[发明专利]一种碳气凝胶复合定形相变储能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳气凝胶复合定形相变储能材料，包括中低温有机相变组分和高导热且高孔隙率的MWCNT/GO气凝胶，其中，中低温有机相变组分占质量分数80‑95％，MWCNT/GO气凝胶占质量分数5‑20％，以上各组分含量的质量百分数之和为100％。本发明还公开了上述碳气凝胶复合定形相变储能材料的制备方法。该工艺实现了低黏度有机相变储能材料的开发，将进一步推进3D打印设备及技术的应用领域，并拓展定形相变储能材料更为广泛的应用。

技术领域

本发明属于相变储能材料制备技术领域，具体涉及一种碳气凝胶复合定形相变储能材料，还涉及上述碳气凝胶复合定形相变储能材料的制备方法。

背景技术

近年来，3D打印技术已成为国内外研究热点和重点领域，尤其是欧美等西方发达国家尤为重视3D打印技术的研究和开发，这促使3D打印设备、材料及技术的迅速发展。3D打印技术在国内的发展也异常迅猛，以西安交通大学、四川大学和北京化工大学为代表的3D设备及技术的研发受到国内外关注，其包括在军工领域和民用领域的3D产品市场应用已初见成效；同时，国内的企业也加大了3D打印设备、技术及材料的开发，其中东莞银禧科技股份有限公司、深圳光华伟业股份有限公司和无锡斯汀纳睿三维科技有限公司等关于3D设备、耗材的销售额均达到1000万元以上；前瞻产业研究院预测2018年度中国3D打印市场将达到80亿元人民币。

目前，3D打印高分子材料方面，如聚酰胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABS)、生物可降解聚乳酸(PLA)等通常采用熔融沉积3D打印技术进行加工成型。但由于高分子材料具有特殊的黏弹行为，使得在熔融沉积过程中带来层间的结合度较难控制，特别是在高黏度或低粘度的情况下，熔融沉积成型的制品合格率较低，一定程度上阻碍了3D打印高分子制品的快速发展及工业推广应用。于此，基于熔融沉积设备，创新性地引入挤出单元，形成挤出-3D打印技术，该3D成型设备与技术有效地改善了高分子制品的层间粘结问题和打印过程不均一问题。

定形相变储能材料是利用封装容器将相变材料密封以保证其在吸热或放热过程中的泄露，同时实现能量的储存或释放。常见的有机高分子相变材料有多元酸、多元醇和聚乙烯等高结晶焓的组分；封装容器常采用具有多孔结构的无机粉体，如多壁碳管(MWCNT)、氧化石墨烯(GO)、膨胀石墨(EG)、介孔二氧化硅(SiO₂)、硅藻土等。目前，多元酸和多元醇具有高的相变焓值、相变温度较宽(10-65℃之间)，且无毒无害。因此，用于建筑保温的中低温有机相变材料通常将高导热的多孔无机粉体与多元酸、多元醇通过熔融共混制成复合材料，进而再加工成装饰板材进行应用。但该制品也存在多个问题，比如相变过程中导热较差、多次循环定形性不足，熔融加工过程带来的多孔无机粉体封装多元酸或多元醇比例较低等，同时，利用3D技术进行有机高分子定形相变储能材料的开发尚未发现。

至今，中国专利CN 106939156A公布了一种原位聚合法制备六亚甲基二异氰酸酯(HDI)-低熔点石蜡烃混合囊芯脲醛树脂囊壁微胶囊，以GO作为封装组分，经过溶液混合，过滤烘干，并经注塑成型得到GO/聚合物定形相变材料，但未提3D打印技术以及多元酸或多元醇定形相变材料的研究。另外，中国专利CN 105062430A公布了一种聚乙二醇(PEG)/SiO₂/EG复合相变定形储能材料的制备方法，运用热膨胀法制备具有微孔结构的EG，然后将融化的PEG与EG、SiO₂混合，在真空条件下浸渗封装定形，最后获得高导热高相变焓值的定形相变储能材料，但该专利未涉及到3D打印技术以及碳气凝胶封装多元酸或多元醇的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳气凝胶复合定形相变储能材料，解决了现有有机定形相变储能材料在相变过程中的导热率低且循环耐久性差的问题。

本发明的另一个目的是提供上述碳气凝胶复合定形相变储能材料的制备方法。