聚氨酯固-固相變儲能材料的研究.pdf

1、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(PUPCM)，利用紅外光譜法(FT-IR)，差示掃描量熱法(DSC)，寬角X-射線衍射(WAXD)，熱失重(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PUPCM的結構特征，相變行為，儲熱性能，聚集態(tài)結構及熱性能的影響因素，提出了此類聚氨酯固態(tài)相變材料的能量貯存和相變機理

2、。 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(yōu)異：相變焓較大；相變溫度適中；熱性能穩(wěn)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(huán)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(fā)展前途的高分子固-固相變儲能材料。 POM及變溫WAXD測試發(fā)現，PUPCM軟段在室溫下以結晶態(tài)存在，結晶形態(tài)為球晶，由于受到

3、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(tài)轉變?yōu)闊o定型固態(tài)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(tài)轉變?yōu)闊o定型固態(tài)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(lián)點的作用，當軟段熔融呈現無定型態(tài)時束縛PEG的自由運動，使整個材料不發(fā)生宏觀流動而呈現出固相狀態(tài)。 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

4、晶；其二為硬段聚集成微區(qū)，形成“物理交聯(lián)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11wt％，在它之上，PUPCM可以聚集成微區(qū)形成物理交聯(lián)網絡，保證材料在軟段熔融溫度以上保持固體狀態(tài)。 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