纳米碳化硅改善CPS/PAN相变复合纤维膜的传热速率
发布时间：2021-09-19 10:38
以不同质量比例的聚丙烯腈/纳米碳化硅（PAN/SiC）复合纤维膜为支撑材料,以癸酸-棕榈酸-硬脂酸（CPS）三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜。分别采用扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）和传热测试装置研究不同含量纳米SiC对定形相变复合纤维膜的形貌特征、储热性能、热能储存和释放速率的影响。SEM图像显示负载不同含量纳米SiC对CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的形貌结构没有显著影响。DSC测试结果表明随着支撑纤维膜中SiC颗粒含量的增加,定形相变复合纤维膜的相变温度和相变焓值没有明显变化。根据传热测试数据显示随着纳米SiC含量的增加,定形相变复合纤维膜的融化与结晶时间显著缩短了约20%～46%。
【文章来源】：功能材料. 2020,51(01)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
静电纺PAN和PAN/SiC10纤维膜、CPS三元低共熔物以及CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的DSC曲线
储热和放热速率也是评价定形相变复合纤维膜性能的重要依据。本文采用先前文献报道的传热测试装置测试不同含量的纳米SiC对CPS/PAN定形相变复合纤维膜的储热和放热速率的影响。图5所示为CPS/PAN、CPS/PAN/SiC5、CPS/PAN/SiC10和CPS/PAN/SiC20定形相变复合纤维膜在放热和吸热过程中温度与时间的变化曲线。图5(a)所示,当温度从35 ℃下降到结晶峰值温度(约为17 ℃)时,定形相变复合纤维膜结晶所需时间分别由20.0 min(CPS/PAN)缩短到15.2 min(CPS/PAN/SiC5)、12.8 min(CPS/PAN/SiC10)和10.9 min(CPS/PAN/SiC20)。与CPS/PAN相变复合纤维膜相比较,CPS/PAN/SiC5、CPS/PAN/SiC10和CPS/PAN/SiC20定形相变复合纤维膜的结晶时间分别减少了约24%、36%和46%。图5(b)显示,当温度从-5℃上升到融化峰值温度(约为25 ℃)时,定形相变复合纤维膜融化所需时间分别由15.1 min(CPS/PAN)减少到12.1 min(CPS/PAN/SiC5)、9.9 min(CPS/PAN/SiC10)和8.9 min(CPS/PAN/SiC20)。显然,随着纳米SiC含量的增加,定形相变复合纤维膜相应的融化所需时间也分别缩短了约20%、34%和41%。这可能是由于随着SiC含量的增加,其在纤维基体中形成了有效的导热网链结构,提高了热能传递的速率,从而使融化和结晶所需时间缩短。然而,值得注意的是,当纳米SiC含量由10%(质量分数)进一步增加到20%(质量分数)时,其传热速率并没有等比例的显著提高,这可能是由于高含量的纳米SiC在静电纺丝过程中发生了少量团聚,这导致纤维基体中有效的传热路径并未显著增强。SEM图像也观察到了部分团聚现象,因此添加SiC的含量可以控制在10%(质量分数)以内。传热测试数据显示在支撑纤维基体中添加纳米SiC,制备的定形相变复合纤维膜的融化和结晶所需时间明显缩短。3 结 论
将PAN粉末溶于DMF溶剂中制备出10%(质量分数)的PAN纺丝溶液,然后将纳米SiC添加到上述溶液中,质量比例为(WSiC:(WPAN+ WSiC)=0%,5%,10%和20%(质量分数),再用静电纺丝法制备负载不同含量纳米SiC的PAN/SiC复合纳米纤维膜,样品编号分别为PAN、PAN/SiC5、PAN/SiC10和PAN/SiC20。图1所示为静电纺丝装置示意图。将纺丝溶液装入注射器中,注射速率为1 mL/h。以覆盖铝箔的滚筒为接收装置,滚筒转速为200 r/min,注射针头到接收装置之间的接收距离设定为18 cm,纺丝电压为30 kV。1.3 CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的制备
