石蜡_膨胀珍珠岩复合相变储能材料的研究
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本文以膨胀珍珠岩为吸附材料，石蜡为相变储能 材料，并添加适量石墨以提高导热率 ， [3-4] 制备了石蜡/
www.brick-tile.com
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2011 年第 10 期
研究探讨
膨胀珍珠岩复合相变储能材料， 并对其最佳吸附量、 相转变过程以及微观结构进行了相关研究。 2 实验部分 2.1 原料
切片石蜡：熔点 56 ℃ ~ 58 ℃，国药集团化学试剂 有限公司；
图 2 膨胀珍珠岩 SEM 图 图 3 复合相变材料的 SEM 图
4 结论 膨胀珍珠岩对石蜡具有很好的吸附性，在毛细作
用力和表面张力的作用下，液态石蜡很难从其微孔结 构内渗透出来，从而有效解决了石蜡在储热应用时的 液态流动问题，提高了其稳定性。
膨胀珍珠岩的最佳吸附量为 65 %， 此时石蜡/膨 胀珍珠岩复合相变储能材料热稳定性好， 储能密度 大，储热效益佳，具有很好的实用价值。
表 1 试验配比
试样 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#
m ∶m 石蜡 膨胀珍珠岩 40∶60 45∶55 50∶50 55∶45 60∶40 65∶35 70∶30
2.3 膨胀珍珠岩最佳吸附量的测定方法 扩散-渗出圈法是一种方法简单、 成本低廉的相
变储能材料稳定性的检测方法。 它是通过相变储能材 料渗出圈的平均直径超出测试区域直径的百分比值 来评定相变材料的稳定性[5]。分别选取 1# ~ 6# 试样，将 一定质量的试样均匀分散在滤纸中央直径 30 mm 的 测试区域内，再将待测试样移到烘箱中，在 70 ℃温度 下恒温加热 10 h，取出试样；测 出 试 样 渗 出 圈 的 平 均 直径，进而计算出其渗出百分比值。 以 15 %为渗出界 限值，当渗出百分比小于 15 %时认为试样稳定性好。 3 实验结果与分析 3.1 膨胀珍珠岩最佳吸附量的确定
中图分类号：TU55 文献标识码：A 文章编号：1001-6945（2011）10-0015-03
Study on paraffin and expanded perlite composite phase change energy-storage materials
LI Qi￣jin JIANG Cong￣cong LI Guo￣zhong
膨胀珍珠岩：粒度 50 ~ 80 目； 天 然 鳞 片 石 墨 ：粒 度 325 目 ，青 岛 海 达 石 墨 有 限 公司。 2.2 复合相变储能材料制备方法 采用真空吸附法制备复合相变储能材料。 将石 蜡、膨胀珍珠岩、鳞片石墨以及磁子加入到圆底烧杯 中，打开真空泵抽真空至 0.005 MPa；30 min 后将圆底 烧杯放入磁力加热搅拌器中，在 70 ℃下真空吸附 2 h； 打开圆底烧杯，关闭真空泵，使石蜡在负压下进一步 进入膨胀珍珠岩微孔中，1 h 后关闭磁力加热搅拌器， 冷却至室温得到石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料， 试验配比如表 1 所示。
不同膨胀珍珠岩吸附量的复合相变储能材料在
性能上存在着较大的差异。 吸附量过小时，复合相变 储能材料发生相变时漏液小、稳定性好，但此时由于 石蜡的含量过小，因而其储能密度小，储热效益不佳；
吸附量过大时，虽然储热密度大，但相变过程中，液态
石蜡泄漏加剧，多次相变循环后，液态石蜡的漏液严
重，储热效应显著下降。 因此，首先必须确定膨胀珍珠
岩的最佳吸附量。
表 2 试验结果
试样
m ∶m 石蜡 膨胀珍珠岩
渗 出 圈 百 分 比 /%
1#
40:60
<15
2#
45:55
<15
3#
50:50
<15
4#
55:45
<15
5#
60:40
<15
6#
65:35
<15
7#
70:30
>15
对 1# ~ 7# 试样的稳定性进行了测试，实验结果如 表 2 所示。 由表 2 可知：试样 7# 的渗出百分比>15 %， 超过了渗出界限值，热稳定性差； 1# ~ 6# 试样的渗出 百分比不大于渗出界限值，热稳定性好。 在保证复合 相变储能材料热稳定性的基础上，复合相变储能材料 中石蜡含量越高，其储能密度越大，储热效益越佳，实 用价值越高，因此膨胀珍珠岩的最佳吸附量为 65 %。 3.2 差示扫描量热分析
1 引言 相变储Байду номын сангаас材料是利用其自身相态变化时伴随着
能量的吸收或释放的特性来实现能量储存和温度调 节的一类物质。 石蜡是最常用的固-液相变材料，它具 有相变潜热高（150 kJ/kg ~ 250 kJ/kg）、无 明 显 过 冷 现 象、无腐蚀性、来源广泛、价格低廉等优点，是一类非 常有发展前途的相变储能材料，但它也存在着液相泄 漏等问题[1]。 目前，石蜡相变储能材料的制备方法主要 为直接浸泡法、微胶囊法和多孔介质吸附法。 采用直 接浸泡法制备的石蜡相变储能材料稳定性差，多次使 用后石蜡泄漏严重，储热性能明显下降。 微胶囊法虽
