泡沫铝石蜡板材状复合相变材料及制备方法与流程

本发明涉及相变材料技术领域，特别是涉及一种泡沫铝石蜡板材状复合相变材料及其制备方法。

背景技术：

相变材料具有储热密度大、储热容器体积小、热效率高等特点，在太阳能利用、工业余热及废热回收、建筑节能等领域具有广阔的应用前景,尤其是在建筑空调和供暖领域以及太阳能利用等方面已成为国内外研究的热点。相变材料是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质，这种材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体。相变材料可分为有机和无机相变材料，亦可分为水合盐相变材料和蜡质相变材料。

石蜡作为有机类相变材料具有蓄热能力强、固体成型性好、不易发生相分离及过冷现象、腐蚀性较小和性能稳定等特点。但在作为建筑储热材料、太阳能储热材料等场合使用时，一般采用高聚乙烯作为支撑材料或者制成微胶囊，但其强度和密封性仍然不够理想。

申请公布号为cn105154021a的中国发明专利公开了一种高导热相变储热材料及其制备方法，这种相变材料以通孔泡沫铝作为支撑材料，具有强度高、比表面积大，但综合热性能不够理想且表面封闭困难。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种强度高、综合热性能好的泡沫铝石蜡板材状复合相变材料及其制备方法。

本发明泡沫铝石蜡板材状复合相变材料采用的技术方案是：泡沫铝石蜡板材状复合相变材料，包括作为支撑材料的闭孔泡沫铝板、石蜡，在所述闭孔泡沫铝板上设置自所述闭孔泡沫铝板表面向内部延伸的成型孔，所述成型孔的分布率为40％～70％，所述闭孔泡沫铝板的泡沫孔洞的孔隙率为90.5％～97.5％。

进一步的，所述成型孔垂直或倾斜于闭孔泡沫铝板表面，成型孔直径为2～3mm；所述成型孔深度为1～6mm。

本发明泡沫铝石蜡复合板材状相变材料的制备方法采用的技术方案是：包括如下步骤：

步骤a：制作闭孔泡沫铝板，闭孔泡沫铝板泡沫孔洞的孔隙率为90.5％～97.5％；

步骤b：在闭孔泡沫铝板上加工垂直或倾斜于闭孔泡沫铝板表面的成型孔，成型孔的分布率为40％～70％，并将闭孔泡沫铝板切割成所需尺寸；

步骤c：制作复合模具，采用铝箔冲压制作用于控制两种材料复合成形的模具；

步骤d：制作熔融态石蜡，将固体石蜡装入容器中进行加热，温度控制在70～80℃之间，直至固体石蜡呈熔融态；

步骤e：材料复合，将闭孔泡沫铝板放入模具之中，随之将熔融态石蜡注入铝箔模具内，熔融态石蜡通过成型孔进入泡沫孔洞，直至熔融态石蜡液面完全漫过泡沫铝板；

步骤f：冷却固化，常温下自然冷却至石蜡固化成型；

步骤g：表面处理，去除复合相变材料表面多余的石蜡。

进一步的，步骤d所述的加热方法是水浴加热；步骤g是采用铣削的方法去除复合相变材料表面多余的石蜡。

本发明的有益效果是：采用泡沫铝板作为支撑材料制作石蜡复合相变材料，能够显著改善石蜡相变材料的热导率、热交换率、传热性能及冻融性能。采用闭孔泡沫铝，特别是成型孔的分布率为40％～70％、泡沫孔洞孔隙率为90.5～97.5％，并在其上加工成型分布率为40～70％的成型孔，并按特定的温度和步骤将闭孔泡沫铝板与石蜡复合成型，能够获得综合热性能更加优良的复合相变材料。

附图说明

图1是透孔成型孔泡沫铝石蜡板材复合相变材料示意图；

图2是盲孔成型孔泡沫铝石蜡板材复合相变材料示意图；

图3是泡沫铝石蜡板材复合相变材料局部放大示意图；

图4是40～70％成型孔分布率复合相变材料性能实验蓄热升温曲线图；

图5是40～70％成型孔分布率复合相变材料性能实验放热升温曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1至图3所示，泡沫铝石蜡板材状复合相变材料包括作为支撑材料的闭孔泡沫铝板1、石蜡3，在所述闭孔泡沫铝板上设置自所述闭孔泡沫铝板1表面向内部延伸的成型孔4，所述成型孔4的分布率为40～70％，所述成型孔垂直或倾斜于闭孔泡沫铝板表面，成型孔可以是如图1所示的透孔，也可以是如图2所示的盲孔。成型孔直径为2～3mm，深度为1～6mm。所述闭孔泡沫铝板1的泡沫孔洞2孔隙率为90.5％～97.5％。

