乳化法制备EPDM基导热弹性定形相变材料及性能研究

随着经济的发展,化石能源消耗逐渐增加所带来的能源短缺及环境污染问题日益严重。相变材料(PCMs)因具有优异的储热能力、对环境友好和性能可扩展性高等而受到广泛的关注。PCMs在使用时存在的泄漏问题导致了对其进行防渗改性显得尤为重要。通过乳化法将PCMs封装在高分子材料中,是制备定形相变材料(SSPCMs)的有效方法。高分子基材能增强PCMs的力学性能,很好的贴合功率器件与散热装置,起到阻尼减振作用。同时对相变材料起到支撑定形作用,防止相变材料渗漏。在一些应用领域中还需要PCMs具有较好的导热性能,通过在其中引入高导热填料是对其进行导热增强改性的主要方法。(1)本文以石蜡为PCMs,三元乙丙橡胶(EPDM)为高分子支撑材料。通过乳化法制备得到相变胶乳(PCL)。探究了乳化剂种类、乳化剂含量、乳化速率和石蜡含量对PCL性能的影响。结果表明,当乳化剂为Span-80和十二烷基磺酸钠,乳化剂含量为6.0%、乳化速率为16000 r·min~(-1)和石蜡含量为70%时,可以得到综合性能较好的PCL。将PCL通过热压硫化成型得到了SSPCMs。通过性能测试表明,石蜡含量的增加会导致SSPCMs渗漏率的升高和热导率降低。当石蜡含量为50%时,SSPCMs具有较好的综合性能。(2)通过Pickering乳化法,利用氧化石墨烯(GO)的两亲性,将GO以助乳化剂的形式引入PCL中,使GO包覆在PCL乳胶粒表面,再通过化学还原和热压硫化得到弹性定形相变材料(ESPCMs)。性能测试表明,由于GO的引入,ESPCMs相比于SSPCMs在防渗性能、力学性能、热导率和储热性能上都有较大提高。ESPCMs-0.5的48 h渗漏率仅为0.3%,拉伸强度和断裂伸长率均达到了2.26 MPa和1660%的最大值,达到了低含量GO时防渗性能和力学性能进一步提高的目的。(3)通过将正电改性的石墨烯(GE)引入PCL中,利用静电吸附原理,使GE与乳胶粒紧密结合,热压硫化成型得到导热增强的导热定形相变材料(TSPCMs)。通过热导率测试表明,TSCPMs-2.0的热导率为0.985 W·m~(-1)·K~(-1),比SSPCMs-50和ESPCMs-2.0分别提高达169.9%和47.7%,实际焓值与理论值误差仅为-1.00%,48 h渗漏测试后渗漏率也仅为0.621%。