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碳纳米管复合相变微胶囊制备与能研究

作　者: 徐德彬
导　师: 王进美; 宋庆文; 王荣
学　校: 西安工程大学
专　业: 纺织工程
关键词: 碳纳米管 纳米复合材料 相变微胶囊 过冷度 温度调节
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来，相变储能材料（phase change material，PCM）成为国内外能源利用和材料科学方面研究的热点。相变储能技术可解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源利用率的有效手段。相变材料微胶囊是利用胶囊中的相变材料能在相变温度附近发生固－液（或液－固）相转变而产生热效应的原理来达到吸收、储存或释放热能的效果。目前，相变微胶囊存在热容量低，热传导率低，过冷度高，功能单一，热稳定性低，使用寿命低等局限，本课题通过在传统相变微胶囊中复合碳纳米管，改善传统相变微胶囊的过冷度、热稳定性等性能。本课题以三聚氰胺－甲醛树脂作为壳材，溴代十六烷作为芯材，芯材料/壳材料重量比为5:1，2种不同壳材料的甲醛与三聚氰胺分子摩尔比（F/M）1.8和2.2，3种不同的碳纳米管加入量0g，0.5g和1g，采用原位聚合的方法，在温度较温和的条件下，通过控制聚合速率，实现对相变材料较好的包覆效果，从而制备出碳纳米管复合相变微胶囊。采用温度显示巡检仪测试溴代十六烷加入CNT前后的热学性能变化。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TG）、差示扫描量热仪（DSC）等测试仪器对相变材料微胶囊的表面形貌、粒径大小及分布、理化性质、热学性质等进行了表征，并对测试结果进行了分析。对微胶囊的测试结果表明：微胶囊的结构呈圆球形，分散状态良好，有少部分粒径在纳米级别的微胶囊存在；微胶囊的粒径分布范围在0.57.5μm，加入碳纳米管后平均粒径降低到2.47μm，且分布集中；碳纳米管的加入对相变微胶囊的晶型不产生影响；高F/M的微胶囊的热稳定性优于低F/M，且随着CNT加入量的增加，微胶囊的热稳定性有增加的趋势，最好的是CNT2.2-1，综合热稳定温度为481.1℃，最差的是CNT1.8-0，综合热稳定温度为427.2℃；在微胶囊包裹率方面，加入CNT后，F/M=1.8微胶囊的包裹率没有明显变化，F/M=2.2微胶囊的包裹率从75.37%降低到了62.22%；在抑制过冷度方面，传统相变微胶囊CNT2.2-0要优于CNT1.8-0，过冷度从9.77℃降低到8.77℃，碳纳米管复合相变微胶囊中CNT1.8-1最好，过冷度缩小到6.84℃，此外，碳纳米管复合相变微胶囊都要优于传统相变微胶囊，而且随着加入CNT量的增加，有提高的趋势。采用干法直接涂层法对涤纶织物进行相变微胶囊涂层整理，测试了经涂层整理后，织物的表面形貌，重量增加，涂层厚度，断裂强力，透气量等服用性能，并重点分析了织物的温度调节性能。对涂层整理织物的测试结果表明：整理后织物在纱线表面形成了一层明显的膜，并附着有相变微胶囊，但是分布不是很均匀；织物增重率在31%32%之间，涂层厚度为0.020.03mm；织物的断裂强力由855N增加到11001200N；透气量在61L m-2 s-1左右，约为整理前的1/6；在温度波动范围为-18℃50℃和50℃<sup>-18℃的环境下，经过涂层整理的织物，在升降温的过程中，于在溴代十六烷的相变点附近均出现了约1.5min的温度调节功能。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 相变材料  9-10
  1.2 相变微胶囊  10-12
    1.2.1 相变微胶囊的制备方法  10-11
    1.2.2 相变微胶囊的应用  11-12
  1.3 碳纳米管复合材料及碳纳米管复合相变微胶囊  12
  1.4 相变微胶囊涂层整理织物  12-13
  1.5 课题研究背景  13-15
  1.6 课题研究内容  15-17
    1.6.1 课题研究目标  15
    1.6.2 课题的创新点  15-17
2 实验部分  17-27
  2.1 实验设计  17-19
    2.1.1 工艺参数  17-18
    2.1.2 实验方案  18-19
  2.2 试验方法  19-22
    2.2.1 溴代十六烷加入 CNT 前后热学性能测试  19
    2.2.2 微胶囊的制备  19-21
    2.2.3 涂层整理织物的制备  21-22
  2.3 微胶囊性能评价  22-24
    2.3.1 扫描电镜测试  22
    2.3.2 红外光谱分析  22-23
    2.3.3 X 射线衍射分析  23
    2.3.4 热重分析  23-24
    2.3.5 差示扫描量热分析  24
  2.4 微胶囊涂层织物的性能评价  24-27
    2.4.1 织物重量  24-25
    2.4.2 织物厚度  25
    2.4.3 织物断裂强力  25
    2.4.4 织物透气量  25-26
    2.4.5 织物的温度调节性能  26-27
3 碳纳米管复合相变微胶囊表面形貌与粒径  27-33
  3.1 碳纳米管复合相变微胶囊的表面形貌  27-28
  3.2 碳纳米管复合相变微胶囊的粒径  28-32
    3.2.1 微胶囊的粒径  28-30
    3.2.2 工艺参数对微胶囊粒径的影响  30-32
  3.3 本章小结  32-33
4 碳纳米管复合相变微胶囊的理化性质  33-52
  4.1 碳纳米管复合相变微胶囊的化学结构  33-34
  4.2 碳纳米管复合相变微胶囊的结晶结构  34-38
  4.3 溴代十六烷加入 CNT 前后及碳纳米管复合相变微胶囊的热学性质  38-47
    4.3.1 溴代十六烷加入 CNT 前后热学性质  38-40
    4.3.2 微胶囊的热稳定性  40-42
    4.3.3 热焓值  42-44
    4.3.4 包裹率  44-47
  4.4 碳纳米管复合相变微胶囊的过冷性  47-51
    4.4.1 过冷度测试结果  47-49
    4.4.2 过冷度与工艺参数的关系  49-51
  4.5 本章小结  51-52
5 碳纳米管复合相变微胶囊涂层整理织物性能  52-57
  5.1 涂层织物表面形貌  52-53
  5.2 织物重量  53
  5.3 织物厚度  53
  5.4 织物断裂强力  53-54
  5.5 织物透气量  54
  5.6 织物温度调节性能  54-55
  5.7 本章小结  55-57
6 结论  57-59
  6.1 本课题主要结论  57-58
  6.2 不足与展望  58-59
参考文献  59-64
附录  64-66
攻读学位期间发表文章  66-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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