Abstract： Paraffin and expanded perlite composite phase change energy-storage material is prepared with expanded perlite as absorption material and paraffin as phase change energy-storage material. The diffusedexudative circle method is used to determine the best adsorption quantity of 65 % for expanded perlite. The phase transition process and microstructure of composite phase change energy -storage materials with the best adsorption quantity are researched by DSC and SEM. The results show that the micropore of expanded perlite particle is almost completely filled by paraffin and becomes close-grained particles; the phase change temperature of composite phase change energy-storage material is basically similar with that of paraffin and its phase change latent heat is corresponded with that of paraffin in the composite materials. Key Words： composite phase change energy-storage material， paraffin， expanded perlite
最佳吸附量的石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材 料的相变温度为 53.57 ℃，相变焓为 115.78 J/g。 石蜡/ 膨胀珍珠岩复合相变材料的相变温度与石蜡的相变
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温度基本一致，其相变潜热与对应质量分数下石蜡的 相变潜热相当，石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料仍 保持着混合石蜡原有的高相变潜热特性。 参考文献： [1] 谢望平，朱冬生，汪南等.石蜡熔化蓄热的实验研
图 2、 图 3 分别为膨胀珍珠岩和最佳吸附量的石 蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料的 SEM 图。 由图 2 可以看到，膨胀珍珠岩内部呈现出蜂窝状多孔疏松结 构，孔与孔之间相互隔开，孔壁薄而光滑，孔径主要分 布在几微米到几百微米之间。 从图 3 可以看到，在石 蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料中，膨胀珍珠岩吸附 石蜡后，其微观形貌发生了很大变化。 膨胀珍珠岩内 部的孔隙基本被石蜡所完全填充，其自身成为了密实 颗粒。 从 3.1 部分可知最佳吸附量的石蜡/膨胀珍珠岩 复合相变储能材料相变过程中漏液少，具有很好的稳 定性，究其原因主要是膨胀珍珠岩的多孔结构使得被 其所吸附的石蜡分子受到高毛细作用力和高表面张 力作用，令液态石蜡分子难以渗出，从而使复合相变 储能材料具有良好的稳定性。
热系数的影响[J].太阳能学报，2005，26（6）. [5] 孙建忠，吴子钊.建材用相变工质材料渗出程度评
价方法的研究[J].新型建筑材料，2004（7）. [6] 尚建丽，赵鹏，刘加平.膨胀珍珠岩/有机羧酸复合
相 变 储 能 材 料 试 验 研 究 [J]. 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报:自然科学版，2007，39（5）.
研究探讨
2011 年第 10 期
石蜡 / 膨胀珍珠岩复合相变储能材料的研究
李启金 姜葱葱 李国忠 （济南大学材料科学与工程学院，山东 济南 250022）
摘要：以膨胀珍珠岩为吸附材料，石蜡为相变储能材料，制备了石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料；运 用扩散-渗出圈法确定了膨胀珍珠岩的最佳吸附量为65 %（质量分数，下同）；采用DSC及SEM对最佳吸 附量的石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料的相转变过程及微观结构进行研究。 结果表明：膨胀珍珠岩 的内部孔隙基本被石蜡完全填充，其自身成为了密实颗粒；复合相变储能材料的相变温度与石蜡的相 变温度基本一致，其相变潜热与对应质量分数下石蜡的相变潜热相当。 关键词：复合相变储能材料；石蜡；膨胀珍珠岩
究[J].广东化工，2008，35（1）. [2] 张正国，邵刚，方晓明.石蜡/膨胀石墨复合相变储
热材料的研究[J].太阳能学报，2005，26（5）. [3] 李金. 混合高级醇固-液相变储热材料的研究[J].
