论文部分内容阅读
将相变材料封闭在球形胶囊中而制得的微胶囊相变材料可有效地解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题,因而具有改善相变材料的应用性能乃至拓宽潜热蓄热技术应用领域的重要价值。将微胶囊相变材料添加到液体传热工质中而得到的潜热型功能热流体,可利用相变材料发生相变时释放的潜热来增大传热流体的比热,从而起到强化传热的作用。
本文采用原位聚合法,以十二烷基硫酸钠(SDS)作为乳化剂,合成了以脲醛树脂为壳材、烷烃类相变材料RLIBITHERM RT26为芯材的微胶囊相变材料。应用SEM和DSC等测试手段对相变材料微胶囊的形貌和蓄热性能进行了表征。系统地考察了添加剂种类、添加剂用量、预聚体/芯材比、乳化机转速及乳化剂用量等工艺参数对微胶囊相变材料的形貌和蓄热性能的影响。研究表明,与在体系中添加SiO<,2>和十二醇相比,在预聚体中加入一定量的NaCl能促进微胶囊的形成,而且NaCl的加入量存在一个适宜的范围。提高预聚体/芯材的质量比,会造成制得的产物中聚合物乳胶粒增多,致使RT26在微胶囊相变材料中的百分含量下降乃至微胶囊的相变潜热减小。乳化转速大,机械分散效果好,液滴粒度小,比表面积较大,在聚合过程中聚合物容易沉积在油滴表面而形成尺寸均匀的微胶囊。适当增大乳化剂用量,能提高乳化液中RT26胶束的稳定性,有利于微胶囊的形成。基于以上研究结果,得出制备RT26脲醛树脂微胶囊的最佳工艺条件为:添加6%的NaCl,预聚体/芯材比为3:1、乳化搅拌转速为15000rmp以及乳化剂十二烷基硫酸钠用量为8%。在此条件下制得了粒径约为1um、大小较均匀、相变潜热约为73J/g的RT26脲醛树脂微胶囊。冷热循环试验表明,RT26脲醛树脂微胶囊的相变热及相变温度在冷热循环前后变化不大,具有较好的蓄热性能稳定性。
构建了功能热流体传热与压降性能研究的实验系统,分别以日本三菱制纸(株)综合研究所研制的微胶囊相变粒子和德国Degussa公司制备的亲水性纳米二氧化硅粒子作为传热流体的添加物,配制质量含量为3%的功能热流体,并以此作为实验对象进行了传热性能研究,并与未添加功能粒子的基础水流体进行了传热性能对比。实验结果表明,在相同压降下,二氧化硅纳米流体的传热系数与基础水流体基本相同,而微胶囊相变热流体的传热系数比基础水流体提高了24%~29%。这是由于微胶囊相变材料的相变潜热较大使热流体的比热得到了提高,从而强化了传热。