀、相变材料利用 率偏低和多孔材料与水泥基体的粘结力较差等问题。
[0009] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下： 一种相变储能陶粒，其中，以轻质多孔陶粒吸附液态的相变储能材料，并采用改性环氧 树脂作为封装材料； 所述改性环氧树脂由环氧树脂胶、环氧固化剂和导热粉末均匀混合形成。
[0010] 所述相变储能陶粒，其特征在于，所述相变储能陶粒还包括：掺和料表面层； 所述掺和料表面层为：封装完成的相变储能陶粒的外表面包裹一层矿物掺和料所形 成。
[0011] 所述相变储能陶粒，其中，所述改性环氧树脂中导热粉末的加入量为环氧树脂胶 和环氧固化剂质量之和的15%。
[0012] 所述相变储能陶粒，其中，所述导热粉末为石墨粉。
[0013] 所述相变储能陶粒，其中，所述矿物掺和料为硅灰粉。
[0014] -种相变储能陶粒的制备方法，其中，包括： A、 使用真空吸附法将轻质多孔陶粒内部吸附有液态的相变储能材料； B、 使用由环氧树脂胶、环氧固化剂和导热粉末均匀混合而成的改性环氧树脂对内部吸 附有相变储能材料的轻质多孔陶粒进行封装。
[0015] 所述相变储能陶粒的制备方法，其中，所述方法还包括： C、 使用矿物掺和料对封装完成的相变储能陶粒进行包裹，使所述相变储能陶粒具有掺 和料表面层。
[0016] 所述相变储能陶粒的制备方法，其中，在步骤A之前还包括： A0、对所述轻质多孔陶粒进行预处理，所述预处理包括：对轻质多孔陶粒进行清洗和干 燥处理。
[0017] 所述相变储能陶粒的制备方法，其中，在所述步骤A中包括： A1、将相变储能材料放置在器皿中，将所述预处理后的轻质多孔陶粒与相变储能材料 混合后，连同器皿一起放置在烘箱中； A2,在轻质多孔陶粒的上方设置多孔钢丝网，使轻质多孔陶粒完全浸入在相变储能材 料中。
[0018] 所述相变储能陶粒的制备方法，其中，所述步骤A还包括： A3、当将相变储能材料在真空状态下被吸附到轻质多孔陶粒中后，从将轻质多孔陶粒 从相变储能材料中过滤出，并将其进行冷却。
[0019] 有益效果，本发明所提供的一种相变储能陶粒及其制备的方法，通过以轻质多孔 陶粒为基材，在其内部吸附液态的相变储能材料，并采用改性环氧树脂作为封装材料制成； 特别的，所述改性环氧树脂由环氧树脂胶、环氧固化剂和导热粉末均匀混合形成；所述导热 粉末为具有高导热系数的石墨粉，因此显著地增大了改性环氧树脂的导热系数，以提高相 变储能陶粒的换热效率，发挥相变储能陶粒相变储能调温功能。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1是本发明所提供的一种相变储能陶粒的制备方法的步骤流程图。
[0021] 图2是本发明中所述方法中真空吸附法所使用的设备结构示意图。

【具体实施方式】
[0022] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对 本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0023] 本发明提供了一种相变储能陶粒，其以轻质多孔陶粒为基材，在其内部吸附液态 的相变储能材料，并采用改性环氧树脂作为封装材料；所述改性环氧树脂由环氧树脂胶、环 氧固化剂和导热粉末均匀混合形成。