化学研究与应用，2006，18（7）. [4] 丁剑红，张寅平，王馨等.掺杂对定形相变材料导
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然较好地解决了液态石蜡的漏液问题，但其制备工艺 复杂，生产成本高，并且有机囊壁材料易老化、燃烧， 这些因素都限制了其大规模实际应用[2]。 多孔介质吸 附法是近年来新开发的一种制备方法，它是以膨胀珍 珠岩、膨胀石墨等无机多孔材料为吸附材料来对石蜡 进行封装。 相比于前述两种方法，它不但能有效解决 石蜡的液相泄漏问题，而且膨胀珍珠岩等无机多孔材 料化学性质稳定、无毒且价格低廉、来源广泛，由它制 得的复合相变储能材料具有很好的经济效益。
对石蜡和最佳吸附量的石蜡/膨胀珍珠岩复合相 变储能材料进行 DSC 分析，曲线如图 1 所示。
图 1 石蜡及复合相变储能材料的 DSC 图
从图 1 中可以看出，在温度升高时，石蜡除存在 着固-液相变外，在固-液相变温度下，还存在着固-固 相变过程。 石蜡与膨胀珍珠岩复合后，其固-液相变温 度较纯石蜡有所降低。 可能的原因是由于在复合相变 储能材料中添加了适量石墨，增加了复合相变储能材 料的导热性，所以与纯石蜡相比，软化的速度加快，转 变成液态的温度降低。 图中还可以看到复合相变储能 材料的相变温度范围较石蜡有所变宽，这是由于膨胀 珍珠岩内部的多孔结构是一种限制体系，膨胀珍珠岩 的多孔结构限制了石蜡分子的空间运动，同时石蜡分 子与膨胀珍珠岩间也存在着相互作用，这些因素使得
收稿日期：2011-09-06
山东淄博博山南光真空泵厂
本厂是研制、开发、制造真空获得设备的专业厂家，企业技术 力量雄厚，产品制造工艺精湛，材质优良，检测手段完备，每台产 品出厂前均经过严格的测试，性能稳定可靠，产品畅销全国各地。
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研究探讨
2011 年第 10 期
混合石蜡所表现出来的热力学性质与其在普通状态 时不同，因而出现相变温度范围变宽的现象[6]。 从相变 潜热来看，石蜡的相变潜热为 186.42 J/g，复合相变储 热材料的相变潜热为 115.78 J/g，为石蜡的 62.11 %，这 与复合相变储热材料中对应的石蜡百分含量(65 %)基 本一致，这表明石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料仍 保持着混合石蜡原有的高相变潜热特性。 3.3 扫描电镜（SEM）分析
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研究探讨
膨胀珍珠岩复合相变储能材料， 并对其最佳吸附量、 相转变过程以及微观结构进行了相关研究。 2 实验部分 2.1 原料
切片石蜡：熔点 56 ℃ ~ 58 ℃，国药集团化学试剂 有限公司；
图 2 膨胀珍珠岩 SEM 图 图 3 复合相变材料的 SEM 图
4 结论 膨胀珍珠岩对石蜡具有很好的吸附性，在毛细作
用力和表面张力的作用下，液态石蜡很难从其微孔结 构内渗透出来，从而有效解决了石蜡在储热应用时的 液态流动问题，提高了其稳定性。
膨胀珍珠岩的最佳吸附量为 65 %， 此时石蜡/膨 胀珍珠岩复合相变储能材料热稳定性好， 储能密度 大，储热效益佳，具有很好的实用价值。
表 1 试验配比
试样 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#
m ∶m 石蜡 膨胀珍珠岩 40∶60 45∶55 50∶50 55∶45 60∶40 65∶35 70∶30
2.3 膨胀珍珠岩最佳吸附量的测定方法 扩散-渗出圈法是一种方法简单、 成本低廉的相
变储能材料稳定性的检测方法。 它是通过相变储能材 料渗出圈的平均直径超出测试区域直径的百分比值 来评定相变材料的稳定性[5]。分别选取 1# ~ 6# 试样，将 一定质量的试样均匀分散在滤纸中央直径 30 mm 的 测试区域内，再将待测试样移到烘箱中，在 70 ℃温度 下恒温加热 10 h，取出试样；测 出 试 样 渗 出 圈 的 平 均 直径，进而计算出其渗出百分比值。 以 15 %为渗出界 限值，当渗出百分比小于 15 %时认为试样稳定性好。 3 实验结果与分析 3.1 膨胀珍珠岩最佳吸附量的确定
中图分类号：TU55 文献标识码：A 文章编号：1001-6945（2011）10-0015-03
Study on paraffin and expanded perlite composite phase change energy-storage materials
LI Qi￣jin JIANG Cong￣cong LI Guo￣zhong
膨胀珍珠岩：粒度 50 ~ 80 目； 天 然 鳞 片 石 墨 ：粒 度 325 目 ，青 岛 海 达 石 墨 有 限 公司。 2.2 复合相变储能材料制备方法 采用真空吸附法制备复合相变储能材料。 将石 蜡、膨胀珍珠岩、鳞片石墨以及磁子加入到圆底烧杯 中，打开真空泵抽真空至 0.005 MPa；30 min 后将圆底 烧杯放入磁力加热搅拌器中，在 70 ℃下真空吸附 2 h； 打开圆底烧杯，关闭真空泵，使石蜡在负压下进一步 进入膨胀珍珠岩微孔中，1 h 后关闭磁力加热搅拌器， 冷却至室温得到石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料， 试验配比如表 1 所示。
不同膨胀珍珠岩吸附量的复合相变储能材料在
性能上存在着较大的差异。 吸附量过小时，复合相变 储能材料发生相变时漏液小、稳定性好，但此时由于 石蜡的含量过小，因而其储能密度小，储热效益不佳；
吸附量过大时，虽然储热密度大，但相变过程中，液态
石蜡泄漏加剧，多次相变循环后，液态石蜡的漏液严
重，储热效应显著下降。 因此，首先必须确定膨胀珍珠
