相变材料十篇

相变材料篇1

关键词定形相变材料贮能石蜡

1引言

利用相变材料的相转变潜热或蓄冷，温度变化小、蓄能密度大，在太阳能利用、工业余热和废热回收及建筑采暖和空调节能等领域有着广阔应用前景[1]。传统的固液相变贮能材料在实际应用中，都需用容器封装，增加了传热时相变材料与外部传热介质间的热阻，降低了传热效率，且增加了封装成本。定形相变材料是由相变材料和高分子支撑和封装材料组成的复合贮能材料，由于高分子囊材的微封装和支撑作用，作为芯材的相变材料发生固液相变时不会流出，且整个复合材料即使在芯材熔化后也能保持原来的形状不变并且有一定的强度。该类材料有以下优点：无需封装，不泄漏，从而减小了封装成本和难度，并减小了相变材料和传热流体间热阻。该类材料在建筑暖通空调领域及建筑材料领域有着较为广阔的应用前景。

inaba教授[2]较早研究了高密度聚乙烯和熔点54℃的石蜡体系混成的定形相变材料的热物理性质，石蜡掺混比例为74wt%。叶宏等人[3]也对石蜡和高密度聚乙组成的定形相变材料进行了研究，他们用几种高密度聚乙烯和熔点在58℃左右的精炼和半精炼石蜡作为原料，石蜡在定形相变材料中所占比例为75wt%。法国的xavierpy等人[4]制备了石蜡-膨胀石墨定形相变材料，并研究了体系的热物理性能，石蜡掺混比例为65wt%～95wt%。华南理工大学的肖敏等人[5]研究了石蜡和热塑弹性体sbs组成的复合相变材料在加入石墨后热传导性能的提高，他们加入的石蜡含量在20wt%～80wt%范围内。定形相变材料研制中多以高密度聚乙烯、sbs或石墨为支撑材料，石蜡为相变材料，对定形相变材料的均匀性分析不够，对支撑材料类型及石蜡掺混比对定形相变材料材料性能的影响讨论不够充分。

本工作应用不同熔点的石蜡和一些高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯及橡胶作原料，研制出一些定形相变材料。对材料的均匀性进行了分析，并对相变材料的的掺混比进行了讨论。用dsc差示扫描量热仪和电子扫描显微镜等仪器对材料进行一些结构和热性能方面的分析研究，其中应用低压聚乙烯和石蜡共混，石蜡所占比例最高达到90wt%。

2实验

2．1实验试剂

切片石蜡，熔点48～50℃；半精炼石蜡，熔点56～58℃，58～60℃，60～62℃；精炼石蜡，58～60℃；低压聚乙烯，j-0；高压聚乙烯1l2a；高压聚乙烯，1f7b。

2．2实验仪器

平板硫化仪、dsc2910差示扫描量热仪、橡胶塑料实验机、sf-11型塑料粉碎机、电子扫描显微镜。

2．3实验内容

首先用不同熔点的石蜡和低压聚乙烯共混形成定形相变材料，然后采用不同种类的高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯以及sebs作为支撑材料制备出不同的定形相变材料，对它们的性能进行了研究分析。对定形相变材料进行dsc测试，升温速率5℃/min。对一些材料的微观结构用扫描电子显微镜进行了研究分析。

3结果分析

3．1dsc分析结果

3.1.1不同支撑材料与48#切片石蜡的实验

用切片石蜡和不同类型低压聚乙烯和聚丙烯进行了实验，石蜡所占的质量百分比相同，可以从图1看出有些hdpe组成的材料潜热值偏低，一方面由于材料本身造成的，材料各处潜热测量值有差异，另一方面则是由于材料和工艺的适应性不好。研制定形相变材料时，针对不同的材料，要相应的调整制备工艺。

3．1．2不同熔点石蜡实验

我们对j0型hdpe与不同熔点石蜡混制备定形相变材料进行了实验，可以看出相同比例的精炼、半精炼石蜡组成的定形相变材料潜热值判别不大，而这个差别是由于原材料的潜热不同造成的（表1）。可以以不同熔点的石蜡为原料制出一系列不同熔点范围的定形相变材料，应用到不同领域中去。

3.1.3材料均匀性

我们分别在两个定形相变材料试样（组成材料一样，石蜡所占百分比不同）的4个不同部位分别取样进行dsc分析，得结果见图2，从图中我们可以看出同一试样不同部位相变潜热值差别不大，差别在10%以内，说明定形相变材料中石蜡分布较均匀。

