【摘 要】
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利用相变材料微胶囊储热是存储热能最有效的方法之一。将相变微胶囊制备成悬浮液,利用相变材料高存储容量的性质,可以用于传递或者存储能量,这样可以减少传热过程中的热传递损失,降低泵送功率。然而传统的石蜡相变微胶囊制备方法存在粒径大小不均一,形状外貌不规整,分散悬浮稳定性差的问题,不利于研究它的流变性能。本文以正十七烷为芯材、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)为壳层的相变材料微胶囊作为研究对象,采用微流
【基金项目】
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国家自然科学基金,项目名称为:相变微胶囊限域成核机理及其竞争行为(项目编号51876045);
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利用相变材料微胶囊储热是存储热能最有效的方法之一。将相变微胶囊制备成悬浮液,利用相变材料高存储容量的性质,可以用于传递或者存储能量,这样可以减少传热过程中的热传递损失,降低泵送功率。然而传统的石蜡相变微胶囊制备方法存在粒径大小不均一,形状外貌不规整,分散悬浮稳定性差的问题,不利于研究它的流变性能。本文以正十七烷为芯材、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)为壳层的相变材料微胶囊作为研究对象,采用微流控的方法制备出粒径均匀形貌规整的石蜡相变微胶囊。制备的相变微胶囊具有较高的单分散性。通过控制胶囊密度与基液密度相同,得到的等密度相变微胶囊悬浮液分散稳定。研究在测试条件相同时,不同分散体系下相变微胶囊悬浮液的粒径和浓度对其粘度的影响,通过实验数值研究范德粘度公式中常数A的值,以及在不同密度和温度下,相变微胶囊悬浮液的粘度的变化。具体工作如下:(1)通过微流控技术,利用双重玻璃芯片制备正十七烷/HDDA相变微胶囊。通过光固化得到的相变微胶囊,可以通过计算得到相变微胶囊的密度值,通过配制与相变微胶囊密度相等的基液,制备等密度的相变微胶囊悬浮液。通过扫描电子显微镜(SEM)对胶囊的形貌进行表征,同时对相变微胶囊的结构、热稳定性和热性能分别使用傅立叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)和差示扫描量热仪(DSC)进行表征,制备的正十七烷/HDDA相变微胶囊粒径可控且形貌规整。利用注射泵,通过精准控制分散相,中间相和连续相的流速,从而控制胶囊的壳核比,使得相变材料微胶囊的密度可控。用这种方法制备出七种不同粒径但是密度相同的相变石蜡微胶囊,把石蜡相变微胶囊与基液混合得到密度一致的相变微胶囊悬浮液。取七种不同粒径的部分相变微胶囊悬浮液作为样品,每隔一段时间观察其分散稳定性,在一个月后悬浮液仍然拥有良好的分散稳定性。(2)研究单分散体系下,粒径和浓度对石蜡相变微胶囊悬浮液流变性能的影响。本研究利用马尔文流变仪中的夹具平板,测试时采用的间隙值为1.2mm。测试配置得到的七种不同粒径,每组粒径下四种不同质量分数的石蜡相变微胶囊悬浮液的粘度。实验结果表明:当流变仪的剪切速率在100s-1到200s-1时,处于这个区间的相变材料微胶囊悬浮液质量分数从5%至20%,均表现为牛顿流体的特征。当石蜡相变微胶囊的浓度一定时,粒径越大,粘度越高;当石蜡相变微胶囊的粒径一定时,浓度越高,粘度越大。同时通过实验数值拟合范德粘度公式,得到常数A的值。(3)研究多分散体系下粒径及浓度对石蜡相变微胶囊悬浮液流变性能的影响。建立了两种质量分数下不同分散系数的多分散石蜡相变微胶囊体系。通过对比单分散体系下绝对粒径和多分散体系下平均粒径在粒径相同时的粘度值,确认了相变微胶囊粒径的多分散性对胶囊悬浮液粘度的影响,同时研究了范德粘度公式中常数A的变化。实验结果表明:随着多分散系数PDI的增大,在相同测试条件下与单分散体系测试结果相比,多分散体系下胶囊的粘度增大。(4)研究温度和胶囊的密度对石蜡相变微胶囊悬浮液流变性能的影响。制备了五种外径相同内径不同的相变微胶囊,研究它们的粘度变化规律;并研究了变温条件下胶囊的粘度变化,实验结果表明:微胶囊悬浮液的粘度随密度的增大而增大:胶囊悬浮液的粘度随温度的升高而减小。
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