聚乙二醇定形复合相变材料的制备与性能研究

作     者：蔡正宇 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王朝明

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：聚乙二醇 介孔二氧化硅 聚丙烯腈 热性能 力学性能 

摘      要：随着社会的迅速发展,能源问题日益严重,其中能源的供求矛盾严重限制了能源利用率提高和新能源使用,相变材料能有效解决这一矛盾,在能源开发和利用中有重要作用。但传统的相变材料在使用过程中存在易流动和易泄漏的问题,目前的研究方向是通过复合制备出定形相变材料。本文分别以有序介孔二氧化硅(Si O)和聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)为基体材料,以聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)为相变材料,制备出两种不同类型的定形相变材料,并对其热学和力学性能进行研究,内容如下:1、用真空渗透法制备出PEG/Si O定形相变材料。首先,用溶胶-凝胶法制备出有序介孔Si O,表征了其形貌特征和孔结构,并测得其比表面积和孔径为760 m/g和3 nm。然后,以制备的介孔Si O为基体材料,PEG为相变材料,用真空渗透法制备出不同质量分数的PEG/Si O定形相变材料。最后,对定形相变材料进行一系列的性能测试,用FT-IR、DSC、TGA分别表征了材料的相容性、热性能和热稳定性等,同时采用加热台和SEM研究了材料的定形效果和定形机理,并测量了材料的保温效果曲线和循环使用情况。实验结果表明,其具有良好的定形效果和保温效果,不过随着PEG质量分数的增加,定形相变材料的相变潜热增加但定形效果变差,在PEG质量分数为70%时材料的总体性能最佳,在循环500次后性能基本没有发生变化。2、用静电纺丝法制备出PEG/PAN复合相变纤维。首先,用静电纺丝法制备出PAN纳米纤维,并通过光学显微镜和力学性能测试分析不同工艺对PAN纤维成丝的影响,确定PAN溶液浓度10%,纺丝电压18 k V和接收距离15 cm是最佳纺丝参数。然后,在最佳的纺丝条件下,用静电纺丝法制备出不同质量比的PEG/PAN复合相变纤维。最后,用相应的表征手段研究了复合相变纤维的分子结构、形貌特征和热学性能,并用原子力显微镜和拉伸试验机分析了单根纤维及纤维膜的力学性能。结果表明,随着PEG含量的增加,其相变温度不变、相变潜热增大、融化和凝固的温度差减小,纤维的直径逐渐增大、表面粗糙度先增大后减小。PEG的加入会影响复合相变纤维的力学性能,其弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率均有所降低。在PEG/PAN质量比为2/3时,复合相变纤维具有最优的热学和力学性能。