3．1．4潜热测定及石蜡掺混比临界值讨论

从60#石蜡dsc测试曲线（图3）可以看出，60#石蜡有两个相变峰，每个相变峰出现在40℃附近，较小，第二个相变峰出现在60℃，较大。从定形相变材料的dsc曲线（图4，5）中同样可以看到这两个相变峰，聚乙烯熔融的峰出现在120℃附近。可以看到两者的温度差约为60℃，能够保证在定形相变材料中石蜡发生相转变由固态变成液态时，聚乙烯能支撑结构使得材料形态不变。由dsc测得的相变热和用石蜡所占百分比概算得的结果差别不大。图6为含不同比例的石蜡的定形相变材料的潜热，石蜡含量在70%～90%之间，材料的相变热在130～175kj/kg，可以看出潜热值随石蜡所占比例增加近似线性增加。为了实现支撑材料的对整体结构的支撑作用，支撑材料在定形相变材料中所占比例应有一个下限，即石蜡所占比例有一个上限，在制备定形相变材料时，石蜡比例达到90%时，定形相变材料有一些渗出现象，所以石蜡在定形相变材料所占质量百分比的不宜大于90%。

3．1．5其他

用hdpe和60#石蜡混和，石蜡掺混比达到80wt%时，定形相变材料性能较好，材料潜热测量值达到144.4kj/kg。

3．2扫描电子显微镜分析结果

利用扫描电子显微镜对用低压聚乙烯和60#半精炬石蜡（熔点60～62℃）制成的定形相变材料进行了结构分析。对定形相变材料的脆断面进行了拍照观察，然后用有机溶剂溶去石蜡对hdpe构架进行了观察。

对定形相变材料断面用有机溶剂浸泡后溶去石蜡后的表面分析，得到图7和图8的扫描电镜照片。浅色部分为聚乙烯的形成的骨架，深色的部分为石蜡被浸泡溶去后形成的凹陷。可以看到，定形相变材料分布较均匀，聚乙烯形成了空间的网状结

构。在石蜡熔融时，聚乙烯能够起到的支撑和封装作用，使材料的整体武装不发生变化。

4结论

可用不同类型的高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯等一系列高分子材料作为支撑和微封装材料，不同熔点、不同类型的石蜡作为相变材料，制备系列定形相变材料，其中石蜡质量百分比可达80%，潜热较高，均匀性较好。有望作为相变地板应用到房屋建筑当中，并且可能和其他材料混合作业一种新型的建筑材料。下一步需要继续改进材料制备的工艺，改善材料的力学及其他性能。

参考文献

1张寅平，胡汉平，孔祥冬等，相变贮能-理论和应用，合肥：中国科学技术大学出版社，1996

2hinaba,pt.heatandmasstransfer,1997,32(4):307--312

3yehong,gexinshi.solarenergymaterials&solarcells,2000,64(1):37～44

相变材料篇2

关键词：相变材料;节能;建筑

中图分类号： TE08文献标识码：A 文章编号：

国家在“十一五”规划中明确提出了要发展资源节约性社会，所以建筑节能产品的开发与应用已成为当前建筑材料领域的热点问题之一。传统的建筑节能材料主要采用对内外墙保温隔热从而降低能量的消耗，这远远不能满足当前节能的要求。一方面，目前用的节能建材虽然有很好的保温效果，但无法满足人们对环境温度舒适度的要

一、相变材料的概念

相变材料(phaseChangeMaterials,简称PCM)是近年来材料科学和节能技术中一个研究方向。在材料的相变期间,吸收环境的热(冷)量,并在需要时向环境释放出热(冷)量,从而可以控制材料周围环境的温度.相变材料的这种能量贮存和再利用的性质,有助于研发对环境具有应变性能的建筑复合材料。通过将相变材料与建筑材料基体复合,可以制成相变储能建筑材料,能够将能量以相变潜热的形式进行贮存,实现能量在不同时空位置之间的转换。虽然在相变过程中温度变化比较小,但是吸收和释放的相变潜热却相当大,少量的材料可以存储大量的热(冷)量.与混凝土、砖等储热建材相比,可以大大降低能量储存对建筑物结构的要求,从而减少建筑材料的占用面积,可在建筑物中采用更加灵活的墙体结构形式。

