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新型夹层式节能相变石膏板及制备工艺说明书
设计者：黄志林，王丽琼，魏红姗，赵方圆，郑欣
指导教师：朱建平
〔河南理工大学材料科学与工程学院，河南 焦作 454000〕
作品内容简介
相变储能材料是在一定温度范围内，利用材料本身相变或构造的变化，根据自身独特潜热性能，当环境温度升高或降低的时，它可以向环境释放多余的热量储存起来或释放储存的热量起到保温作用的一种热功能复合材料【1-2】。将相变材料添加到石膏板中可以制得新型相变储能石膏板。相变储能建筑石膏板兼备普通石膏板和相变材料两者的特点，能够吸收和释放适量的热能，对温度起到“削峰填谷〞的作用，减少空调的使用时间，减少CO2的排放量，具有明显的节能减排作用。
膨胀珍珠岩是由火山玻璃质熔岩经高温焙烧瞬时膨胀而成的一种白色多孔颗粒状物质，其可以作为制备定形相变材料的骨架载体。膨胀石墨是一种常用的高导热型填料。掺入10%膨胀石墨后，复合相变材料的热响应速度明显提高，即固-液相变进程得到明显提升，同时也在一定程度上提高了夹层相变储能石膏板的蓄热速率，增强了其热交换速度；
本设计采用膨胀珍珠岩吸附相变材料，制成复合相变储能颗粒，掺入膨胀石墨，填入石膏板层中，采用夹层式构造，底层为石膏层，，顶层为导热增强石膏层，中间层采用圆柱体空腔设计，填入复合相变储能颗粒，制成一面强导热，一面低导热，中间具有高潜热储热性能的复合层式石膏板。采用夹层式构造设计，主要具有如下几个优点：
1)夹层式构造设计比简单层式设计而言，具有较高的外表强度，因此更符合建筑石膏板的强度要求。
2〕夹层式设计集中了复合相变储能材料，掺入导热石墨后具有较好的导热储热性能，因此具有较好的调温控温效果，
我们创造的新型复合相变储能石膏板与现有的相变储能石膏板相比，主要有以下三方面的创新：
1〕配制出了相变焓为137.9kJ/kg的相变材芯，相变石膏板调温效果明显，可降低能耗30%。
2〕用10%膨胀石墨做外加剂，提高了相变石膏板调温速率。
3〕用导热增强短纤维复合石膏做顶层，既提高了导热速率，又增强了石膏板的外表强度。 联系人：黄志林 联系 ：18236882358 EMALL:845445624@qq
1.作品背景及意义
世界范围内对于相变储能建筑材料的研究最早是从上世纪三十年代开场的，研究时间较早，而我国那么是在八十年代才开场研究，研究时间相对较短。目前，国内外利用膨胀珍珠岩抽真空吸附相材料来制备复合相变储能材料的试验做了许多研究工作，但在与建筑材料的复合上，大多使用的浸渗法，直接混合法，多孔基体材料吸附法，微胶囊法[3-5]，但较少采用夹层法，本实验采用的新型夹层式构造设计兼有夹层法能集中相变材料储热密度高的优点，能更有效的进展储热换热过程，热交换效率大大提高，又在其根底上增强了石膏板的强度，具有较大的市场优势。
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2制备流程图和详细制备过程 2.1制备流程图
预处理
膨胀珍珠岩
相变芯材
配制
500℃煅烧一小时，去除外表的可燃性杂质以及少量水分
DSC选取适宜比例的癸酸、棕榈酸复配低共熔“合金〞
材料 复合相变储能
底层及中间有空腔的石膏基
与适宜比例膨胀石墨混合
相变复合颗粒/石墨混合物
掺有碳纤维的石膏浆体
2.2详细制备过程
1）制备复合相变储能材料
DSC测试后，选择以癸酸：棕榈酸为85:15的比例复配形成的脂肪酸低共熔物为相变芯材，并按照相变材料与膨胀珍珠岩质量比为65:35制备复合相变材料。具体制备步骤为：首先将膨胀珍珠岩置于500℃马弗炉内烘烤2h，以去除其外表的水分和有机杂质。预处理：配置一定浓度的憎水溶液，对膨胀珍珠岩进展憎水处理，并烘干。其次称取65份固态相变材料放置于烧杯内，将烧杯置于60℃的恒温水浴锅内使其完全融化成液态，参加35份处理后的膨胀珍珠岩颗粒，搅拌均匀，然后再将烧杯置于真空度为0.05MPa，温度为40℃的真空枯燥箱中吸附4h，取出，自然冷却至室温，即得膨胀珍珠岩/复配脂肪酸复合相变材料〔CA-PA/EP)。2〕与膨胀石墨混合
将膨胀石墨按不同的比例与制作好的复合相变材料在常温下搅拌均匀，充分混合。 3〕制作相变石膏板
将适量的石膏浆浇入模具中，制出带有圆柱体空腔的半干石膏体，再将混合好的复合相
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复合相变储能石膏板
变材料按不同的比例参加，覆盖掺有碳纤维的石膏浆体，刮平，等待成型，制备成可以调节环境温度的相变储能石膏板，并测试制备的石膏板调节环境温度的能力和石膏板的物理性能，确定出复合相变材料的最正确掺加比例。 4)产品照片
图1掺膨胀石墨的复合相变颗粒
图2自制定位辅助纸板与复合相变储能石膏板图片
3.技术关键
3.1癸酸/棕榈酸/膨胀珍珠岩复合相变储能颗粒与膨胀石墨的混合比例
将掺有不同比例的膨胀石墨复合材料填入石膏板，进展温控测试，实验发现，掺加10%的膨胀石墨，一定程度上可以提高夹层相变储能石膏板的蓄热速率，增强其热交换速度。 3.2 掺入顶层石膏的碳纤维的比例
石膏中掺入碳纤维会提高强度，但同时也会降低石膏的黏度，所以掺入的碳纤维要有一个适宜的比例，使其增加强度的同时尽量不降低黏度。 3.3中间相变层的构造设计
本设计根据两种材料采用不同构造复合后的格里菲斯强度比拟，选用的是夹层式构造，相变材料相间填入由石膏板构成的圆柱体空腔中。具体构造示意图如下：
顶层增强石膏层
底层普通石膏层 中间相变材料层
复合相变材料
石膏基
层式设计构造示意图 中间层构造示意图
由于石膏凝结速度较快，所以在调制成浆体时需要参加适量缓凝剂，使得前后参加的石膏浆凝结速率趋于一致。
在添加中间层的相变材料时，为了准确的按照设计参加相变复合材料，我们制作了定位辅助纸板，来准确加料到中间石膏层的圆柱体空腔中，从而制作出符合设计要求的复合相变储能石膏板。
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本文来源：https://www.wddqxz.cn/e27549ea16791711cc7931b765ce050877327535.html
2022-10-12