[0024] 具体的，所述相变储能陶粒使用力学性能优良的轻质多孔陶粒吸附液体状的相变 储能材料；然后，采用改性环氧树脂作为封装材料对上述相变储能陶粒进行表面封装，从而 可以有效地防止相变为液态的相变储能材料发生渗漏，所述改性环氧树脂加入了适量的具 有高导热系数的粉末物质增强了其导热性能，以提高所述相变储能材料的换热效率。
[0025] 本发明所选用的陶粒为轻质多孔陶粒，其在1200°C左右烧制而成，主要矿物成分 是SiO# Al 203，具有较高的孔隙率(开口孔隙率可达50%以上，总体孔隙率可达70%~80%)， 同时又有较好的力学性能，是理想的相变储能材料载体。
[0026] 本发明所选用的相变储能材料为相变石蜡，它是一种有机相变材料，相变温度适 宜为25°C，具有较高的相变潜热为153. lj/g，化学性质稳定，无毒无腐蚀性，且无过冷及析 出现象，是理想的相变储能材料。
[0027] 优选的，选用改性环氧树脂作为封装材料。所述改性环氧树脂是由环氧树脂胶、 环氧固化剂和导热粉末组成。在使用过程中需对环氧树脂胶和环氧固化剂进行加热，然后 按质量比1:1进行均匀混合。实践得出，在进行封装时将环氧树脂胶和环氧固化剂加热至 45°C ~55°C为宜，此时环氧树脂胶和环氧固化剂具有较高流动性，且凝固速度也较缓慢，便 于封装过程的顺利进行。所述导热粉末为高导热系数的石墨粉。将其作为改性物质均匀 加入封装材料中，以提高封装材料的导热能力，进而提高所述相变储能陶粒的换热效率。
[0028] 需要说明的是，所述导热粉末还可以是金属粉末，比如铜粉。
[0029] 为了改善相变储能陶粒与水泥基材的界面的粘结力，进一步地，用矿物掺和料对 表面包裹了改性环氧树脂的相变储能陶粒进行均匀包裹，使相变储能陶粒的表面均匀地覆 盖有矿物掺和料。其作用是：一方面，使改性环氧树脂均匀地包裹相变储能陶粒，另一方面， 增强相变储能陶粒与水泥基体的粘结力。优选的，所述矿物掺和料选用硅灰。
[0030] 在本发明上述提供的所述相变储能陶粒的前提下，本发明还提供了一种相变储能 陶粒的制备方法，如图1所示，包括： S1、使用真空吸附法将轻质多孔陶粒内部吸附液态的相变储能材料。
[0031] 为了取得较佳的吸附效果，在使用真空吸附法将相变储能材料吸附到轻质多孔陶 粒内部之前，还包括步骤： 对所述轻质多孔陶粒进行预处理，所述预处理包括：对轻质多孔陶粒进行清洗和干燥 处理。具体预处理的过程说明如下： 第一步，对所述轻质多孔陶粒进行清洗，洗去陶粒表面的残渣，之后使用漏网过滤轻质 多孔陶粒，直至其不再有水滴下为止。
[0032] 第二步，将过滤的轻质多孔陶粒放入烘箱中进行烘干处理，烘箱的温度设定为 105°C，第一次放入轻质多孔陶粒前对其进行称重并记录，之后每隔一个小时对其称重并记 录，直至连续两次称重结果一致为止，以确保轻质多孔陶粒处于绝对干燥状态。所述轻质多 孔陶粒之所以要处于绝对干燥状态，是因为：一方面，如果轻质多孔陶粒内含有水分，会降 低其对液态相变石蜡的吸收量，另一方面，相变石蜡属于有机材料，其与水不相容，如果轻 质多孔陶粒内含有水分会影响相变石蜡在轻质多孔陶粒内的分布；此二者会降低所述相变 储能陶粒的储能调温效果。
[0033] 第三步，关闭烘箱，让上述轻质多孔陶粒温度降至常温。
[0034] 经过上述步骤将轻质多孔陶粒进行预处理后，所述步骤Sl还包括： 在轻质多孔陶粒的上方设置多孔钢丝网，使轻质多孔陶粒完全浸入在相变储能材料 中。
