石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

改性石蜡的储热性能检测张晓燕;高建民;崔新宇【摘要】为了解决太阳能间歇性,最大程度的提高太阳能利用率,选择石墨、硫酸铝铵分别与石蜡做成复合储热材料,按照不同的质量配比混合制备试样.利用差示扫描量热仪( DSC)和数据采集系统(M400)对几种石蜡类复合相变储热材料的热性能进行实验分析.结果表明:石蜡中加入40％的硫酸铝铵,使复合相变储热材料的潜热增加、热导率显著提高,储放热时间明显缩短；石蜡-硫酸铝铵(质量配比为6∶4)是太阳能相变储热材料的较优配比.%Composite materials were prepared by adding graphite or aluminium ammonium sulfate to paraffin at different mass ratios in order to solve solar intermittency and increase utilization rate of solar energy to the greatest degree. The thermal performance of the several paraffin composite materials was tested using differential scanning calorimeters and data collection system (M400). Results showed that the addition of 40% aluminium ammonium sulfate to paraffin increased the latent heat of the composite, obviously improved the thermal conductivity, and markedly shortened the heat storage and release time compared with paraffin without aluminium ammonium sulfate. The optimal mass ratio of paraffin to aluminium ammonium sulfate is 6 : 4 for the latent heat storage material.【期刊名称】《东北林业大学学报》【年(卷),期】2011(039)010【总页数】4页(P136-139)【关键词】改性石蜡;储热性能检测;石墨;硫酸铝铵【作者】张晓燕;高建民;崔新宇【作者单位】木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学),北京,100083;木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学),北京,100083;木质材料科学与应用教育部重点实验室(北京林业大学),北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TK02能源的供应与需求都有较强的时间性与间歇性，在很多情况下都不能被合理地利用，从而导致能源的大量浪费。

第52卷第1期2021年1月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.1Jan.2021基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究吴婷婷，胡艳鑫，容惠强，王长宏(广东工业大学材料与能源学院，广东广州，510006)摘要：以纯石蜡为相变介质，膨胀石墨(EG)为主要的导热骨架，制备导热增强的复合相变材料；搭建可视化的测试平台，通过分析添加材料质量分数对复合材料熔融相变过程的影响，研究在恒热流密度下不同复合相变材料传热性能和传热规律的差异。

此外，利用红外热像仪观察熔融过程中指定点的温度分布演变。

研究结果表明：添加EG-100可以进一步强化复合材料的传热性能；当质量分数为5%时，相对于EG-80，添加EG-100的复合相变材料的热扩散系数提高了42%；在相变材料的熔化过程中，当添加材料的质量分数分别为2%和4%时，熔化后期材料内部自然对流的作用被削弱，综合传热效果下降；添加质量分数6%的导热增强材料可以使复合相变材料整体传热性能得到改善；随着热增强材料质量分数的增加，复合相变材料内部沿y 方向的传热基本不受影响，但在沿着重力方向(z 方向)的热分层现象逐渐减少。

