一种粘性复合相变材料、粘性复合相变片材及其制备方法和应用与流程

本发明涉及调温材料，具体涉及一种粘性复合相变材料、粘性复合相变片材及其制备方法和应用。

背景技术：

1、相变储能材料具有在改变其物理状态时吸收或释放大量热能的能力，通过在某一温度下熔化和固化来储存和释放能量。因此，相变储能材料在热量储存和热保护等领域特别是在电子设备的热保护和散热方面的广泛应用而引起了关注。

2、粘性复合相变材料将会在电子设备的热保护和散热方面、功能织物等领域具有巨大的应用前景。但是粘性复合相变材料在吸/放热循环中，一般会伴随着体积的膨胀/收缩变化，影响复合相变材料的调温性能。目前还没有科研工作者对这方面的工作做出系统的研究。

3、cn116496763a公开了一种复合相变材料及其制备方法和调节相变材料相变温度的方法，复合相变材料，包括按重量份数计的如下组分：相变材料30～80份、支撑材料15～55份、增柔助剂3～20份和超高分子量聚乙烯0.1～10份。通过在相变材料的体系中添加一定量的超高分子量聚乙烯，能够与复合相变材料的支撑材料产生协同效应，该复合相变材料虽然具备调节相变温度的能力，但不具备调节复合相变材料的体积变化的能力。

4、cn114892307a公开了一种弹性相变调温纤维及其制备方法。所述弹性相变调温纤维主要由以下组分制得：相变材料20-60份、弹性体5-30份、热塑性树脂5-50份、导热材料3-15份和助剂0-5份。该发明虽然通过在相变材料中加入特定比例的弹性体、热塑性树脂和导热材料，达到提高弹性相变调温纤维的柔韧性和机械强度，但无法调节复合相变材料的体积变化。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种粘性复合相变材料，所述粘性复合相变材料的制备原料按重量份数计包括以下组分：聚苯乙烯20～40份、脂肪酸甲酯30～60份、氢化苯乙烯烯系热塑性弹性体5～15份、高熔点调节剂5～30份和成核剂0.1～2份。本发明所述粘性复合相变材料为聚苯乙烯/脂肪酸甲酯体系，且同时添加高熔点调节剂和成核剂，具有协同作用，可有效调节相变复合材料的体积收缩/膨胀性能，使得粘性相变复合材料达到更好的调温效果。

2、本发明的目的之二在于提供一种所述的粘性复合相变材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将聚苯乙烯、脂肪酸甲酯、氢化苯乙烯烯系热塑性弹性体、高熔点调节剂和成核剂混合，进行密炼，得到所述粘性复合相变材料。

3、本发明的目的之三在于提供一种粘性复合相变片材，所述粘性复合相变片材由如上述的粘性复合相变材料经压片得到。

4、本发明的目的之四在于提供一种所述的粘性复合相变片材的制备方法，所述粘性复合相变片材的制备方法包括以下步骤：将上述的粘性复合相变材料进行压片，得到所述粘性复合相变片材。

5、本发明的目的之五在于提供一种所述的粘性复合相变材料、或所述的粘性复合相变片材在制备调温材料中的应用。

6、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

7、第一方面，本发明提供一种粘性复合相变材料，所述粘性复合相变材料的制备原料按重量份数计包括以下组分：

8、聚苯乙烯20～40份、脂肪酸甲酯30～60份、氢化苯乙烯烯系热塑性弹性体5～15份、高熔点调节剂5～30份和成核剂0.1～2份。

9、在本发明中，以聚苯乙烯/脂肪酸甲酯为相变材料的体系，且同时添加高熔点调节剂和成核剂，具有协同作用，可有效调节相变复合材料的体积收缩/膨胀性能，使得粘性相变复合材料达到更好的调温效果。

10、其中，高熔点调节剂在较高温度结晶，限制了体系中高分子链的运动，使得高分子骨架结构得以保持，提高了体系对相变材料的封装性能。而成核剂加速了高熔点调节剂的结晶速度，使晶粒结构细化，并有利于提高产品的刚性，从而影响其相变前后体积的变化情况。

11、在所述粘性复合相变材料的制备原料中，聚苯乙烯的添加量为20～40份，例如可以是20份、22份、24份、26份、28份、30份、32份、34份、36份、38份、40份等。

12、在所述粘性复合相变材料的制备原料中，脂肪酸甲酯的添加量为30～60份，例如可以是30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份、50份、52份、54份、56份、58份、60份等。

13、在所述粘性复合相变材料的制备原料中，氢化苯乙烯烯系热塑性弹性体的添加量为5～15份，例如可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份等。

14、在所述粘性复合相变材料的制备原料中，高熔点调节剂的添加量为5～30份，例如可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、12份、14份、15份、16份、18份、20份、22份、24份、25份、26份、28份、30份等。

15、在所述粘性复合相变材料的制备原料中，成核剂的添加量为0.1～2份，例如可以是0.1份、0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份、2份等。