二、相变材料应用于建筑的条件

相变材料(phase changematerial简称PCM)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。它具有独特的潜热性能,即在相变化过程中,可以从环境吸收热(冷)量或向环境放出热(冷)量,从而达到热量存储和释放的目的。相变材料与传统建材(如水泥、石膏)复合成具有储热和温度控制功能的建筑围护结构材料,可以减少室内温度波动,提高舒适度,增大室内空间,减轻建筑物自重,节省制冷和采暖费用。目前,已发现的相变材料已有几万种,但并不是每一种PCM都可以应用在建筑中。PCM在建筑中的应用需要具有以下条件:具有良好的热传导系数,单位质量的相变潜热大,体积膨胀率小,密度大;相变过程可逆性好,相变过程的方向仅以温度决定,不存在过冷和降解现象;无毒、无腐蚀、无泄漏、防火、不污染环境;相变材料经济且原料来源容易;相变过程可靠性好,不会产生降解和变化,使用寿命长,一般要求达到50年以上;相变温度合适,适合于该地域的气候特征和接近人体的舒适温度;与建筑材料相容,不影响建筑材料的机械性能和强度;蒸汽压力低。实际上能同时满足以上各种条件的理想的相变材料几乎是没有的。只能在实际应用中采取适当的措施克服各种相变材料的缺点,使之适合人类生活环境。

三、相变材料应用于建筑中的主要类型

相变材料按照其相变前后的物态,可以将其分成:固-液类相变材料、固-固类相变材料、固-气类相变材料及液-气类相变材料等几种。固-气类相变材料及液-气类相变材料在相变过程中有大量气体存在,材料体积变化较大,在建筑节能领域难以应用。因此,固-液类和固-固类相变材料是在建筑节能中主要研究和应用的两类相变材料。

1、 固-液相变材料

这一类相变材料包括无机材料和有机材料两大类。无机固-液相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等;有机固-液相变材料包括某些高级脂肪烃类、脂肪酸类或其他酯类、盐类化合物以及某些醇类、芳香烃类化合物。为了得到相变温度适当的相变材料,常常将几种有机(无机)相变材料复合形成二元或多元相变材料,有时也将有机与无机相变材料混合,以弥补二者的不足。但是混合相变材料在调节相变温度的同时,也会导致相变潜热下降,在长期的相变过程中,还容易变性。

2、 固-固相变材料

固-固相变材料在发生相变前后固体的晶格结构改变而放热吸热。因此,这种相变材料在相变过程中无液相产生,相变前后体积变化小,无毒、无腐蚀,对容器的材料和制作技术要求不高,其相变潜热与固-液相变材料处于同一数量级,且过冷度小,使用寿命长,是一类有应用前景的蓄热材料。目前,关于固-固相变材料的研究和应用工作还刚刚开始,他们的分子结晶态及能量的转变过程机理还有待进一步探明,其热性能、机械性能、化学稳定性也有待进一步提高。但是,由于其相变过程独有的优点,可以预见,固-固相变材料在建筑节能领域将是很有应用前途的一类相变材料。

四、相变材料的应用技术

随着相变材料在建筑节能领域的应用研究，其应用技术和产品性能逐步提高，产品品种也越来越多。目前已经确定了一定数量的能够应用于建筑材料的相变材料，但如何应用成为目前人们最为关注的问题。通常能够用于建筑节能的低温相变材料中固-固相变的材料很少，大多为固-液相变材料。对于低温固-液相变材料，其工作状态都是固液态的不断转化，如何将相变材料应用于在建筑材料既有节能效果又不影响墙体质量成为最关键的技术。虽然国内对相变材料在建筑节能的研究起步较晚，但对产品应用研究和推广进展很快。目前已经形成了相变砂浆、相变水泥、相变腻子、相变混凝土、相变石膏板、甚至相变涂料等一系列保温节能产品，其保温节能性能不但优于传统材料，而且其他力学性能、抗裂等性能也优于传统材料。根据在建筑中不同的使用方法和不同产品，相变材料可以选择不同的定性技术，比如将相变材料封装后用于建筑物构件的夹层；将相变材料与建筑材料掺和制成砖瓦、墙板、地板、天花板等建筑材料；将相变材料制成微米或纳米级胶囊填入混凝土或用于涂层等等。

1 . 相变材料吸附封装技术

将有机相变材料与无机三维网络结构材料，通过特殊混合工艺将相变材料嵌入到无机材料空间中，这类材料一般具有较高的相变潜热和稳定性，而且价格较低使用方便。这种网状或层状的无机纳米材料吸附相变材料形成的微小颗粒不但可以复合入石膏板、墙板、内外墙涂料、地板、沙浆、水泥等建筑材料，而且可作为填料与高分子材料混和，成为具有可热塑形加工的材料，随意加工成各种板材或异型材。同济大学的张东等人目前主要研究以多孔或网状无机材料作为相变材料的存储基质，使得相变材料易于工业化生产应用，而且价格低廉。另外，无机石墨粉体具有丰富的微孔结构，将有机物相变材料与石墨在高于其相变温度条件下进行共混吸附，有机物相变材料被吸附到膨胀石墨的微孔结构中，能有效地解决有机物相变材料

