一种宽温域相变控温复合材料的制备方法

本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，属于电子热管理。

背景技术：

1、相变材料(phase change materials，简称pcms)是指在物理状态改变过程中能够存储和释放大量热能的物质。由于其独特的温度调控能力、热能储存与释放功能，以及在各种应用中提高能源效率的潜力，pcms受到了广泛关注。在过去，许多常规的pcms，比如石蜡，因其高潜热储存能力而被广泛使用。复合相变材料将pcms与其他材料结合起来，具有改善的热性能和稳定性。通过将pcms嵌入聚合物或金属等基质中，可以增强其传热能力，提高潜热储存能力，并改善复合材料的整体性能。根据相变温度、潜热储存能力、热稳定性和与目标应用的兼容性等因素选择合适的pcms对于实现最佳性能非常重要。然而，这些材料常常存在热传导性差、过冷现象、相分离和相变过程中泄漏等限制。为了克服这些限制并提高pcms的性能，进行了各种创新和进展。通过改进pcms封装技术、复合材料设计和pcms选择等方面的工作，开发出了具有增强热性能、稳定性和可靠性的新型pcms。封装方法(如微胶囊化和纳米封装)涉及将pcms包裹在保护壳或基质中，以解决泄漏和相分离等问题。这有助于更好地控制材料的相变温度和热导率。

2、现有的相变材料的封装方法包括微封装和宏观封装，相变材料微胶囊法是一种流行的相变材料微封装技术，它可以改善相变材料的使用性能和稳定性。然而，相变材料微胶囊法也存在一些缺点：成本高、工艺复杂：为了达到最佳封装效果，需要选择合适的壳体材料，壳体材料会对相变材料的相变性能有所影响，并且相变材料微胶囊化需要特殊设备和工艺，因此生产成本较高。包覆率不足：如果包覆率较低，相变材料微胶囊在熔化时可能会泄漏，从而影响储能效果。相比微胶囊法，物理吸附法的制备工艺相较于微胶囊法更加简单，属于相变材料宏观封装方法之一，但传统的吸附材料(如膨胀石墨、膨胀石墨等)的引入同样也会使复合相变材料的相变潜热降低，不能保持相变材料良好的热性能及热定型效果。

技术实现思路

1、本发明为解决相变材料的热性能及热定型效果差的问题，进而提出一种宽温域相变控温复合材料的制备方法。

2、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，所述方法通过以下步骤实现：

3、步骤一：将聚乙二醇(peg)放入三颈烧瓶中，在加热条件下机械搅拌至其熔化。

4、步骤二：将引发剂加入至所述步骤一中熔化的聚乙二醇(peg)中机械搅拌后得到交联聚氨酯(pu)。

5、步骤三：将相变物质加入至所述步骤二中制备的交联聚氨酯(pu)中混合均匀，获得复合相变材料(fspcms)，置于模具中。

6、步骤四：将所述步骤三中制备的复合相变材料(fspcms)转移至真空环境下干燥后，将复合相变材料(fspcms)从模具中取出。

7、进一步的，步骤一中所述加热温度为70-80℃。

8、进一步的，步骤一中所述机械搅拌的搅拌速率为150-200rpm，搅拌时间为0.5-1h。

9、进一步的，步骤二中所述引发剂为tdi、hdi、mdi中的任意一种。

10、进一步的，步骤二中所述机械搅拌的搅拌速率为200-300rpm，搅拌时间为3-4h。

11、进一步的，步骤三中所述交联聚氨酯(pu)与所述相变物质的质量比为1:1.25。

12、进一步的，所述相变物质为月桂酸(la)和硬脂酸(sa)。

13、进一步的，月桂酸(la)和硬脂酸(sa)的质量比分别为7:3、6:4、5:5、4:6、3:7，并分别对应命名为fspcm1、fspcm2、fspcm3、fspcm4、fspcm5。

14、进一步的，步骤四中所述干燥的温度为80-95℃。

15、进一步的，步骤四中所述复合相变材料(fspcms)从模具中取出时间为干燥后8-12h。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明通过简单的制备工艺获得了具有支撑及相变双重作用的相变交联聚氨酯(pu)。同时采用无溶剂法将月桂酸(la)和硬脂酸(sa)吸附到相变交联聚氨酯(pu)上，通过简单的无溶剂法方法制备了一种具有高相变潜热、宽相变温域的热定型复合相变材料。该材料具有优异的相变特性及热稳定性，其相变温度范围最大可达30℃，相比于纯月桂酸(la)和硬脂酸(sa)提升了300％左右，所制备的复合材料的热定型效果得到明显的改善。

技术特征：

1.一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述加热温度为70-80℃。

3.根据权利要求1所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述机械搅拌的搅拌速率为150-200rpm，搅拌时间为0.5-1h。

4.根据权利要求1所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述引发剂为tdi、hdi、mdi中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述机械搅拌的搅拌速率为200-300rpm，搅拌时间为3-4h。

6.根据权利要求1所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述交联聚氨酯(pu)与所述相变物质的质量比为1:1.25。

7.根据权利要求6所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：所述相变物质为月桂酸(la)和硬脂酸(sa)。

8.根据权利要求7所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：月桂酸(la)和硬脂酸(sa)的质量比分别为7:3、6:4、5:5、4:6、3:7，并分别对应命名为fspcm1、fspcm2、fspcm3、fspcm4、fspcm5。

9.根据权利要求1所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中所述干燥的温度为80-95℃。

10.根据权利要求1所述的一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中所述复合相变材料(fspcms)从模具中取出时间为干燥后8-12h。

技术总结
本发明公开了一种宽温域相变控温复合材料的制备方法，通过以下步骤实现：步骤一，将聚乙二醇(PEG)放入三颈烧瓶中，在加热条件下机械搅拌至其熔化。步骤二，将引发剂加入至所述步骤一中熔化的聚乙二醇(PEG)中机械搅拌后得到交联聚氨酯(PU)。步骤三，将相变物质加入至所述步骤二中制备的交联聚氨酯(PU)中混合均匀，获得复合相变材料(FSPCMs)，置于模具中。步骤四，将所述步骤三中制备的复合相变材料(FSPCMs)转移至真空环境下干燥后，将复合相变材料(FSPCMs)从模具中取出。本发明有效提高了相变材料的相变温度范围，改善了相变材料的热性能及热定型效果。

技术研发人员：乔英杰,郜子源,张晓红,郑婷,王晓东,顾鑫
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15