相变微胶囊填充水泥基复合材料的制备、表征及调温机理

发布时间：2017-09-19 05:01

  本文关键词：相变微胶囊填充水泥基复合材料的制备、表征及调温机理

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【摘要】：面对日益严重的能源危机,减少建筑能耗最有效的途径之一就是寻找将相变材料引入建筑材料的高效热能存储技术。为解决相变材料在实际应用中经常出现的泄露、过冷、相分离和体积变化较大等问题,本论文成功研制了一种新型的鳞片石墨嵌入式相变储能微胶囊(flaky graphite-doped microencapsulated phase-change materials,FGD-MPCMs)填充的硅酸盐水泥基复合材料,并运用场发射扫面电子显微镜(FE-SEM),光学显微镜(OM),X射线衍射法(XRD),差示扫描量热法(DSC)以及热重分析法(TGA)对复合材料的微观结构以及储能能力进行分析。研究结果表明,FGD-MPCMs在水泥基体中分散良好,随FGD-MPCMs用量的增加,整个复合材料的储能能力逐渐增大。并且由于水泥的保护作用,其FGD-MPCMs的耐热性得到很好的改善。红外热像仪和自制“small room”模型的测试结果表明:由水泥基复合材料所构成的墙壁对室内温度有很好的调节作用,说明FGD-MPCMs在提高建筑节能方面具有良好的应用前景。然而,复合材料的力学性能随FGD-MPCMs含量以及材料本身孔隙率的增加下降明显。例如当FGD-MPCMs含量为30 wt%时,复合材料的抗压强度和抗折强度为14.2 MPa和4.1 MPa,相比纯水泥分别下降了58.4%和33.5%。为了在赋予复合材料储热能力的同时避免力学性能的大幅下降,本论文首次将碳纤维引入到相变微胶囊与水泥的复合体系中。结果表明:随着碳纤维含量的增加,相变储能复合材料的力学性能单调递增,当碳纤维含量为1.5%时,快养3天的抗压强度和抗折强度比纯水泥试块分别提高了16.8%和31.2%,标样28天的力学性能则分别提高了12.1%和17.3%。当碳纤维含量达到1.5%时,复合材料的抗压强度和抗折强度均超过纯水泥试块此外,碳纤维的加入还进一步提高了水泥基相变储能复合材料对温度变化的响应能力,当碳纤维含量达到1.5 wt%时,复合材料的导热系数为0.80 Wm-1K-1,比只添加20 wt%微胶囊时提高了25.81%,与纯水泥导热系数(0.93 Wm-1K-1)相比仅仅下降了12.49%。
【关键词】：相变微胶囊 水泥基复合材料 储能技术 热稳定性 力学性能 碳纤维
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528;TB34
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 建筑能耗与相变储能9-10
• 1.1.1 概述9
• 1.1.2 建筑能耗与储能技术概念9-10
• 1.1.3 相变储能10
• 1.2 相变材料及其分类10-11
• 1.3 相变材料研究进展11-13
• 1.4 相变储能微胶囊13-15
• 1.5 相变储能微胶囊的主要应用研究现状15-16
• 1.5.1 相变储能微胶囊的积极应用15
• 1.5.2 相变储能微胶囊的消极应用15-16
• 1.6 相变储能微胶囊/建筑材料复合研究进展16-19
• 1.6.1 相变储能微胶囊/石膏17
• 1.6.2 相变储能微胶囊/墙板、夹心板材17-18
• 1.6.3 相变储能微胶囊/水泥砂浆、混凝土18-19
• 1.7 本论文研究内容及创新点19-21
• 1.7.1 研究内容19-20
• 1.7.2 本论文创新点20-21
• 第2章 相变储能微胶囊填充水泥基复合材料的制备与表征21-41
• 2.1 引言21
• 2.2 实验仪器及实验试剂21-22
• 2.2.1 实验仪器21-22
• 2.2.2 实验试剂22
• 2.3 实验原理以及制备过程22-25
• 2.3.1 实验原理22-23
• 2.3.2 FGD-MPCMs工艺生产过程23-24
• 2.3.3 FGD-MPCMs/水泥基复合材料的制备24-25
• 2.4 实验表征25-29
• 2.4.1 FGD-MPCMs/水泥复合材料的形貌表征25-26
• 2.4.2 FGD-MPCMs/水泥复合材料的储热性能测试26
• 2.4.3 FGD-MPCMs/水泥复合材料的热稳定性测试26
• 2.4.4 FGD-MPCMs/水泥复合材料的红外热成像观测26-27
• 2.4.5 采用“small room”模型评估水泥基复合材料的储能调温性能27-28
• 2.4.6 FGD-MPCMs/水泥复合材料孔隙率的测定28
• 2.4.7 FGD-MPCMs/水泥复合材料的力学性能测试28-29
• 2.5 结果与讨论29-39
• 2.5.1 FGD-MPCMs的微观结构29-30
• 2.5.2 FGD-MPCMs/水泥复合材料的微观结构30-31
• 2.5.3 FGD-MPCMs/水泥复合材料的储热性能31-33
• 2.5.4 FGD-MPCMs/水泥复合材料的热稳定性33-35
• 2.5.5 FGD-MPCMs/水泥复合材料的红外热成像分析35-36
• 2.5.6 基于“small room”模型的储能调温性能分析36-38
• 2.5.7 FGD-MPCMs/水泥复合材料的孔隙率、密度以及力学性能38-39
• 2.6 本章小结39-41
• 第3章 碳纤维增强相变微胶囊填充水泥基复合材料的制备与性能表征41-54
• 3.1 引言41
• 3.2 实验仪器及实验试剂41-42
• 3.2.1 实验仪器41-42
• 3.2.2 实验试剂42
• 3.3 实验原理以及制备过程42-43
• 3.3.1 实验原理42
• 3.3.2 碳纤维增强FGD-MPCMs/水泥复合材料的制备方法42-43
• 3.4 实验表征43-45
• 3.4.1 碳纤维增强相变储能复合材料的表观形貌分析43
• 3.4.2 碳纤维增强相变储能复合材料的储热性能测试43-44
• 3.4.3 碳纤维增强相变储能复合材料的热稳定性测定44
• 3.4.4 碳纤维增强相变储能复合材料的红外热成像观测44
• 3.4.5 碳纤维增强相变储能复合材料的力学性能测试44-45
• 3.4.6 碳纤维增强相变储能复合材料的导热性能45
• 3.5 结果与讨论45-52
• 3.5.1 碳纤维以及FGD-MPCMs在水泥基体中的分布45-46
• 3.5.2 碳纤维增强相变储能复合材料的储热性能46-48
• 3.5.3 碳纤维增强相变储能复合材料的热稳定性48-49
• 3.5.4 碳纤维增强相变储能复合材料的红外热成像观测49-50
• 3.5.5 碳纤维增强相变储能复合材料的导热性能50-51
• 3.5.6 碳纤维增强复合材料的力学性能51-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第4章 结论54-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-61
• 攻读硕士学位期间的研究成果61

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