MDF水泥基太阳能吸收材料的制备与性能

发布时间：2017-06-14 10:07

  本文关键词：MDF水泥基太阳能吸收材料的制备与性能，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于化石燃料不可再生且燃烧后严重地污染环境,因此开发利用可再生清洁能源具有极其重要的意义,太阳能是一种高效、清洁、永不枯竭的可再生能源,但其具有分散性、间接性、随机性的缺点,这使得太阳能很难在更宽更广的范围内得到利用;人类建筑物多为水泥混凝土结构且遍布世界各地,如果能够利用水泥混凝土来吸收储存太阳能,将大大扩展太阳能的应用范围并真正做到太阳能利用与建筑一体化,但传统的水泥混凝土太阳光吸收性能和热学性能均较差,不能有效地吸收储存太阳能;本课题组前期选取石墨、炭黑、氧化铁黑作为外掺吸热导热相,进行了大量的前期探究实验,结果表明:外掺吸热导热相虽然提高了水泥基复合材料的太阳光吸收性能和热学性能,但同时大大地降低了水泥基复合材料的力学性能,这主要是由于吸热导热相均为高比表面积惰性材料,注浆成型时标准稠度需水量大大地增加,水泥基复合材料中产生了大量的孔洞裂纹等晶格缺陷。为了制备出可用于太阳能集热的太阳光吸收性能和热学性能均优良且力学性能符合建筑要求的MDF水泥基太阳能吸收材料,本实验在本课题组前期实验工作的基础上,参照MDF水泥制备技术,采用半干压成型法替代传统的注浆成型法,首先研究了不同水灰比对半干压成型法制得的空白水泥材料和水泥基复合材料性能的影响,结果表明,水泥基复合材料的实验水灰比范围为0.15~0.25,大于空白水泥材料的实验水灰比范围0.1~0.2,当水灰比为0.2时,两组试样的抗折强度和抗压强度均达到最大值,水泥基复合试样的绝干容重也取得最大值,因此确定制备MDF水泥基太阳能吸收材料的实验水灰比为0.2;然后研究了高外掺量吸热导热相的复掺对MDF水泥基太阳能吸收材料性能的影响,结果表明,高外掺量吸热导热相的复掺大大提高了MDF水泥基太阳能吸收材料的太阳光吸收性能和热学性能,同时也大大降低了材料的力学性能和绝干容重,其中导热系数和光吸收系数分别可达到4.8803W/(m·K)和95%,最高平均温度可达到59.89°C,较空白试样提高了6.76°C,较环境的最高平均温度提高了29.1°C,对复掺试样进行微观结构测试,结果表明,高外掺量吸热导热相的复掺增加了MDF水泥基太阳能吸收材料的内部总孔隙率和多害孔数量,使得水泥石结构规整性变差,因此综合分析考虑,确定吸热导热相的最佳外掺质量分数分别为24wt%、16wt%、20wt%。再研究了增加水泥用量和外掺聚丙烯纤维对MDF水泥基太阳能吸收材料性能的影响,结果表明,增加水泥用量对MDF水泥基太阳能吸收材料的力学性能和绝干容重提高均不大,而外掺聚丙烯纤维对MDF水泥基太阳能吸收材料的力学性能提高显著,其中当聚丙烯纤维外掺质量分数为1wt%时,抗折强度和抗压强度达到9.32MPa、37.27MPa,但外掺聚丙烯纤维对MDF水泥基太阳能吸收材料的绝干容重影响不大,选取试样进行微观结构测试,结果表明,水泥用量的增加使得水泥水化产物连续性提高,但提高程度不大,而聚丙烯纤维单丝在材料中均匀分布、紧密排列,与水泥水化产物形成了较好的结合界面,综合分析考虑确定聚丙烯纤维的最佳外掺质量分数为1wt%;最后研究了一定外掺量丙烯酸钙、硅烷偶联剂和表面活性剂的复掺对聚丙烯纤维增强MDF水泥基太阳能吸收材料性能的影响,结果表明,一定外掺量丙烯酸钙、硅烷偶联剂和表面活性剂的复掺提高了材料的热学性能和力学性能,其中导热系数、抗折强度和抗压强度分别可达到5.6304W/(m·K)、13.6MPa和47.5MPa,对复掺试样进行微观结构测试,结果表明,丙烯酸钙、硅烷偶联剂和表面活性剂的复掺使得材料的各相之间连接更加紧密,综合分析考虑,最终确定丙烯酸钙、硅烷偶联剂和表面活性剂的最佳外掺质量分数分别为1wt%、2wt%、1.5wt%。