岩的最佳吸附量。
表 2 试验结果
试样
m ∶m 石蜡 膨胀珍珠岩
渗 出 圈 百 分 比 /%
1#
40:60
<15
2#
45:55
<15
3#
50:50
<15
4#
55:45
<15
5#
60:40
<15
6#
65:35
<15
7#
70:30
>15
对 1# ~ 7# 试样的稳定性进行了测试，实验结果如 表 2 所示。 由表 2 可知：试样 7# 的渗出百分比>15 %， 超过了渗出界限值，热稳定性差； 1# ~ 6# 试样的渗出 百分比不大于渗出界限值，热稳定性好。 在保证复合 相变储能材料热稳定性的基础上，复合相变储能材料 中石蜡含量越高，其储能密度越大，储热效益越佳，实 用价值越高，因此膨胀珍珠岩的最佳吸附量为 65 %。 3.2 差示扫描量热分析
1 引言 相变储Байду номын сангаас材料是利用其自身相态变化时伴随着
能量的吸收或释放的特性来实现能量储存和温度调 节的一类物质。 石蜡是最常用的固-液相变材料，它具 有相变潜热高（150 kJ/kg ~ 250 kJ/kg）、无 明 显 过 冷 现 象、无腐蚀性、来源广泛、价格低廉等优点，是一类非 常有发展前途的相变储能材料，但它也存在着液相泄 漏等问题[1]。 目前，石蜡相变储能材料的制备方法主要 为直接浸泡法、微胶囊法和多孔介质吸附法。 采用直 接浸泡法制备的石蜡相变储能材料稳定性差，多次使 用后石蜡泄漏严重，储热性能明显下降。 微胶囊法虽
Abstract： Paraffin and expanded perlite composite phase change energy-storage material is prepared with expanded perlite as absorption material and paraffin as phase change energy-storage material. The diffusedexudative circle method is used to determine the best adsorption quantity of 65 % for expanded perlite. The phase transition process and microstructure of composite phase change energy -storage materials with the best adsorption quantity are researched by DSC and SEM. The results show that the micropore of expanded perlite particle is almost completely filled by paraffin and becomes close-grained particles; the phase change temperature of composite phase change energy-storage material is basically similar with that of paraffin and its phase change latent heat is corresponded with that of paraffin in the composite materials. Key Words： composite phase change energy-storage material， paraffin， expanded perlite
最佳吸附量的石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材 料的相变温度为 53.57 ℃，相变焓为 115.78 J/g。 石蜡/ 膨胀珍珠岩复合相变材料的相变温度与石蜡的相变
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温度基本一致，其相变潜热与对应质量分数下石蜡的 相变潜热相当，石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料仍 保持着混合石蜡原有的高相变潜热特性。 参考文献： [1] 谢望平，朱冬生，汪南等.石蜡熔化蓄热的实验研
图 2、 图 3 分别为膨胀珍珠岩和最佳吸附量的石 蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料的 SEM 图。 由图 2 可以看到，膨胀珍珠岩内部呈现出蜂窝状多孔疏松结 构，孔与孔之间相互隔开，孔壁薄而光滑，孔径主要分 布在几微米到几百微米之间。 从图 3 可以看到，在石 蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料中，膨胀珍珠岩吸附 石蜡后，其微观形貌发生了很大变化。 膨胀珍珠岩内 部的孔隙基本被石蜡所完全填充，其自身成为了密实 颗粒。 从 3.1 部分可知最佳吸附量的石蜡/膨胀珍珠岩 复合相变储能材料相变过程中漏液少，具有很好的稳 定性，究其原因主要是膨胀珍珠岩的多孔结构使得被 其所吸附的石蜡分子受到高毛细作用力和高表面张 力作用，令液态石蜡分子难以渗出，从而使复合相变 储能材料具有良好的稳定性。
热系数的影响[J].太阳能学报，2005，26（6）. [5] 孙建忠，吴子钊.建材用相变工质材料渗出程度评
价方法的研究[J].新型建筑材料，2004（7）. [6] 尚建丽，赵鹏，刘加平.膨胀珍珠岩/有机羧酸复合
相 变 储 能 材 料 试 验 研 究 [J]. 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报:自然科学版，2007，39（5）.
