PEG/HDPE/CNT定形相变材料在沥青混凝土中的传热特性分析
发布时间：2021-06-05 23:39
通过熔融共混法,制备以聚乙二醇（PEG）为相变工作物质、高密度聚乙烯（HDPE）为定形载体及碳纳米管（CNT）为导热填料的新型定形相变材料-PEG/HDPE/CNT （fs-PCMs）,并采取渗漏试验、差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TG）和扫描电子显微镜（SEM）对其定形效果、储热特性、热稳定性及微观形貌进行测试与表征;再将其作为调温材料掺加至AC-13沥青混合料中,制备出具有储热调温作用的相变储热沥青混合料,并采用ANSYS软件对其在经受热源辐射时的传热行为进行数值模拟。结果表明,HDPE具有大量的网络结构,能够起到熔融过程中定形液态PEG的作用; PEG/HDPE/CNT fsPCMs的相变储热特性良好、热稳定性较高,能够作为相变储热材料掺入至沥青混凝土中; PEG/HDPE/CNT fs-PCMs的掺量越多,则沥青混凝土的储热性能越优,混凝土内部的传热形式也主要以自然对流为主,这更加有利于改善沥青混凝土在夏季高温气候下的温度场。
【文章来源】：塑料工业. 2020,48(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
定形相变材料的外观形貌
图2为各样品的定形试验计算结果。从图2可以看到，加热1 h后，所有样品均出现不同程度的泄露，例如S1～S4的泄漏率分别达到4.52%、3.77%、2.54%和1.31%，这主要是因为在熔融共混过程中样品表面残留的PEG所致。随着加热时间的延长，样品的LR曲线逐渐趋于平缓，S1～S4的泄漏率最终稳定在9.43%、7.35%、6.13%和4.65%，表明HDPE的含量越高，PEG/HDPE/CNT fs-PCMs的定形效果越为显著，但相应地，PEG在fs-PCMs中的含量也就越低，fs-PCMs的相变储热密度也随之下降，因此为确定HDPE的最佳掺量，应综合考虑fs-PCMs的定形效果和相变储热能力，鉴于部分研究发现CNT也能够阻碍液态PEG的流淌，因此本研究将HDPE的最佳掺量控制为20%。2.1.2 SEM分析
图3为PEG和PEG/HDPE/CNT fs-PCMs的微观形貌图。从图3a可以观察到，由于本试验采用的PEG纯度较高，其灰褐色的表面较为平整、紧密;而从图3b中可明显发现，当PEG与HDPE、CNT在经历高温剪切混合的制备过程后，fs-PCMs的外观形貌发生较为明显的变化，其表面结构和PEG相差较大，变得非常粗糙，颜色也转变为黑褐色，这可能是因为固化后的HDPE能够形成丰富的空间网络结构，并能将PEG分子链段牢牢地钳制其中，最终使得PEG在经受高温时仍能稳定封装于HDPE中，达到良好的定形效果。这与前面定形试验的结果互为印证，证明本文制备的PEG/HDPE/CNT fs-PCMs具有优良的受热定形能力，可作为调温材料应用至沥青混凝土中。2.1.3 热物性分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]PEG/TiO2/石墨烯复合相变材料的制备及其在沥青改性中的应用探究[J]. 任瑞. 化工新型材料. 2019(02)
[2]相变材料在建筑工业中的应用研究[J]. 陈钦元,余荣春. 塑料工业. 2018(09)
[3]聚乙二醇/SiO2定形相变材料在沥青中的相变储热性能[J]. 何丽红,王浩,杨帆,朱洪洲,唐伯明. 化工进展. 2018(03)
[4]高速公路沥青路面老化沥青的频率敏感性研究[J]. 曾杰. 中外公路. 2017(06)
[5]相变材料在沥青混合料中的研究进展[J]. 何丽红,杨帆,王浩,朱洪洲,韦万峰. 化工新型材料. 2017(05)
本文编号：3213132
【文章来源】：塑料工业. 2020,48(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
定形相变材料的外观形貌
图2为各样品的定形试验计算结果。从图2可以看到，加热1 h后，所有样品均出现不同程度的泄露，例如S1～S4的泄漏率分别达到4.52%、3.77%、2.54%和1.31%，这主要是因为在熔融共混过程中样品表面残留的PEG所致。随着加热时间的延长，样品的LR曲线逐渐趋于平缓，S1～S4的泄漏率最终稳定在9.43%、7.35%、6.13%和4.65%，表明HDPE的含量越高，PEG/HDPE/CNT fs-PCMs的定形效果越为显著，但相应地，PEG在fs-PCMs中的含量也就越低，fs-PCMs的相变储热密度也随之下降，因此为确定HDPE的最佳掺量，应综合考虑fs-PCMs的定形效果和相变储热能力，鉴于部分研究发现CNT也能够阻碍液态PEG的流淌，因此本研究将HDPE的最佳掺量控制为20%。2.1.2 SEM分析
图3为PEG和PEG/HDPE/CNT fs-PCMs的微观形貌图。从图3a可以观察到，由于本试验采用的PEG纯度较高，其灰褐色的表面较为平整、紧密;而从图3b中可明显发现，当PEG与HDPE、CNT在经历高温剪切混合的制备过程后，fs-PCMs的外观形貌发生较为明显的变化，其表面结构和PEG相差较大，变得非常粗糙，颜色也转变为黑褐色，这可能是因为固化后的HDPE能够形成丰富的空间网络结构，并能将PEG分子链段牢牢地钳制其中，最终使得PEG在经受高温时仍能稳定封装于HDPE中，达到良好的定形效果。这与前面定形试验的结果互为印证，证明本文制备的PEG/HDPE/CNT fs-PCMs具有优良的受热定形能力，可作为调温材料应用至沥青混凝土中。2.1.3 热物性分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]PEG/TiO2/石墨烯复合相变材料的制备及其在沥青改性中的应用探究[J]. 任瑞. 化工新型材料. 2019(02)
[2]相变材料在建筑工业中的应用研究[J]. 陈钦元,余荣春. 塑料工业. 2018(09)
[3]聚乙二醇/SiO2定形相变材料在沥青中的相变储热性能[J]. 何丽红,王浩,杨帆,朱洪洲,唐伯明. 化工进展. 2018(03)
[4]高速公路沥青路面老化沥青的频率敏感性研究[J]. 曾杰. 中外公路. 2017(06)
[5]相变材料在沥青混合料中的研究进展[J]. 何丽红,杨帆,王浩,朱洪洲,韦万峰. 化工新型材料. 2017(05)
本文编号：3213132
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