【关键词】：MDF水泥 太阳能 吸热导热相 导热系数 光吸收系数
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题背景11-13
• 1.2 课题研究目的及意义13-14
• 1.3 MDF水泥制备技术14-15
• 1.4 聚丙烯纤维在水泥混凝土中的应用15-16
• 1.5 丙烯酸钙、硅烷偶联剂及表面活性剂在水泥混凝土中的应用16-18
• 1.5.1 丙烯酸钙在水泥混凝土中的应用16-17
• 1.5.2 硅烷偶联剂及表面活性剂在水泥混凝土中的应用17-18
• 1.6 主要研究内容18-21
• 第二章 实验原理、设备和方法21-31
• 2.1 实验原料21-23
• 2.1.1 水泥21
• 2.1.2 石墨21
• 2.1.3 炭黑21-22
• 2.1.4 氧化铁黑22
• 2.1.5 聚丙烯纤维22
• 2.1.6 化学试剂22-23
• 2.2 实验仪器设备23-25
• 2.3 实验方法25-31
• 2.3.1 原料的预处理及混合26
• 2.3.2 试样的成型与养护26-27
• 2.3.3 绝干容重测试27
• 2.3.4 抗折抗压强度测试27
• 2.3.5 导热系数测试27-28
• 2.3.6 实际太阳光吸热测试28
• 2.3.7 光吸收系数测试28
• 2.3.8 微观测试方法28-31
• 第三章 水灰比对MDF水泥基太阳能吸收材料性能的影响31-37
• 3.1 水灰比对MDF水泥基太阳能吸收材料力学性能的影响31-33
• 3.2 水灰比对MDF水泥基太阳能吸收材料绝干容重的影响33-35
• 3.3 本章小结35-37
• 第四章 吸热导热相对MDF水泥基太阳能吸收材料性能的影响37-57
• 4.1 吸热导热相对MDF水泥基太阳能吸收材料力学性能的影响38-41
• 4.2 吸热导热相对MDF水泥基太阳能吸收材料绝干容重的影响41-44
• 4.3 吸热导热相对MDF水泥基太阳能吸收材料热学性能的影响44-46
• 4.4 吸热导热相对MDF水泥基太阳能吸收材料太阳光吸收性能的影响46-50
• 4.4.1 吸热导热相对MDF水泥基太阳能吸收材料光吸收系数的影响46-48
• 4.4.2 吸热导热相对MDF水泥基太阳能吸收材料实际太阳光吸热温度影响48-50
• 4.5 MDF水泥基太阳能吸收材料的孔结构分析50-51
• 4.6 MDF水泥基太阳能吸收材料的SEM分析51-55
• 4.7 本章小结55-57
• 第五章 聚丙烯纤维对MDF水泥基太阳能吸收材料性能的影响57-63
• 5.1 聚丙烯纤维对MDF水泥基太阳能吸收材料力学性能的影响57-59
• 5.2 聚丙烯纤维对MDF水泥基太阳能吸收材料绝干容重的影响59-61
• 5.3 聚丙烯纤维增强MDF水泥基太阳能吸收材料的SEM分析61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 MDF 水泥基太阳能吸收材料的性能优化实验63-71
• 6.1 MDF 水泥基太阳能吸收材料的力学性能优化64-67
• 6.2 MDF 水泥基太阳能吸收材料的热学性能优化67-69
• 6.3 MDF 水泥基太阳能吸收材料的微观结构优化69-70
• 6.4 本章小结70-71
• 第七章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 附录79

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