关键词：复合相变材料；膨胀石墨；可视化；传热性能中图分类号：TK01文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）01-0200-10Research on heat transfer performance of composite phasechange materials based on expanded graphiteWU Tingting,HU Yanxin,RONG Huiqiang,WANG Changhong(School of Materials and Energy,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)Abstract:Pure paraffin was used as phase change medium,and expanded graphite was added to reinforce the heat-conducting skeleton.Subsequently,a composite phase change material(CPCM)with excellent thermal conducting property was prepared.A visualized testing platform was set up to analyze the influence of adding material mass fraction on the melting process of composite phase change materials under constant heat flux condition.The difference in heat transfer performance and regularity of the composite phase change material with various massDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.01.020收稿日期：2020−08−29；修回日期：2020−10−20基金项目(Foundation item)：广州市黄浦区国际科技合作项目(2019GH02)；广东省科技计划项目(2017A050506050)；广东省自然科学基金资助项目(2018A030310515)；国家自然科学基金资助项目(51676049)(Project(2019GH02)supported by the International Science and Technology Program of Huangpu District of Guangzhou City;Project(2017A050506050)supported by the Science and Technology Program of Guangdong Province;Project(2018A030310515)supported by the Natural Science 引用格式：吴婷婷,胡艳鑫,容惠强,等.基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(1):200−209.Citation:WU Tingting,HU Yanxin,RONG Huiqiang,et al.Research on heat transfer performance of composite phase change materials based on expanded graphite[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(1):200−209.第1期吴婷婷，等：基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究fractions were investigated.In addition,the evolution of the temperature distributions was visualized by using the infrared thermal imager at specified points during the melting process.The results show that the thermal performance of CPCM can be furtherly enhanced by adding EG-100.When the mass fraction is5%,the thermal diffusion coefficient of the CPCM based on EG-100is increased by42%compared with that of the CPCM based on EG-80.When2%or4%heat conduction enhancement material is added,the natural convection inside the material is weakened in the later stage of melting,resulting in a decrease in the overall heat transfer effect.Adding 6%of thermal conductivity enhancement material improves the overall heat transfer performance.As the mass fraction of thermally enhanced materials increases,the heat transfer along the y-direction inside the composite phase change material is basically unaffected,but the thermal stratification along the direction of gravity(z-direction)gradually decreases.Key words:composite phase change material;expanded graphite;visualization;heat transport performance相变材料(PCM)冷却是一种高效、低成本的非能动冷却技术[1]。

华中科技大学硕士学位论文散热器用石墨基复合材料的研究姓名：张少君申请学位级别：硕士专业：@指导教师：史玉升20090523华中科技大学硕士学位论文摘要石墨材料具有密度小，热导率高等特点，用于散热器材料，特别符合电子设备轻量化，便携式的发展要求。

在国外，已经有公司生产了石墨散热器，现有的石墨散热器只是将石墨加工成片状，组装在金属底座上，原因是石墨材料强度低，韧性差，难以直接成形复杂形状，这样大大限制了石墨材料作为散热器材料的应用，为此本文围绕提高石墨材料力学、导热性能展开了研究。

采用熔融搅拌法，研究了不同粘接剂材料对石墨粉末的润湿性能，发现环氧树脂、中温沥青及改性沥青对石墨粉末的润湿性能较好，但是环氧树脂在碳化过程中会形成玻璃炭结构，对石墨基复合力学性能和热导率是不利的，故不选用环氧树脂作为粘接剂；通过热失重分析，得到改性沥青的残碳率高于中温沥青，而残碳率高有利于提高材料的力学性能和导热性能，故选择改性沥青作为粘接剂。

通过选用不同粒度的石墨粉末进行实验，结果发现在粘接剂含量一定(20wt.%)时，石墨粉末的粒度的最佳值为D50=18.1μm，使得材料的力学性能和导热性能较优；通过改变粘接剂含量进行实验，研究得到石墨基复合材料抗弯强度和热导率都是随着粘接剂含量的增加先增加后减小，在粘接剂含量为30wt.%时，抗弯强度和热导率分别为10.65MPa和10.789W m-1K-1。

针对石墨材料强度低，脆性大的弱点，本文采用了短切碳纤维进行增强研究。

研究了碳纤维进行表面液相氧化处理和碳纤维含量对复合材料性能的影响，实验结果表明：液相氧化后，能提高碳纤维与基体的粘结能力，从而提高复合材料的抗弯强度；随着碳纤维含量的增加，复合材料的抗弯强度和热导率先增大后减小；当碳纤维含量为3wt.%时，复合材料的抗弯强度和热导率最高，分别为14.06MPa和15.132 W m-1K-1，明显高于未加碳纤维增强石墨基复合材料。