泡沫铝石蜡复合板材状相变材料的制备方法包括如下步骤：

步骤a：制作闭孔泡沫铝板，制作泡沫孔洞孔隙率为90.5％～97.5％的闭孔泡沫铝板；

步骤b：在闭孔泡沫铝板上加工垂直或倾斜于闭孔泡沫铝板表面的成型孔，成型孔的分布率为40～70％，并将闭孔泡沫铝板切割成所需尺寸；

步骤c：制作复合模具，采用铝箔冲压制作用于控制两种材料复合成形的模具；

步骤d：制作熔融态石蜡，将固体石蜡装入容器中进行加热，加热方法是水浴加热；温度控制在70～80℃之间，直至固体石蜡呈熔融态；

步骤e：材料复合，将闭孔泡沫铝板放入模具之中，随之将熔融态石蜡注入铝箔模具内，熔融态石蜡通过成型孔进入泡沫孔，直至熔融态石蜡液面完全漫过泡沫铝板；

步骤f：冷却固化，常温下自然冷却至石蜡固化成型；

步骤g：表面处理，采用铣削的方法去除复合相变材料表面多余的石蜡。

图4、图5所示为四种不同成型孔分布率的泡沫铝石蜡复合相变材料与石蜡相变材料进行蓄热、放热性能对比实验的结果。图4所示的蓄热性能实验过程是将复合相变材料与石蜡分别放置在温度为66℃的恒温水浴中，测温仪热电偶探头固定在材料中心处，每隔30s记录一次数据绘制材料蓄热升温曲线。图5所示的放热性能实验过程是，当材料中的测温仪显数恒定66℃时，将材料置于温度为25℃的水中，每隔30s记录一次水温数据，绘制水升温曲线。

通过实验数据对比可知泡沫铝石蜡复合相变材料的导热性能优于单一石蜡相变材料，而成型孔分布率是影响复合相变材料蓄热、放热的重要因素。复合材料的蓄热能力随成型孔分布率升高而降低，放热能力随成型孔分布率的提高而提高。因此，基于石蜡优良的蓄热性能以及泡沫铝优良的导热性能，将石蜡填充到穿孔闭孔泡沫铝中能够制得综合热性能优良的石蜡泡沫铝复合相变材料。

实施例一：选用孔隙率为97.5％，尺寸为300*300*10mm的闭孔泡沫铝板制作泡沫铝石蜡复合相变材料，工艺步骤如下：

1.通过熔铝发泡技术及其他特定工艺制作出孔隙率为97.5％的闭孔泡沫铝板，制备表面分布40％成型孔，孔径2mm，孔深4mm，使用线切割技术将泡沫铝板切割成尺寸为300*300*10mm；

2.使用冲压设备将铝箔材料制作成对应形状的复合模具；

3.选取0.8～1.0kg的固体石蜡装入盛装的容器中，采用水浴加热的方式对固体石蜡进行加热，温度控制在70～80℃之间，直至固体石蜡呈熔融态；

4.将孔隙率为97.5％的闭孔泡沫铝板放入模具之中，随之将熔融态石蜡注入铝箔模具内，直至熔融态石蜡液面完全漫过泡沫铝板；

5.常温下自然冷却，待复合材料冷却至完全固化成型；

6.采用铣加工方式将相变材料表面磨平。

实施例二：选用孔隙率为95.5％，尺寸为300*300*10mm的闭孔泡沫铝板制作泡沫铝石蜡复合相变材料，工艺步骤如下：

1.通过熔铝发泡技术及其他特定工艺制作出孔隙率为95.5％的闭孔泡沫铝板，制备表面分布50％成型孔，孔径2mm，孔深4mm，使用线切割技术将泡沫铝板切割成尺寸为300*300*10mm；

2.使用冲压设备将铝箔材料制作成对应形状的复合模具；

3.选取0.8～1.0kg的固体石蜡装入盛装的容器中，采用水浴加热的方式对固体石蜡进行加热，温度控制在70～80℃之间，直至固体石蜡呈熔融态；

4.将孔隙率为97.5％的通孔泡沫铝板放入模具之中，随之将熔融态石蜡注入铝箔模具内，直至熔融态石蜡液面完全漫过泡沫铝板；

5.常温下自然冷却，待复合材料冷却至完全固化成型；

6.采用铣加工方式将相变材料表面磨平。

实施例三：选用孔隙率为92.5％，尺寸为300*300*10mm的闭孔泡沫铝板制作石蜡泡沫铝复合相变材料，工艺步骤如下：

1.通过熔铝发泡技术及其他特定工艺制作出孔隙率为92.5％的闭孔泡沫铝板，制备表面分布60％成型孔，孔径2mm，孔深4mm，使用线切割技术将泡沫铝板切割成尺寸为300*300*10mm；

2.使用冲压设备将铝箔材料制作成对应形状的复合模具；

3.选取0.8～1.0kg的固体石蜡装入盛装的容器中，采用水浴加热的方式对固体石蜡进行加热，温度控制在70～80℃之间，直至固体石蜡呈熔融态；

4.将孔隙率为97.5％的闭孔泡沫铝板放入模具之中，随之将熔融态石蜡注入铝箔模具内，直至熔融态石蜡液面完全漫过泡沫铝板；

5.常温下自然冷却，待复合材料冷却至完全固化成型；

6.采用铣加工方式将相变材料表面磨平。

实施例四：选用孔隙率为90.5％，尺寸为300*300*10mm的闭孔泡沫铝板制作石蜡泡沫铝复合相变材料，工艺步骤如下：

1.通过熔铝发泡技术及其他特定工艺制作出孔隙率为90.5％的闭孔泡沫铝板，制备表面分布70％成型孔，孔径2mm，孔深4mm，使用线切割技术将泡沫铝板切割成尺寸为300*300*10mm；

2.使用冲压设备将铝箔材料制作成对应形状的复合模具；

3.选取0.8～1.0kg的固体石蜡装入盛装的容器中，采用水浴加热的方式对固体石蜡进行加热，温度控制在70～80℃之间，直至固体石蜡呈熔融态；

4.将孔隙率为97.5％的通孔泡沫铝板放入模具之中，随之将熔融态石蜡注入铝箔模具内，直至熔融态石蜡液面完全漫过泡沫铝板；

5.常温下自然冷却，待复合材料冷却至完全固化成型；

6.采用铣加工方式将相变材料表面磨平。