【摘 要】
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我国能源消耗不断增加,不可再生资源逐渐匮乏,可再生能源开发与相变储能成为研究热点。基于相变材料的潜热储热技术在应用场景中可借助相变材料达到熔点温度时持续吸热或放热而温度不变的特性实现热能储存。现阶段复合相变材料在解决相变材料固-液转换造成的泄露问题的同时,面临着制备过程复杂,材料容易破损以及破损后无法修复等问题。针对其存在的问题,本课题通过平板硫化法一步制备得到可自修复的聚合物基定型相变材料,并将
【基金项目】
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国家自然科学基金（青年项目）:SEBS 聚合物基定型相变材料自修复过程热质传递特性研究（51906230）,2020.01.01~2022.12.31； 河南省科技攻关计划项目:建筑用聚合物基复合相变材料制备及其热性能研究（212102210007）, 2021.01.01~2022.12.31；
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我国能源消耗不断增加,不可再生资源逐渐匮乏,可再生能源开发与相变储能成为研究热点。基于相变材料的潜热储热技术在应用场景中可借助相变材料达到熔点温度时持续吸热或放热而温度不变的特性实现热能储存。现阶段复合相变材料在解决相变材料固-液转换造成的泄露问题的同时,面临着制备过程复杂,材料容易破损以及破损后无法修复等问题。针对其存在的问题,本课题通过平板硫化法一步制备得到可自修复的聚合物基定型相变材料,并将其应用于实际场景中。目前我国建筑运行阶段能耗约占全国能源消费总量的21.7%,占比较高,将相变储能与建筑围护结构结合可以降低建筑能耗,达到建筑节能效果,本课题将使用该复合相变材料制备相变围护结构应用于建筑节能作为主要应用进行研究。本课题主要研究内容主要为以下三部分:（1）通过平板硫化法一步制备聚合物基定型相变材料,并探明氢化苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SEBS）与石蜡的物理交联机理。室温下为固态和液态的石蜡均可与SEBS物理交联,本文以相变温度为9-10℃,50-52℃和22-24℃的石蜡为例进行探索。SEBS与石蜡制备得到的复合相变材料DSC测试结果表明,该材料具有较高的储能密度。SEBS对石蜡的最大吸附量为85wt%,相变温度为9-10℃,50-52℃和22-24℃的复合相变材料潜热值分别为137.6 J·g-1,188.1 J·g-1和205.6 J·g-1。热稳定性测试结果显示石蜡与SEBS复合后,热解温度推迟至200℃,且50次冷热循环后石蜡无泄漏,说明其具有良好的热稳定性。机械性能测试结果显示其最大伸长率高达1160%,具有良好的弹性性能。储能测试结果显示其可以维持一定时长的温度平台期,表明其具有良好的储热性能。（2）通过自修复性能实验,探明了SEBS与石蜡制备得到的复合相变材料的自修复机理及自修复最佳条件。传热传质特性研究实验确定自修复速率受石蜡质量分数,自修复温度和导热系数的影响。设计自修复实验对不同影响因素进行探究,得到最高自修复速率对应的最佳条件。实验结果表明最佳自修复条件为,130℃的自修复温度,85wt%的石蜡,添加球型Al2O3颗粒质量分数为10%,自修复耗时25 min。应力-应变测试检验自修复效果,结果表明自修复不影响材料机械性能,最大伸长率仍为1160%。（3）通过实验测试与数值模拟结合,将SEBS与相变温度为22-24℃石蜡制备得到的聚合物基定型相变材料制作相变围护结构,应用于小型移动板房模型,并在恒温38℃的环境下监测6小时内的模型内部温度。实验结果显示添加复合相变材料后模型内部中心最高温度为28.32℃,低于环境温度9.68℃,内部中心维持温度在22-24℃范围的时长为5.0 h。而未添加复合相变材料的模型内部中心温度在5.3 h内达到最高温度38℃,这表明添加复合相变材料可以有效控制内部温度,降低温度波动。通过数值模拟重复实验测试过程,结果一致。通过数值模拟改变复合相变材料厚度计算模型内部中心温度,结果显示当其厚度由0.5 cm提高至1 cm时,模型内部在6 h内最高温度由27.9℃下降至25.0℃,厚度为1 cm时,10 h内模型内部温度平台期恒定在22-26.5℃之间。当其厚度由1 cm改变为1.5 cm时,模型内部在6 h内最高温度由25.0℃下降至24.7℃,厚度为1.5 cm时,10 h内模型内部温度平台期恒定在22-25.1℃之间。这表明当复合相变材料厚度由0.5 cm增加至1 cm时,控温效果提升最为明显。
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