16、在本发明中，可通过调控上述高熔点调节剂和成核剂的添加量，从而达到有效调节该复合相变材料体系的体积膨胀/收缩率的目的。

17、优选地，所述聚苯乙烯的重均分子量为6×104～10×104g/mol，例如可以是6×104g/mol、6.5×104g/mol、7×104g/mol、7.5×104g/mol、8×104g/mol、8.5×104g/mol、9×104g/mol、9.5×104g/mol、10×104g/mol等。

18、优选地，所述聚苯乙烯的熔融指数为3～8g/10min，例如可以是3g/mol、3.5g/mol、4g/mol、4.5g/mol、5g/mol、5.5g/mol、6g/mol、6.5g/mol、7g/mol、7.5g/mol、8g/mol等。

19、优选地，所述脂肪酸甲酯的结构式如下式i所示：

20、

21、其中，r1选自碳原子数为10以上(例如可以是10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30等)的直链或支链烷基，优选为c12～c24直链或支链烷基，进一步优选为c14～c18直链或支链烷基。

22、作为本发明一些实施例，所述脂肪酸甲酯包括但不限于十烷酸甲酯(羊蜡酸甲酯)、十二烷酸甲酯(月桂酸甲酯)、十四烷酸甲酯(肉豆蔻酸甲酯)、十六烷酸甲酯(棕榈酸甲酯)、十八烷酸甲酯(硬脂酸甲酯)、二十烷酸甲酯(花生酸甲酯)、二十二烷酸甲酯(山嵛酸甲酯)等。

23、优选地，所述脂肪酸甲酯选自硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯或肉豆蔻酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合。

24、优选地，所述氢化苯乙烯烯系热塑性弹性体选自氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段聚合物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段聚合物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯两嵌段聚合物、星型苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或氢化苯乙烯-异戊二烯三嵌段聚合物中的任意一种或至少两种的组合。

25、优选地，所述高熔点调节剂选自长链脂肪酸和/或长链脂肪醇。

26、优选地，所述长链脂肪酸的结构式如下式ii所示：

27、

28、其中，r2选自c12～c24(例如可以是12、14、16、18、20、22、24等)直链或支链烷基，优选为c16～c20直链或支链烷基。

29、优选地，所述长链脂肪酸为硬脂酸。

30、优选地，所述长链脂肪醇的结构式如下式iii所示：

31、r3-ch2-oh

32、式iii

33、其中，r3选自c12～c24(例如可以是12、14、16、18、20、22、24等)直链或支链烷基，优选为c16～c20直链或支链烷基。

34、优选地，所述长链脂肪醇为硬脂醇。

35、优选地，所述成核剂选自硬脂酸盐、碳酸盐或超高分子量聚乙烯。

36、优选地，所述硬脂酸盐选自硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。

37、优选地，所述碳酸盐碳酸锌和/或碳酸钙。

38、优选地，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×107～10×107g/mol，例如可以是1×107g/mol、2×107g/mol、3×107g/mol、4×107g/mol、5×107g/mol、6×107g/mol、7×107g/mol、8×107g/mol、9×107g/mol、10×107g/mol等。

39、优选地，所述超高分子量聚乙烯的分子量分布宽度指数为10～15，例如可以是10、11、12、13、14、15等。

40、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的粘性复合相变材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

41、将聚苯乙烯、脂肪酸甲酯、氢化苯乙烯烯系热塑性弹性体、高熔点调节剂和成核剂混合，进行密炼，得到所述粘性复合相变材料。

42、优选地，所述密炼的温度为180～200℃，例如可以是180℃、185℃、190℃、195℃、200℃等。

43、优选地，所述密炼的时间为0.5～2h，例如可以是0.5h、0.6h、0.8h、1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h等。

44、第三方面，本发明提供一种粘性复合相变片材，所述粘性复合相变片材由如第一方面所述的粘性复合相变材料经压片得到。

45、优选地，所述粘性复合相变片材的厚度为1～3mm，例如可以是1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3mm等。

46、优选地，所述粘性复合相变片材的热膨胀率为1.0～1.7％，例如可以是1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％等。

47、优选地，所述粘性复合相变片材的热收缩率为0.9～1.6％，例如可以是0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％等。

48、第四方面，本发明提供一种所述的粘性复合相变片材的制备方法，所述粘性复合相变片材的制备方法包括以下步骤：

49、将所述的粘性复合相变材料进行压片，得到所述粘性复合相变片材。

50、优选地，所述压片在硫化机中进行。

51、优选地，所述压片的压力为1～3mpa，例如可以是1mpa、1.2mpa、1.4mpa、1.6mpa、1.8mpa、2mpa、2.2mpa、2.4mpa、2.6mpa、2.8mpa、3mpa等。

52、第五方面，本发明提供一种所述的粘性复合相变材料、或所述的粘性复合相变片材在制备调温材料中的应用。

53、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

54、(1)本发明通过添加高熔点调节剂在较高温度结晶，限制了体系中高分子链的运动，使得高分子骨架结构得以保持，提高了体系对相变材料的封装性能；

55、(2)本发明通过添加成核剂加速了高熔点调节剂的结晶速度，使晶粒结构细化，并有利于提高产品的刚性，从而影响其相变前后体积的变化情况；

56、(3)本发明可通过调控高熔点调节剂和成核剂的添加量，有效调节了复合相变材料体系的体积膨胀/收缩率。