[发明专利]一种具有皮芯纤维结构的相变储能材料及其制备方法

说明书

本发明属于相变储能材料领域，公开了一种具有皮芯纤维结构的相变储能材料及其制备方法。将聚丙烯腈溶解于有机溶剂中，然后加入相变储能颗粒搅拌混合均匀，得到油相溶液；将水溶性相变材料溶于去离子水或直接使用去离子水作为水相溶液；将水相溶液加入到油相溶液中，加入乳化剂均质分散，得到油包水型乳液，然后静电纺丝得到具有皮芯结构复合纤维材料；冷冻干燥处理，得到中空纤维材料；最后在惰性气氛下经过预氧化和碳化处理，得到具有皮芯纤维结构的相变储能材料。本发明将纤维制备技术与高性能的相变材料进行有机结合，所得相变储能材料具有更高的相变焓和可逆容量，实现相变储能材料的多场景应用。

技术领域

本发明属于相变储能材料领域，具体涉及一种具有皮芯纤维结构的相变储能材料及其制备方法。

背景技术

由于煤炭、石油等目前频繁使用的传统化石能源并不是取之不尽用之不竭的，加上全球温室效应的加剧和能源价格的上升，怎样提高能源的使用率同时加快使用新型绿色环保能源是解决全球关于能源问题的迫切需要。除此之外，节能减排也是为应对能源问题所造成的气候变化的必要手段，开发制造更高效、更廉价的储能技术是解决能源危机的一个十分重要的选择，现今的储能技术主要分为机械能储能体系、电储能体系和热能储能体系，其中，热量储存技术可分为显热储能、潜热储能和化学能储能三种。

潜热储能(latent heat storage)即利用材料在相变过程中进行能量储存的方式，它是利用吸收或释放相变潜热达到蓄热的目的。融化过程(固液态转变)、气化过程(液气态转变)以及升华过程(固气态转变)都会从环境中吸收热量。进行逆过程时，将释放相变热。人们可以通过潜热材料将其有效的利用起来。因此，一旦潜热储能材料在生活中被广泛应用，它将是最佳节能环保的绿色载体，能够将太阳能、工业余热、地热能、废热等浪费的间歇性能源利用起来。利用相变材料(phase change material，PCM)的这种特性可以实现储能调温功能。

由于PAN(聚丙烯腈)和沥青是工业碳纤维的常用原料，所以在研究中常以PAN作为碳材料的碳源。除此之外，聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)、聚苯并咪唑(PBI)、聚偏氟乙烯(PVDF)、酚醛树脂和木质素等聚合物也被用作碳源。为了将静电纺丝聚合物纤维转化为碳纤维，通常需1000℃左右的高温碳化。理论上，任何以碳为骨架的聚合物都可以作为碳材料的前驱体。PAN和沥青作为碳纤维前驱体时，为了维持纤维的结构，在碳化之前需要进行预氧化处理。在预氧化和碳化处理的过程中，纤维的质量减少、直径缩小。

乳液静电纺丝是一种能够一步制备出具有核壳结构纳米纤维的技术方法。一般情况下，乳液静电纺丝液主要是利用油包水型的两相分散体系，在乳液中形成外部的聚合物有机溶液连续相与内部的水溶液分散相，同时使用两亲性质的乳化剂促进外相与内相之间的相互作用进而形成稳定的乳液。乳液静电纺丝相对于同轴静电纺丝可控性更好，应用领域更广泛，在制备功能纤维方面有着特殊的意义。

现有的储能纤维材料存在相变焓不高、力学性能相对较低，材料的热稳定性和导热性不佳的问题。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有皮芯纤维结构的相变储能材料的制备方法。本发明方法将新型乳液静电纺丝纤维制备技术与传统相变材料进行有机结合，发挥各自优势，制备一种具有皮芯纤维结构的相变储能材料。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的具有皮芯纤维结构的相变储能材料。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有皮芯纤维结构的相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)油相溶液的制备：将聚丙烯腈溶解于有机溶剂中，然后加入相变储能颗粒搅拌混合均匀，得到油相溶液；

(2)水相溶液的制备：将水溶性相变材料溶于去离子水中，得到水相溶液，或者直接使用去离子水作为水相溶液；