聚氨酯固-固相變儲能材料的研究

發布時間：2021-10-14

摘要

本論文以不同分子量聚乙二醇(PEG為軟段，MDI-BDO為硬段通過兩步溶液

聚合法合成一系列不同軟段分子量及軟段含量的聚氨酯相變儲能材料(PUPOM，利用紅外光譜法(F-IR，差示掃描量熱法(DSC，寬角X射線衍射(WAXD)，執失重(TG，偏光顯微鏡(POM，掃描電鏡(SEM等現代化分析技術分析研究了 PUPOM的結構特征，相變行為，儲熱性能，聚集態結構及熱性能的影響因素，提出了此類聚氨酯固態相變材料的能量貯存和相變機理。

結果表明，以聚乙二醇為軟段，MDI-BDO為硬段合成的聚氨酯相變儲熱材料

性能優異:相變焓較大;相變溫度適中;熱性能穩定;相變過程中不出現液體;

相變過程完全可逆，正過程和逆過程相變焓相差較小，方向僅由溫度決定;且此

材料經歷多次儲熱-放熱循環后，熱性能幾乎恒定，因此該材料是一種具有較大使用價值和發展前途的高分子固-固相變儲能材料。

PCM及變溫WAXD測試發現，PUPCM軟段在室溫下以結晶態存在，結晶形態為球晶，由于受到硬段限制結晶顆粒較純PEG變小。PUPCM的相變過程實質是PUPCM

中軟段PEG由結晶固態轉變為無定型固態的過程，材料相變過程中的能量變化主要來自軟段PEG的相變潛熱，即PEG由結晶固態轉變為無定型固態過程中內能的變化。硬段對材料的相變潛熱沒有貢獻，但它在材料中起著物理交聯點的作用，當軟段熔融呈現無定型態時束縛PEG的自由運動，使整個材料不發生宏觀流動而呈現出固相狀態。

聚氨酯具備固-固相變儲熱性能有兩個必備條件，其一為軟段結晶;其二為硬段聚集成微區，形成“物理交聯點”。研究表明，只有當軟段分子量超過臨界值2000時，軟段在常溫下才能很好的結晶且在相變點具有較大的相變潛熱。而

硬段含量的臨界值為11w%在它之上，PUPCM可以聚集成微區形成物理交聯網

絡，保證材料在軟段熔融溫度以上保持固體狀態。

由于軟段PEG結晶受到硬段的限制，在軟段結晶臨界值以上的不同分子量PEG為軟段的PUPCM樣品的相變焓和相變溫度均隨著軟段含量的減少而急劇下降;同一軟段含量不同分子量的PUPOM的相變焓隨分子量增大而大幅增加，當分子量大到一定值時，相變焓略微下降，相變溫度也是隨軟段分子量的增加而大幅升高，達到一分子量，上升呈平緩趨勢。

PUPCM改性研究結果表明在聚氨酯相變儲能材料中引入十八醇，當含量適中時能有效促進軟硬段間的兩相分離，使硬段能更好的聚集，提高軟段結晶度從而使材料相變儲熱性能提高。2wt%的CDO含量是PUPOM微相分離的最佳點，此時材料的相變潛熱最高。

聚氨酯固-固相變儲能材料的研究

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