碳纳米管改性水泥基相变材料的制备与性能研究

发布时间：2020-08-27 11:02

【摘要】：伴随世界人口的快速增长和经济的不断发展,人类对能源的依赖与日俱增,能源短缺问题日益突出,而建筑能耗是能源消耗的主要部分之一。相变储能材料(Phase change materials,PCM)是一种能在特定温度下发生相变来储存和释放能量的储能材料,将其用于建筑材料中可以提高能源利用率,降低建筑能耗,对于建筑节能有着重要意义。但是,有机相变储能材料存在导热性差、液相渗漏的问题,掺入建筑材料中也会对建筑材料的性能造成一些不利影响,不仅限制了其储能功能的发挥,也在应用上产生不便。碳纳米管(CNTs)和凹凸棒土是性能优异的纳米纤维材料和吸附性矿物,为了提高石蜡的导热性能,防止其相变渗漏,并弥补相变材料掺入水泥基体后对水泥基材料力学性能的劣化,本文以SDBS作为分散剂,采用将CNTs超声分散在熔化石蜡中的方式研究了分散剂掺量和CNTs掺量对石蜡的导热增强效果;以凹凸棒土为载体,通过真空吸附CNTs改性石蜡复合相变材料制备出凹凸棒土/石蜡复合定型相变材料,采用扩散-渗出圈法、FT-IR、SEM等方法表征了凹凸棒土对相变材料的吸附特性并研究了复合定型相变材料的热物理性能;将不同掺量凹凸棒土复合定型相变材料加入水泥基材料中研究其对水泥基材料性能的影响,并尝试利用CNTs来提高水泥基相变材料的力学性能和导热性能。通过对制备过程中获得的一系列材料的性能进行测试后,得到如下结论:相同CNTs掺量下复合石蜡相变材料的导热性能随着分散剂用量的增加而提高,当SDBS与CNTs的质量比为2:1时,复合石蜡的导热增强效果开始趋于稳定;CNTs可以显著增强石蜡的导热性能和储能速率,CNTs掺量为3wt%时,石蜡导热系数提高了39%。真空条件下,凹凸棒土吸附石蜡的最优质量比为2.5:1,吸附CNTs改性石蜡相变材料的最优质量比为2.25:1;FT-IR分析显示凹凸棒土对石蜡的吸附属于物理吸附,无新物质产生;DSC实验发现凹凸棒土/石蜡复合定型相变材料的相变峰值温度降低,相变焓的降低率与所含石蜡比例一致。凹凸棒土提高了水泥基材料的需水量;在能够成型的前提下,水泥基材料的力学性能随着凹凸棒土复合定型相变材料掺量的增加先增强后稳定;掺入水泥质量0.1wt%的CNTs能提高复合水泥基相变材料的力学性能,但对水泥基材料导热性的影响不大;最终所得CNTs改性水泥基相变材料抗压、抗折强度与热惰性均提高,实现力学性能与储能能力双增强。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34
【图文】：

图 2-1 凹凸棒土粉体图片潮控股集团股份有限公司生产的 P O42.5 学组成分别见表 2-4 和 2-5。表 2-4 水泥的基本物理力学性能凝结时间/min 抗折强度/MPa 初凝 终凝 3d 28d 235 430 4.3 7.2 表 2-5 水泥的化学组成（wt%）l2O3Fe2O3CaO MgO.40 5.03 64.84 1.45

真空干燥箱

图 2-2 真空干燥箱 图 2-3 抽气泵2.2.2 差示扫描量热法（DSC）差热分析是材料热分析的重要手段，其原理是将加热时无相变化的参比样与测试样品两种物质同时放入相同环境中在一定温度范围内等温加热或等温冷却，若测试样品也无相变化产生，则两种物质之间无热量差；若测试样品在温度变化过程中发生了相变化，由于测试样品吸热或放热，则与参比样之间会产生热量差。通过测量该过程中两种物质的温差或差热大小，可以准确分析测试物质的热物理性能。差示扫描量热法（Differential scanning calorimetry，DSC）就是以差热分析的原理为基础对物质进行分析的：试样与参比样被同时以一定的速率加热或冷却，过程中记录两者之间不产生温差所需要的能量与时间或温度的关系。而差示扫描量热仪能同时为物质提供等温变化环境、温差测量以及热量差记录，当温差产生

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本文编号：2806014