[0035] 将相变储能材料放置在器皿中，将所述预处理后的轻质多孔陶粒与相变储能材料 混合后，连同器皿一起放置在烘箱中。
[0036] 具体的，将液体状的相变石蜡倒进器皿中，高于器皿内陶粒表面上适当位置处的 多孔钢丝网，使轻质多孔陶粒与液体状相变石蜡充分混合；多孔钢丝网的作用是阻止轻质 多孔陶粒浮在液体状相变石蜡表面，而使其始终完全沉浸在液体状相变石蜡中，使二者充 分接触，从而使轻质多孔陶粒大量地吸附液体状相变石蜡。
[0037] 由于相变石蜡有可能是固态的，因此在使用其之前还包括：将相变石蜡放置于 温度为40°C的烘箱内恒温24小时，使相变石蜡吸热发生相变而彻底地变成液体状态，同 时，将上述轻质多孔陶粒放置于一个钢制器皿中，此钢制器皿是一个直径为30cm，高度为 15cm，且底部密闭不渗透的圆柱形器皿，轻质多孔陶粒的质量为640. 69g，在高于陶粒表面 适当位置处设置一道多孔钢丝网；把此盛有轻质多孔陶粒的器皿随相变石蜡一起放置于温 度为40°C的烘箱内24小时，使轻质多孔陶粒和器皿具有与相变石蜡相同的温度，这样，在 轻质多孔陶粒吸附液体状相变石蜡过程中就不会因三者温度不同，而使液体状的相变石蜡 温度过快降低，加速其发生相变变成固体状的进程。
[0038] 经过了上述步骤的预处理之后，接下来将盛装有轻质多孔陶粒和相变石蜡的器皿 放入反应釜中，使用真空吸附法将液体相变石蜡吸附到轻质多孔陶粒内部。
[0039] 图2所示为本步骤中采用真空吸附法使轻质多孔陶粒内部吸附有液体相变储能 材料的设备连接示意图，如图2所示，将盛有液体状相变储能材料2和轻质多孔陶粒1的器 皿3放置于反应釜内的空间中，盖好顶盖，此反应釜连接带有压力计5的过滤装置7,过滤装 置7与真空泵4相连接。
[0040] 优选的，在具体实施过程中，相变储能材料为相变石蜡。
[0041] 使实验环境温度保持在28°C，实验环境温度稍高于相变石蜡的相变温度，使相变 石蜡始终处于液体状态，保证轻质多孔陶粒1吸附液体状相变石蜡能持续地进行。闭合反 应釜上的气阀开关，使其内空间与外部空气隔绝，开启真空泵4,使反应釜内空间的压力降 至-0. IMPa，在此负压下保持40分钟；这样，反应釜处于真空状态，轻质多孔陶粒1就能大 量地吸附液体状的相变石蜡。关闭真空泵4,打开玻璃反应釜上的气阀开关，让其内空间与 外部空气连接，以使其内部压力慢慢地达到大气压，内空间压力与大气压相等，才能取下玻 璃反应釜的顶盖，取出盛有液体状相变石蜡和轻质多孔陶粒的器皿。
[0042] 当将相变储能材料在真空状态下被吸附到轻质多孔陶粒中后，将轻质多孔陶粒从 相变储能材料中过滤出，并将其进行冷却，比如将其放置入冰箱中，使相变石蜡发生相变转 为固态以防止液态相变石蜡发生渗漏。
[0043] S2、使用由环氧树脂胶、环氧固化剂和导热粉末均匀混合而成的改性环氧树脂对 内部吸附有相变储能材料的轻质多孔陶粒进行封装。
[0044] 将冷却后的吸附有相变石蜡的轻质多孔陶粒取出，使用改性环氧树脂对其进行表 面封装。具体的，将相变储能陶粒加入上述混合均匀的改性环氧树脂中，然后进行搅拌，使 该改性环氧树脂充分包裹所述相变储能陶粒，用漏网过滤表面包裹了改性环氧树脂的相变 储能陶粒。
[0045] 为了增加相变储能陶粒与水泥基体的粘结力，所述方法还包括步骤： 使用矿物掺和料对封装完成的相变储能陶粒进行包裹，使所述相变储能陶粒具有掺和 料表面层。