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射法提高定型相变材料的储热和放热速率[J]. 柯惠珍,李永贵,王建刚,袁小红,陈东生,魏取福. 功能材料. 2017(03)
[2]石蜡/泡沫碳相变复合材料的制备及蓄热实验[J]. 张靖驰,盛强,童铁峰,任维佳. 功能材料. 2016(11)
本文编号：3401460
【文章来源】：功能材料. 2020,51(01)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
静电纺PAN和PAN/SiC10纤维膜、CPS三元低共熔物以及CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的DSC曲线
储热和放热速率也是评价定形相变复合纤维膜性能的重要依据。本文采用先前文献报道的传热测试装置测试不同含量的纳米SiC对CPS/PAN定形相变复合纤维膜的储热和放热速率的影响。图5所示为CPS/PAN、CPS/PAN/SiC5、CPS/PAN/SiC10和CPS/PAN/SiC20定形相变复合纤维膜在放热和吸热过程中温度与时间的变化曲线。图5(a)所示,当温度从35 ℃下降到结晶峰值温度(约为17 ℃)时,定形相变复合纤维膜结晶所需时间分别由20.0 min(CPS/PAN)缩短到15.2 min(CPS/PAN/SiC5)、12.8 min(CPS/PAN/SiC10)和10.9 min(CPS/PAN/SiC20)。与CPS/PAN相变复合纤维膜相比较,CPS/PAN/SiC5、CPS/PAN/SiC10和CPS/PAN/SiC20定形相变复合纤维膜的结晶时间分别减少了约24%、36%和46%。图5(b)显示,当温度从-5℃上升到融化峰值温度(约为25 ℃)时,定形相变复合纤维膜融化所需时间分别由15.1 min(CPS/PAN)减少到12.1 min(CPS/PAN/SiC5)、9.9 min(CPS/PAN/SiC10)和8.9 min(CPS/PAN/SiC20)。显然,随着纳米SiC含量的增加,定形相变复合纤维膜相应的融化所需时间也分别缩短了约20%、34%和41%。这可能是由于随着SiC含量的增加,其在纤维基体中形成了有效的导热网链结构,提高了热能传递的速率,从而使融化和结晶所需时间缩短。然而,值得注意的是,当纳米SiC含量由10%(质量分数)进一步增加到20%(质量分数)时,其传热速率并没有等比例的显著提高,这可能是由于高含量的纳米SiC在静电纺丝过程中发生了少量团聚,这导致纤维基体中有效的传热路径并未显著增强。SEM图像也观察到了部分团聚现象,因此添加SiC的含量可以控制在10%(质量分数)以内。传热测试数据显示在支撑纤维基体中添加纳米SiC,制备的定形相变复合纤维膜的融化和结晶所需时间明显缩短。3 结 论
将PAN粉末溶于DMF溶剂中制备出10%(质量分数)的PAN纺丝溶液,然后将纳米SiC添加到上述溶液中,质量比例为(WSiC:(WPAN+ WSiC)=0%,5%,10%和20%(质量分数),再用静电纺丝法制备负载不同含量纳米SiC的PAN/SiC复合纳米纤维膜,样品编号分别为PAN、PAN/SiC5、PAN/SiC10和PAN/SiC20。图1所示为静电纺丝装置示意图。将纺丝溶液装入注射器中,注射速率为1 mL/h。以覆盖铝箔的滚筒为接收装置,滚筒转速为200 r/min,注射针头到接收装置之间的接收距离设定为18 cm,纺丝电压为30 kV。1.3 CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的制备
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射法提高定型相变材料的储热和放热速率[J]. 柯惠珍,李永贵,王建刚,袁小红,陈东生,魏取福. 功能材料. 2017(03)
[2]石蜡/泡沫碳相变复合材料的制备及蓄热实验[J]. 张靖驰,盛强,童铁峰,任维佳. 功能材料. 2016(11)
本文编号：3401460
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