2 . 相变材料微胶囊封装技术

微胶囊技术是一种先进的微包覆技术，传统的做法是将被包封物质分散在液体中，在微小分散体的表面包覆一层聚合物薄膜。人们已将此技术利用于很多领域，如：化妆品、药剂、香料、油墨等生活常用品中。由于相变材料的性能很不稳定，微胶囊技术可以很好地解决相变材料的稳定性，因此微胶囊技术成为相变材料应用研究的重点。相变材料被包覆成为胶囊后使用非常方便，而且能够广泛应用于墙体、涂料、石膏板、房屋内装饰材料等。

该技术主要是将相变材料制成一种球形小颗粒，然后再表面封装一层性能稳定的外壳，即得到相变材料微胶囊，胶囊的直径一般在1～1000μm之间，高分子是最为常见的外壳材料。该项技术工艺相对简单成熟，易于大规模生产。目前存在的主要问题是，对于体积变化较大的相变材料（体积变化>15%），反复的相变影响材料的使用寿命，因此要求包封层具有足够的厚度和强度，且不影响相变材料的热导性能。我国的清华大学、天津工业大学、河北工业大学等机构对相变材料微胶囊技术的基础研究较多。微胶囊的应用技术主要是将相变材料如石蜡、脂肪酸等乳化后形成微胶囊材料，用于墙体材料的砂浆、腻子、水泥、石膏板、涂料等。为了防止相变材料的泄漏和破裂，成都新柯力化工科技有限公司针对具体的产品应用，进行了微胶囊的改进，形成了可直接应用于建筑节能材料的相变材料，该材料使用方便性能良好，而且可用于节能涂料。

结语

建筑保温隔热材料是建筑节能的物质基础.根据相变材料的相变储能原理,在隔热材料中掺人相变材料来制备高效节能建筑隔热材料,是建筑节能领域中的研究热点之一。相信随着新型相变材料的不断研究和开发,新的测试技术的逐步完善,相变储能建筑材料必将在今后的建材领域大有用武之地,随着人们对建筑节能的重视其应用前景也会越来越广阔。

【参考文献】

相变材料篇3

关键词：相变储能建筑材料；应用技术；进展

社会的不断发展加速了能源的消耗，也加剧了生态环境的污染，开发利用可再生能源能够有效节约能源、保护环境，如今已逐渐引起社会大众的普遍关注。相变材料的特性除了能够制造出多种提高能源利用率的设施，还能够对周围环境的温度进行有效调控，并且能够重复利用。相变材料具有储能密度大、稳定性好、经济实惠等优势，因此，相变储能材料在环境材料和建筑节能等领域都扮演者至关重要的角色。

1 相变储能材料的分类

1.1 无机相变材料。无机相变材料种类多种多样，主要包括结晶水和盐、熔融盐、金属及合金类等，其中使用频率较高的是结晶水和盐类，它们属于中低温相变材料。无机相变材料具有溶解热大、导热系数高、相变体积小、经济实惠等优势。然而，它也存在一定的不足之处，无机相变材料过冷度大、容易产生相分离和老化变质等不良现象，在一定程度上阻碍了无机相变材料的有效应用。为了解决这一现象，我们借助加入成核剂和增稠剂来有效解决过冷和相分离的问题。

1.2 有机储能材料。常见的有机相变材料主要包括高级脂肪烃类、脂肪酸或其酯或盐类、醇类等等，另外高分子类有聚烯烃类、聚烯酸类等等。就目前情况而言，运用最广的有机储能材料是石蜡。有机储能材料具有固体成型好、腐蚀性小、性能稳定、不易发生相分离及过冷现象等优势，但仍然受到导热系数小、密度小、易挥发、易燃以及相变时提及变化大等因素的制约。为了解决这一问题，我们可以通过加入铝粉、铜粉等导热系数高的金属粉末来弥补导热系数小的缺点。

2 相变储能材料的选择依据

目前我国已知的具有相变储能特征的材料种类繁多、数量庞大。因此，在实际的科学研究以及工程应用中应当充分考虑具体情况选择并配制出合适的相变储能材料。在一般情况下，选择相变储能材料的原则和依据需要充分结合以下四个方面的内容：