研究探讨
2011 年第 10 期
石蜡 / 膨胀珍珠岩复合相变储能材料的研究
李启金 姜葱葱 李国忠 （济南大学材料科学与工程学院，山东 济南 250022）
摘要：以膨胀珍珠岩为吸附材料，石蜡为相变储能材料，制备了石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料；运 用扩散-渗出圈法确定了膨胀珍珠岩的最佳吸附量为65 %（质量分数，下同）；采用DSC及SEM对最佳吸 附量的石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料的相转变过程及微观结构进行研究。 结果表明：膨胀珍珠岩 的内部孔隙基本被石蜡完全填充，其自身成为了密实颗粒；复合相变储能材料的相变温度与石蜡的相 变温度基本一致，其相变潜热与对应质量分数下石蜡的相变潜热相当。 关键词：复合相变储能材料；石蜡；膨胀珍珠岩
究[J].广东化工，2008，35（1）. [2] 张正国，邵刚，方晓明.石蜡/膨胀石墨复合相变储
热材料的研究[J].太阳能学报，2005，26（5）. [3] 李金. 混合高级醇固-液相变储热材料的研究[J].
化学研究与应用，2006，18（7）. [4] 丁剑红，张寅平，王馨等.掺杂对定形相变材料导
2011Brick & Tile
然较好地解决了液态石蜡的漏液问题，但其制备工艺 复杂，生产成本高，并且有机囊壁材料易老化、燃烧， 这些因素都限制了其大规模实际应用[2]。 多孔介质吸 附法是近年来新开发的一种制备方法，它是以膨胀珍 珠岩、膨胀石墨等无机多孔材料为吸附材料来对石蜡 进行封装。 相比于前述两种方法，它不但能有效解决 石蜡的液相泄漏问题，而且膨胀珍珠岩等无机多孔材 料化学性质稳定、无毒且价格低廉、来源广泛，由它制 得的复合相变储能材料具有很好的经济效益。
对石蜡和最佳吸附量的石蜡/膨胀珍珠岩复合相 变储能材料进行 DSC 分析，曲线如图 1 所示。
图 1 石蜡及复合相变储能材料的 DSC 图
从图 1 中可以看出，在温度升高时，石蜡除存在 着固-液相变外，在固-液相变温度下，还存在着固-固 相变过程。 石蜡与膨胀珍珠岩复合后，其固-液相变温 度较纯石蜡有所降低。 可能的原因是由于在复合相变 储能材料中添加了适量石墨，增加了复合相变储能材 料的导热性，所以与纯石蜡相比，软化的速度加快，转 变成液态的温度降低。 图中还可以看到复合相变储能 材料的相变温度范围较石蜡有所变宽，这是由于膨胀 珍珠岩内部的多孔结构是一种限制体系，膨胀珍珠岩 的多孔结构限制了石蜡分子的空间运动，同时石蜡分 子与膨胀珍珠岩间也存在着相互作用，这些因素使得
收稿日期：2011-09-06
山东淄博博山南光真空泵厂
本厂是研制、开发、制造真空获得设备的专业厂家，企业技术 力量雄厚，产品制造工艺精湛，材质优良，检测手段完备，每台产 品出厂前均经过严格的测试，性能稳定可靠，产品畅销全国各地。
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研究探讨
2011 年第 10 期
混合石蜡所表现出来的热力学性质与其在普通状态 时不同，因而出现相变温度范围变宽的现象[6]。 从相变 潜热来看，石蜡的相变潜热为 186.42 J/g，复合相变储 热材料的相变潜热为 115.78 J/g，为石蜡的 62.11 %，这 与复合相变储热材料中对应的石蜡百分含量(65 %)基 本一致，这表明石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能材料仍 保持着混合石蜡原有的高相变潜热特性。 3.3 扫描电镜（SEM）分析