改善石蜡相变材料导热性能的研究进展戴琴;周莉;朱月;黄飞【摘要】In recent years, paraffin as a phase change material received more attention. Thermal conductivity of paraffin phase change materials is low, which leads to low effective rate of heat of the energy storage system during storing and releasing thermal energy, the heat can’t be stored and released quickly and efficiently. Therefore, improving thermal conductivity of paraffin phase change materials become a research emphasis. In this paper, the research situation of improving thermal conductivity of paraffin phase change materials at home and abroad were summarized from several aspects, such as fin structure, multiple phase change materials, composite phase change materials and microencapsulated phase change materials.%近年来石蜡作为一种相变储能材料受到越来越多的关注，由于石蜡PCM 本身的导热系数偏低，导致储能系统在吸热或放热过程中的有效热率极低，热量无法快速有效地进行存储和释放。

石蜡基复合相变储热材料的导热性能马炳倩;李建强;彭志坚;丁玉龙【摘要】为提高石蜡作为固-液相变储热材料的导热性能,在石蜡(PW)中掺加高导热系数的碳纳米管(CNTs),制备了碳纳米管-石蜡复合相变材料(PW-CNTs).为进一步增强PW-CNTs的传热性能,通过内置金属网结构,利用金属网的高导热性,加快PW-CNTs作为相变材料的充放热速率.测试了PW-CNTs的熔点和相变潜热、导热系数以及置入金属网前后的充放热时间.结果显示,PW-CNTs的导热系数较石蜡得到显著提高,其中掺加10％(质量分数)CNTs的复合材料的固态、液态导热系数平均分别提高31.4％、40.2％.置入金属网结构后,PW-CNTs的充放热时间至少分别缩短了40.3％和30.2％.此外,碳纳米管在石蜡中易发生团聚沉积,针对这一特点,对PW-CNTs进行了多次热循环,研究了热循环对PW-CNTs导热系数的影响.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2012(001)002【总页数】8页(P131-138)【关键词】相变材料;石蜡;碳纳米管;金属网;导热系数;充放热时间【作者】马炳倩;李建强;彭志坚;丁玉龙【作者单位】英国利兹大学过程环境材料学院,利兹LS2 9JT;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京100083;中国科学院过程工程研究所,北京100190;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京100083;英国利兹大学过程环境材料学院,利兹LS2 9JT;中国科学院过程工程研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TK02随着现代社会对能源需求的日益加剧以及化石燃料的消耗殆尽，开发可再生能源和高效利用现有能源成为必然的趋势，相变储热系统是其中的一个热点研究方向。

相变储热系统是利用相变材料的相变过程来吸收或者释放热量，储热密度高，吸放热过程温度波动小，易于自动化控制[1-2]。

相变储热系统的关键是相变材料，相比无机盐类，部分有机油类（如聚乙二醇[3]、1型十四醇[4-5]、软脂酸[6-7]、硬脂酸[8]）具有较高的相变潜热，无过冷和相分离，腐蚀性小和热稳定性好等优点。

第３９卷　第１期 ２０２４年３月 西　南　科　技　大　学　学　报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０２４ＤＯＩ：１０．２００３６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１ ８７５５．２０２４．０１．００８收稿日期：２０２３－０５－１１；修回日期：２０２３－０７－１７作者简介：第一作者，杨琨（１９９７—），女，硕士研究生，Ｅ ｍａｉｌ：１３５６１８３９６４＠ｑｑ．ｃｏｍ；通信作者，马立（１９６９—），男，博士，教授，研究方向为建筑材料与建筑节能，Ｅ ｍａｉｌ：９０９９９２４８９＠ｑｑ．ｃｏｍ石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料的制备及季节适应性研究杨　琨　马　立（西南科技大学土木工程与建筑学院　四川绵阳　６２１０１０）摘要：以石蜡与白油混合制成的复合相变石蜡作为相变主体材料，以不同质量分数的膨胀石墨作载体材料，应用熔融共混方法，制备出５种不同比例的复合定形相变材料，对其进行吸附性能、热物性能测试，确定了复合定形相变材料的最优配比，并采用数值模拟方法研究该复合定形相变材料在冬、夏两季的适应性。