2.1 热力学性能：质量上等的相变储能材料必须具有合适的相变温度，在单位体积同等的情况下，相变潜热较高。同时，还要具有较高的比热和导热性能，在相变的过程中体积变化不大，产生的蒸汽压较低。

2.2 动力学性能：优质的相变储能材料应当具备较高的结晶成核能力，以免发生过冷现象。不仅如此，它还需具有较快的晶体生长速度，使得所需的能量能够快速从储存体系中返回。

2.3 化学性能：优质的相变储能材料意味着其化学稳定性较高，具有完全可逆的凝固/溶解循环，不会受到大量相变循环而导致性能降低。此外，它还具有无毒、无腐蚀性、耐火等特征。

2.4 经济性能：相变储能材料成本低，使用范围宽泛，总体而言经济实惠。

3 相变储能建筑材料的应用技术分析

3.1 应用于墙体建筑节能工程中。随着生活水平的不断提升，基于国家致力于建筑节能问题的研究以及社会大众对室内居住环境舒适度要求的不断提升，相变储能材料已经在建筑节能领域发光发热。参考国外的优秀研究案例不难得出，应用了相变储能建筑材料的墙体建筑房间的峰值温度低于普通房间，并且室内温度的波动幅度平稳，其年用电量也低于普通房间，另外每平米每年的二氧化碳排放量也相对减少，体现出其节能减排的经济优势。基于国内的研究也充分说明了这一观点，将相变储能建筑材料应用于墙体建筑节能工程中能够有效改善围护结构隔热性能，从而达到降低室内温度，平稳温度的变化幅度，以及节能减排的目的。

3.2 应用于大体积混凝土中。对于土木工程领域而言，大体积混凝土温度裂缝俨然已经成为了眼下亟待解决的问题之一。虽然选用低热水泥、预埋冷却水管并通循环冷却水、以冰屑部分替代拌合水等方式能够有效改善大体积混凝土温度裂缝的现象，但是这而类措施不仅工艺复杂、造价成本高，且效果不显著，无法从根本上解决这一问题。将相变储能材料应用于大体积混凝土中，利用相变材料的吸热效应，有效吸收水泥部分水化热，降低大体积混凝土内外各部位温度梯度，能够有效达到对大体积混凝土内部温度应力的控制，从而防止大体积混凝土温度裂缝的产生。

3.3 应用于路面工程中。由于不可抗自然因素的影响，在冰雪条件下路面的摩擦力下降，不仅会影响通行效率，还会给交通出行埋下安全隐患。我国目前对于路面积雪的处理方法大致分为两种：人工或机械铲雪以及撒盐除雪。然而，人工或机械铲雪不仅会消耗大量的人力和物力，还会消耗较多的成本，且效率太低；撒盐除雪所带来的氯离子容易造成结构的腐蚀和环境的污染，产生不利影响。而相变储能建筑材料的应用，为路面除雪工作开辟了全新的道路。加热融雪能够在除雪的基础上保护生态环境，但是由于路面面层所产生的温度应力会导致混凝土温度裂缝的产生。如果在电伴热带体系的基础上应用变相材料构成相变储能发热体能够有效解决这一问题，降低路面温度波动频率，从而减小面层的温度应力，有效防止混凝土温度裂缝现象的产生。

3.4 应用于天花板建筑节能工程中。将相变储能建筑材料应用于天花板建筑节能工程中指的是白天利用百叶窗反射太阳能，将太阳能反射至天花板，天花板中的相变材料能够将太阳能熔化储存，而在夜间凝固放热供暖。结合居民对居住建筑舒适性的要求，用于建筑的相变材料的相变温度必须控制在室内舒适温度范围附近，并且相变材料不能从原始建筑基材中泄露，要求具备较高的耐久性。其次，相变材料必须在固定温度下熔化以及固化，以免过冷现象的产生。最后，相变材料必须与建材兼容。相变材料应用的范围极度广阔，不仅应用于建筑节能当中，也常见于医疗保健、航空航天等领域。

4 结语

综上所述，将相变储能建筑材料应用于建筑节能领域，不仅能够有效提高建筑的热舒适性，还能够节约能源、降低成本。随着人们对建筑节能问题的日益关注，以及相变储能建筑材料应用技术的不断发展，相变储能建筑材料未来的发展前景也会越发广阔。

参考文献

[1] 张建军.探讨相变储能建筑材料的应用技术进展[J].门窗，2012（08）.

