Page 57 - 《精细化工》2019年第11期

第 11 期 王 汀，等: 多孔凝胶基碳纳米定形相变材料的制备与表征 ·2205·

由图 9a、b 同样可看出，PCM 吸收热能的速率 表 6 定形相变材料循环 50 次后的相变性能
随着 GO 和 CNTs 含量的增加而增加。当 GO 和 CNTs Table 6 Phase transition properties after 50 cyclesof form-
stable phase change materials
含量为 0.2%时，相变材料的温度从–20 ℃上升
样品 θ m,50/℃ Δ H s,50/(J/g)
到 30 ℃分别约用 5790 和 5850 s，比当 GO 和 CNTs
0.005%GO-H 2O/SPH –0.11 334.0
含量为 0.005%时所用时间分别减少了 19.5%和 0.010%GO-H 2O/SPH –0.23 331.5
13.5%。 0.050%GO-H 2O/SPH –0.36 339.2
制备的定形 PCM 可快速吸收或释放热能。几乎 0.100%GO-H 2O/SPH –0.38 330.1
无过冷度，意味着在预冷（储存能量）的过程中， 0.200%GO-H 2O/SPH –0.25 337.3
定形相变材料不会因为存在过冷度而消耗过量能 0.005%CNTs-H 2O/SPH –0.08 330.9
0.010%CNTs-H 2O/SPH –0.32 335.9
量。同时，约 3.5 h 的保温时长暗示着定形相变材料
0.050%CNTs-H 2O/SPH 0.46 306.8
有较高控温性能。因此，制备的定形 PCM 可快速、
0.100%CNTs-H 2O/SPH –0.03 349.7
充分利用热能，提高热能利用效率。
0.200%CNTs-H 2O/SPH –0.17 334.2
2.5.4 热循环性能分析
注：θ m,50 为定形相变材料循环 50 次后的相变温度；ΔH s,50
图 10 是定形 PCM 经过 50 次循环实验后的 DSC 为定形相变材料循环 50 次后的熔融焓。
曲线，表 6 是其相变性能数据。对比图 6 和表 5 可
知，50 次循环测试后，定形 PCM 的相变温度和熔 3 结论
融焓几乎无变化。相变潜热下降最明显的为样品
（1）为提高 SPH 负载 PCM 的能力，采用泡沫
0.050%CNTs-H 2 O/SPH，其相变潜热从 326.8 J/g 下
聚合法，并利用先单因素后正交实验的方法，考察
降到 306.8 J/g，下降仅约 6%。这说明制备定形 PCM
V(AM)∶V(AA)、APS 用量和 NMBA 用量对 SPH 吸
的热循环稳定性好，可多次循环使用，并保持其储
液性能的影响，从而得到制备 SPH 的优化工艺参数
热性能几乎不变，且其热循环寿命远大于 50 次。
为：V(AM)∶V(AA)=3∶2，APS 用量为 2%，NMBA
用量为 0.3%。

（2）优化工艺参数制备的 SPH 内部孔径在 100~
500 μm。以 SPH 为基材，水为 PCM，GO 和 CNTs
为添加剂，制备的两种多孔凝胶基碳纳米定形 PCM
中，SPH 负载 PCM 的质量分数最高可达 95.7%，相
变潜热从纯 PCM 的 352.3 J/g 下降到 CNTs-H 2 O/SPH
的 337.1 J/g，仅下降 4.3%。定形 PCM 的相变温度
几乎无改变，储热性能较优。
（3）定形 PCM 因加入 SPH 基材使水的导热系
数降低 42.1%。GO 和 CNTs 可提高定形 PCM 的导
热系数及吸收和释放热能的速率，当 GO 和 CNTs
质量分数为 0.2%时，其导热系数与不含碳纳米材料
的定形相变材料相比，分别增加 91.5%和 86.0%，
并均超过水的导热系数。同时 50 次热循环实验后，
定形 PCM 的性能几乎不变，说明其热循环稳定性
好，应用中可循环使用。
（4）制备的定形相变材料不易泄露，可用于冷
藏食品或医药的无源低温冷链运输包装。

参考文献：
[1] Alkan C, Kaya K, Sari A. Preparation, thermal properties and thermal
reliability of form-stable paraffin/polypropylene composite for thermal
图 10 GO-H 2 O/SPH (a)和 CNTs-H 2 O/SPH (b)循环 50 次
energy storage[J]. Journal of Polymers and the Environment, 2009,
后的 DSC 曲线 17: 254-258.
Fig. 10 DSC curves after 50 cycles of (a) GO-H 2 O/SPH [2] Ye H, Long L, Zhang H, et al. The performance evaluation of
and (b) CNTs-H 2 O/SPH shape-stabilized phase change materials in building applications