结果表明：复合定形相变材料的最优配比为：膨胀石墨的质量分数为７％，复合相变石蜡的质量分数为９３％，复合相变石蜡中５２＃切片石蜡与３＃白油质量比为５５∶４５；该配比复合定形相变材料的相变温度为２７．５℃，相变潜热为８３．５６Ｊ／ｇ，质量损失率为２．１２％，导热系数为０．５３１６Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１；作为建筑外墙材料时，该复合定形相变材料能够平缓峰谷热流、减小温度波动，且在夏季的适应性强于冬季。

研制的石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料有望作为建筑调温相变材料在夏热冬冷地区应用。

关键词：石蜡　膨胀石墨　相变材料　季节适应性中图分类号：ＴＢ３４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－８７５５（２０２４）０１－００５１－０９ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＳｅａｓｏｎａｌＡｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＰａｒａｆｆｉｎ／ＥｘｐａｎｄｅｄＧｒａｐｈｉｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｈａｐｅｄＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓＹＡＮＧＫｕｎ，ＭＡＬｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅｌｔｍｉｘｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｉｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｔｉｏｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｗｈｉｔｅｏｉｌ，ａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒａｔｉｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｉｎｗｉｎｔｅｒａｎｄｓｕｍｍｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｄｅａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓ７％ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄ９３％ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｐａｒａｆｆｉｎ．Ｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆ５２＃ｓｌｉｃｅｐａｒａｆｆｉｎｔｏ３＃ｗｈｉｔｅｏｉｌｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｐａｒａｆｆｉｎｉｓ５５∶４５．Ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ２７．５℃，ｌａｔｅｎｔｈｅａｔｏｆｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｉｓ８３．５６Ｊ／ｇ，ｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｉｓ２．１２％，ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓ０．５３１６Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１．Ｗｈｅｎｕｓｅｄａｓａｂｕｉｌｄｉｎｇｆａｃａｄｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｓｍｏｏｔｈｏｕｔｐｅａｋａｎｄｖａｌｌｅｙｈｅａｔｆｌｏｗｓ，ｒｅｄｕｃｅｉｎｄｏｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｂｅｍｏｒｅａｄａｐｔａｂｌｅｉｎｓｕｍｍｅｒｔｈａｎｉｎｗｉｎｔｅｒ．Ｐａｒａｆｆｉｎ／ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｅｘｐｅｃ ｔｅｄｔｏｂｅｕｓｅｄａｓｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅｒｍｏｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｈｏｔｓｕｍｍｅｒａｎｄｃｏｌｄｗｉｎｔｅｒｒｅｇｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐａｒａｆｆｉｎ；Ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅ；Ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｓｅａｓｏｎａｌａｄａｐｔａｔｉｏｎ 相变储能作为一种新型的热能储存技术，对“双碳”绿色发展目标的实现具有重要意义［１－２］。

石墨石蜡相变材料在实验中的关键技
术
1. 合成制备：石墨石蜡相变材料的制备需要采用合适的合成方法和合成条件。

常见的制备方法包括物理混合法、化学合成法、表面修饰法等。

2. 纯化提纯：石墨石蜡相变材料的纯度对其性能有很大影响，因此需要进行纯化和提纯处理。

3. 表征分析：表征方法包括X射线衍射、扫描电镜、拉曼光谱、热重分析等技术，可以分析石墨石蜡相变材料的结构、形貌和热学性质。

4. 载体修饰：将石墨石蜡相变材料修饰在合适的载体上可以提高其稳定性和使用寿命。

5. 聚合反应：石墨石蜡相变材料可以通过聚合反应形成聚合物，进一步提高其性能。

6. 应用探究：石墨石蜡相变材料的应用涉及到多个领域，对其应用进行深入研究可以探索其更广阔的应用前景。

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