[2] 翟亚涛.相变储能建筑材料的应用技术进展[J].科技传播，2011（16）.

[3] 葛文彬，孙道胜，王爱国等.相变储能建筑材料的研究进展及其应用[J].化工新型材料，2015（02）.

相变材料篇4

实验材料和方法

1.实验材料

八水氢氧化钡为分析纯（纯度≥98%）；一组泡沫铜的孔密度（poresperinch,PPI）为10，孔隙率为97.13%，另一组泡沫铜PPI为25，孔隙率为96.58%。

2.泡沫复合相变材料的制备

应用泡沫铜为载体，Ba(OH)2•8H2O为相变材料，制备复合相变储能材料。由于Ba(OH)2•8H2O在熔融状态下极易与空气中的二氧化碳发生反应，需要使用真空加热炉对八水氢氧化钡进行均匀加热，固态的Ba(OH)2•8H2O熔化为液态，完成Ba(OH)2•8H2O相变储能材料在氩气保护的条件下进行多孔材料吸附和填充。为了避免相变储能装置在导热过程中出现不良影响，对泡沫铜与相变储能装置空腔采用微过盈配合。并再次对装配泡沫铜的相变储能装置在真空充氩条件下均匀加热，二次填充熔融状态下的Ba(OH)2•8H2O，这样反复操作，尽可能提高Ba(OH)2•8H2O的填充量。在填充相变材料过程中发现，由于泡沫铜的毛细力和表面张力的共同作用，熔融状态的相变材料一般不易渗出，从而克服了相变材料在制备工艺中液相流动问题。

3.八水氢氧化钡热循环实验

相变材料经过反复多次熔化/凝固过程，为了确保相变储能系统具有较长的使用寿命，要求相变材料在反复吸热/放热循环之后其相变温度与相变潜热保持稳定。因此，采用一种相变材料应用于相变储能系统中，分析反复多次热循环实验对相变材料热物性参数的影响是很必要的。

根据美国金属学会的金属手册（第二卷）所述氢氧化钡与铜合金具有良好的相容性，称取40g研磨好的Ba(OH)2•8H2O填装到一支外径为20mm的紫铜试管中，插入三线制探针型Pt100热电阻温度传感器，使热电阻头部测温区与样品充分接触，并对金属试管口进行密封处理，防止样品受热失去结晶水，导致实验失败。把装有Ba(OH)2•8H2O的紫铜试管放入带有温度控制器的恒温水浴中，如图1所示，首先恒温水浴通过电热器加热水浴中的水，待相变材料完全熔化后，关闭电加热器，打开恒温水槽排水阀门和进水（来自于20℃自来水）阀门使样品完全冷却，完成一个样品的吸热/放热循环。待完成50次，100次，150次循环时，分别取出大约1g的相变材料用于差示扫描量热法（differentialscanningcalorimetry,DSC）测试分析。

DSC分析在测量相变材料热循环前后的熔点和相变潜热的应用非常广泛。本实验采用德国耐驰仪器制造有限公司生产的STA409PC型差示扫描量热仪，由于Ba(OH)2•8H2O有较强的腐蚀性，故采用耐腐蚀且气密性好的高压镀金坩埚，其螺纹密封连接的设计使坩埚内部最高可以承受100bar的压力，这样能够有效地抑制Ba(OH)2•8H2O受热析出结晶水被吹扫气带走。DSC升温速率分别采用5℃•min-1，4℃•min-1，3℃•min-1，2℃•min-1测定八水氢氧化钡的反应温度和反应热，比较四种升温速率的DSC曲线，发现当加热速率过大，八水氢氧化钡在没有完全熔化时其结晶水就开始蒸发，测试DSC曲线会同时包括结晶水的蒸发潜热。当加热速率太小时样品的熔点降低，测量值会偏离参考值较大。为了更清晰地观测样品的相变规律，采用3℃•min-1升温速率的DSC曲线较好，便于数据处理。温度控制范围为26～105℃，采用通气量为20ml•min-1的高纯氮气为吹扫保护气，在氮气环境保护了Ba(OH)2•8H2O在DSC测试中不会发生氧化还原反应[20]。