[0046] 在具体实施例中，优选的，选用硅灰对表面封装了改性环氧树脂的相变储能陶粒 进行均匀包裹，表面封装了改性环氧树脂而相互粘着的相变储能陶粒因硅灰的包裹而分离 开变得相互独立，待改性环氧树脂硬化后，用筛网过滤多余的硅灰，就制得改性相变储能陶 粒，将其放置于低温冰箱中，使吸附在其内的相变石蜡发生相变为固体。
[0047] 实验前，轻质多孔陶粒的质量为640. 69g，实验后，轻质多孔陶粒的质量为 1102. 67g，由此可知，轻质多孔陶粒在真空状态下，能大量地吸附液体状的相变石蜡，吸附 量为72. 1%。吸附量=(轻质多孔陶粒吸附相变石蜡后的重量-轻质多孔陶粒吸附相变石 蜡前的重量)/轻质多孔陶粒吸附相变石蜡前的重量）X 100%，即72. 1%= (1102. 67-640. 69) /640.69) X100%。
[0048] 为了证明加入石墨粉能增强作为封装材料的环氧树脂的导热性能，分别对纯环氧 树脂和添加了不同份量的石墨粉的改性环氧树脂进行了导热系数测试，石墨粉的添加量为 环氧树脂质量的5%、10%、15%和20%，测试结果如表1所示。
[0049]

【权利要求】
1. 一种相变储能陶粒，其特征在于，以轻质多孔陶粒吸附液态的相变储能材料，并采用 改性环氧树脂作为封装材料； 所述改性环氧树脂由环氧树脂胶、环氧固化剂和导热粉末均匀混合形成。
2. 根据权利要求1所述相变储能陶粒，其特征在于，所述相变储能陶粒还包括：掺和料 表面层； 所述掺和料表面层为：封装完成的相变储能陶粒的外表面包裹一层矿物掺和料所形 成。
3. 根据权利要求1所述相变储能陶粒，其特征在于，所述改性环氧树脂中导热粉末的 加入量为环氧树脂胶和环氧固化剂质量之和的15%。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述相变储能陶粒，其特征在于，所述导热粉末为石墨 粉。
5. 根据权利要求2所述相变储能陶粒，其特征在于，所述矿物掺和料为硅灰粉。
6. -种相变储能陶粒的制备方法，其特征在于，包括： A、 使用真空吸附法将轻质多孔陶粒内部吸附液态的相变储能材料； B、 使用由环氧树脂胶、环氧固化剂和导热粉末均匀混合而成的改性环氧树脂对内部吸 附有相变储能材料的轻质多孔陶粒进行封装。
7. 根据权利要求6所述相变储能陶粒的制备方法，其特征在于，所述方法还包括： C、 使用矿物掺和料对封装完成的相变储能陶粒进行包裹，使所述相变储能陶粒具有掺 和料表面层。
8. 根据权利要求6所述相变储能陶粒的制备方法，其特征在于，在步骤A之前还包括： A0、对所述轻质多孔陶粒进行预处理，所述预处理包括：对轻质多孔陶粒进行清洗和干 燥处理。
9. 根据权利要求7所述相变储能陶粒的制备方法，其特征在于，在所述步骤A中包括： A1、将相变储能材料放置在器皿中，将所述预处理后的轻质多孔陶粒与相变储能材料 混合后，连同器皿一起放置在烘箱中； A2,在轻质多孔陶粒的上方设置多孔钢丝网，使轻质多孔陶粒完全浸入在相变储能材 料中。
10. 根据权利要求9所述相变储能陶粒的制备方法，其特征在于，所述步骤A还包括： A3、当将相变储能材料在真空状态下被吸附到轻质多孔陶粒中后，将轻质多孔陶粒从 相变储能材料中过滤出，并对其进行冷却。
【文档编号】C04B41/83GK104496544SQ201410843777
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】崔宏志, 朱国飞, 石宪, 邢锋 申请人:深圳大学