Page 93 - 《精细化工》2022年第6期

第 6 期 赵梦阳，等: 导热增强聚氨酯基柔性定形相变材料的制备及性能
表 2 PU/APDMS-1~4/CNTs 的相变性质
Table 2 Phase change properties of PU/APDMS-1~4/CNTs
熔化过程 结晶过程
样品
T m/℃ ∆H m/(J/g)
PU/APDMS-1/CNTs 53.1 88.3 32.4
PU/APDMS-2/CNTs 49.1 64.6 31.1
PU/APDMS-3/CNTs 49.0 59.8 30.4
PU/APDMS-4/CNTs 51.6 51.1 29.9
热稳定性同样是相变材料的重要指标，可以确
定相变材料的工作温度区间。PU/APDMS-1~4/CNTs
相变材料的 TGA 曲线如图 7 所示。
图 7 PU/APDMS-1~4/CNTs 的 TGA（a）和 DTG（b）曲线
Fig. 7 TGA (a) and DTG (b) curves of PU/APDMS-1~4/CNTs
由图 7 可以看出，PU/APDMS-1~4/CNTs 相变
材料呈现出趋势相同的热分解曲线，均在 250 ℃左
右有极其轻微的失重，此处温度为聚氨酯中氨基甲
酸酯基团 C—O 键的分解温度，在 320~340 ℃处开
始出现部分失重，此处温度为 APDMS 中 Si—O 键
断裂，在 410 ℃左右达到最大降解速率，此处为聚
醚链和 APDMS 中 Si—C、C—C、C—N、N—O 等
有机基团的分解温度。因此，PU/APDMS-1~4/CNTs
在 200 ℃以下不发生热分解，远高于其工作相变温
度，能够保证其在使用过程中具有良好的热稳定性，
可以满足实际应用需求。
对 PU/APDMS/CNTs 的定形效果进行了测试，
将同质量的 PEG10000 和 PU/APDMS-1/CNTs 制备
为相同片状，置于加热板上 60 ℃加热，定形效果
如图 8 所示。
·1159·
T c/℃ ∆H c/(J/g)
84.5
61.1
59.1
49.2
图 8 PEG10000、PU/APDMS-1 和 PU/APDMS-1/CNTs
的定形相变效果照片
Fig. 8 Photos of form-stable phase change of PEG10000,
PU/APDMS-1 and PU/APDMS-1/CNTs
由图 8 可见，PEG10000 升温到其熔点时开始融
化，而 PU/APDMS-1 和 PU/APDMS-1/CNTs 在达到
相 变温度 后仍 无明显 变化 ，在相 同时 间内 ，
PEG10000 已变为液体状态，而 PU/APDMS-1 和
PU/APDMS-1/CNTs 均无液体泄漏，这是由于在
PU/APDMS-1、PU/APDMS-1/CNTs 聚氨酯相变材料
的软硬段结构中，由硬段形成的硬段微区作为相变
材料的结构框架，与软段结晶形成“物理交联点”
起到定形效果 [25] 。
2.3 PU/APDMS/CNTs 的光热转换和运动传感性能
CNTs 具有良好的吸光性、导电性和导热性，是
常用的光热转换材料。将 PU/APDMS-1/CNTs 放置在
氙灯光源条件下，通过光热转换装置进行光热转换与
热能存储测试，与 PU/APDMS-1（空白组）进行对比，
其光热转换与热能存储曲线如图 9 所示，材料的光热
转换与热能存储效率（η）由式（3）计算得到：

 /%  mH  100 （3）
2
IS (t  1 ) t
式中：η 为材料的光热转换与热能存储效率，%；m
为样品质量，g；∆H 为测试样品的相变焓值，J/g；
2
I 为测试所用氙灯光源的光功率强度，mW/cm ；S
2
为样品所受光照面积，cm ；t 1 和 t 2 分别为样品开始
发生相变和相变结束所对应的时间，s。
由于 CNTs 对可见光的吸收性与光热转换性能，
PU/APDMS-1/CNTs 的温度迅速升高，随着光照时间
的延长，在达到相变温度后，进行储热过程，可以明
显看到，升温速率减缓，在冷却过程中，同样出现放
热温度平台；而空白对照组没有光吸收能力，只依
靠模拟光源红外光部分的直接热效应，温度升高较
慢且无法达到相变温度。通过式（3）计算 PU/
APDMS-1/CNTs 的光热转换与热能存储效率为 62.8%。