4.八水氢氧化钡相变储能装置性能实验

图2为Ba(OH)2•8H2O相变储能装置性能实验系统示意图。性能实验中设计制造了三组几何形状和材料相同的相变储能装置，其外形尺寸150mm（长）×150mm（宽）×20mm（高），对三组采用紫铜作为材料的相变储能装置中心位置开120mm（长）×120mm（宽）×16mm（高）相同尺寸的槽用于储存Ba(OH)2•8H2O相变材料。其中，第一组不添加泡沫铜，第二组添加10PPI的泡沫铜，第三组添加25PPI的泡沫铜，填料完毕后采用真空电子束对整个储能体进行焊接封装。与相变储能装置横截面大小相等的薄膜电加热器紧密地粘附在三组相变储能装置的下底面，通过直流稳压稳流电源控制电加热器的输入功率，把加热热量快速的传递到相变储能装置中。实验中用贴片式热电阻对三组不同相变储能装置的表面温度进行测量，6支Pt100热电阻对应固定在三组相变储能装置上表面的相同位置，目的为了可以进行实验结果的对比分析。用于温度测量的Pt100热电阻在测试之前通过标准温度计进行标定，测温误差为±0.1℃。测量温度由数据采集模块（ADAM-4015）自动记录，数据采集的时间间隔为2秒，在电脑显示器中绘制出吸热/放热过程中温度随时间的变化曲线。

实验结果与讨论

1.八水氢氧化钡热循环性能分析

由图3可以看出，DSC升温速率不同对八水氢氧化钡测试结果造成了一定的影响，采用Tau-lagging分析方法有效地减少升温速率对DSC曲线形状及特征峰位置的影响，通过表1获得四组不同升温速率的DSC潜热测量值与其升温速率之间的变化曲线，再拟合外推出零加热速率下Ba(OH)2•8H2O的真正潜热值。因此，Ba(OH)2•8H2O初始第0次循环、零升温速率的潜热值为276.8kJ•kg-1。图4～6分别表示八水氢氧化钡经过50次、100次、150次热循环实验后的取样分析的DSC测试曲线，其中以第0次循环DSC值为参考值，表2为热循环实验次数对八水氢氧化钡相变材料热物性参数的影响。八水氢氧化钡在经过50次、100次、150次热循环后，参照第0次循环其相变点温度的变化分别为-0.1℃、0.1℃、0.1℃，说明八水氢氧化钡随循环次数的增加相变点温度的变化不大，始终保持在78.4～78.6℃。而相变潜热的变化分别为-0.72%、-3.4%、-5.06%，由此获得随着热循环次数的增加，八水氢氧化钡相变材料的潜热略有下降且变化较小，介于262.8～276.8kJ•kg-1之间，分析可能产生相变潜热值下降的主要因素是在热循环实验中，Ba(OH)2•8H2O是不稳定水合盐，受热会形成Ba(OH)2•H2O，Ba(OH)2•H2O的溶解度有限，在一定温度下不能完全溶解于水合盐吸热脱出的结晶水，由于密度较大而沉淀试管底部，出现相分离。在冷却过程中，没有采取特殊措施，析出的Ba(OH)2•H2O不能与水重新结合生成结晶水合物，随着热循环次数的增加，析出晶体逐渐增多，相分离现象日趋严重，从而影响了相变材料的整体蓄热性能[21]。表2中所测循环热物性数据与文献[4]提到Ba(OH)2•8H2O的热物性参数相符。#p#分页标题#e#

2.泡沫金属复合相变材料性能分析

本实验采用一组未含泡沫铜和两组含泡沫铜（10PPI，97.13%；25PPI，96.58%）的相变储能装置在相同加热功率条件下分析Ba(OH)2•8H2O相变材料吸热/放热过程，三组实验件的平均温度随时间变化的对比升温曲线如图7所示，整个相变储能装置吸热过程包括三个阶段，即固相导热阶段，固液两相储热阶段和液相自然对流阶段。在固相导热阶段，当相变储能装置的上壁面平均温度从初始温度升高到Ba(OH)2•8H2O的相变点温度78℃时，含泡沫铜比未含泡沫铜的相变储能装置在吸热时间上有所减少，其原因泡沫金属复合相变材料中泡沫铜具有较高的导热系数，较大地提高了相变材料在吸热过程中的传热速率，缩短了相变材料的储热时间。当Ba(OH)2•8H2O受热处于固液两相阶段时，含泡沫铜相变储能装置的瞬时平均温度的升温速率与未含泡沫铜相变储能装置的瞬时平均温度的升温速率近似一致，潜热在此阶段是相变材料的主要吸热形式，在含和未含泡沫铜的相变储能装置在相变材料处于固液两相区时储热方式相同。当Ba(OH)2•8H2O全部熔化后，泡沫铜的填充极大地抑制了液态相变材料的自然对流换热，泡沫金属复合相变材料的传热以导热为主，泡沫骨架使得相变材料的传热更加均匀，壁面平均温度随时间变化趋势由固液两相平缓区变为纯液相陡峭区。整个吸热过程包括液态Ba(OH)2•8H2O的自然对流和金属骨架的热传导，孔密度较高的泡沫金属对应的孔径较小，泡沫材料的多孔渗透性随着孔径的减小而降低，因此高孔密度削弱了多孔材料中液态相变材料的自然对流。而在相同孔密度条件下泡沫金属的孔隙率较小，该泡沫的有效导热系数会更大[22]。综合以上两方面的作用，从图7中可以看出，10PPI、孔隙率为97.13%泡沫铜和25PPI、孔隙率为96.58%泡沫铜的温升曲线趋势和强化传热效果相近。

大多数结晶水合盐都存在过冷现象，使液体物质须冷却到凝固点以下一定温度才开始结晶，这样严重影响结晶水合盐的工作性能，阻碍了该相变材料的广泛应用。图8是纯八水氢氧化钡与泡沫铜复合相变材料的步冷曲线。纯八水氢氧化钡的步冷曲线是在未添加泡沫铜相变储能装置的性能实验中自然冷却条件下获得，当相变材料的温度下降到68.8℃时，Ba(OH)2•8H2O才开始迅速结晶，释放出潜热，过冷度为8.2℃；泡沫铜复合相变材料的步冷曲线是添加泡沫铜相变储能装置在相同冷却放热条件下获得，其中10PPI泡沫铜的Ba(OH)2•8H2O发现过冷度减小到4℃，25PPI泡沫铜能将Ba(OH)2•8H2O的过冷度降低至1℃。说明泡沫铜的添加可以有效地降低结晶水合盐的过冷度，且孔密度较大的泡沫铜可以为结晶水合盐提供更多的成核位置并提高其成核能力。因此，25PPI泡沫铜在强化传热效果相同的条件下，其成核效果最佳。

结论

相变材料篇5

相变材料和潜热

西方把相变材料称为潜热储存单元。潜热，是指在温度保持不变的条件下，物质在相变过程中吸入或放出的热量。例如，物质从固态转变为液态时吸收热量，而从液态转变为固态时释放热量。

相变材料因高熔或高熔解点而出名。把熔化焓这个词两部分分开来理解，对于这个词的意思，我们就可以得到一个大致的概念。而熔点是指热力学系统或物体中所测量的总能量。它包括体系中的内能，及体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积。熔化也称作熔解，是物质由固相转变为液相发生相变的物理过程。物质的内能，主要在热量在气压的作用下会上升，从而引起温度的上升，达到熔点，此时物质固相中分子的规则排列转化为无序状态，固体开始液化。完全熔化的物体称为熔融。

相变材料在纺织服装中具有广泛的应用价值，一些炙手可热的智能纺织品因此应运而生。手热时放在相变材料纺织样品上，你就会感受到该纺织品从你手上吸走热量。相反，手冷时放上去，你会感觉它在渐渐变暖。相变材料可以在你热时为你制冷，在你冷时为你取暖。也就是说你可以按需选择。它们可以单独使用或与其他科技混合使用，形成被动冷却系统。

不幸的是，相变材料曾深受其大肆宣传之害：他们承诺太多，但早期使用者往往对其实际表现很失望。然而，自此之后，新的应用方法已经能使其即使在非常苛刻的条件下，起到显著而长久的热量调节作用。

在服装上的应用

众所周知，相变材料是潜热储存单位，所以由相变材料制成的外套或服装也是蓄热单位。当含有相变材料的服装由于外部或内部条件的变化，温度升高时，其固相封装就开始在恒温条件下吸收热量，并转化为液相，从而为使用者提供冷却效果。

相变材料篇6

关键词：相变材料;K2SO4/莫来石纤维;热稳定性;研究

1 引言

随着科学技术的发展，能源的利用越来越越受到人们的重视。由于能源的供求在很多情况下有很强的时间和空间限制，为了合理利用它，人们可以采取相应的措施将暂时不用的能量储存起来，而在需要之时或需要的地方再将其释放，以达到能量的充分利用。根据储能材料在相变过程中从环境吸收能量或向环境释放能量的原理，可采用相变材料实现能量的储存与释放。20世纪80年代末提出的无机盐/陶瓷基复合蓄热材料已成为高温蓄热材料的研究方向之一[1-3]，它主要由相变材料和基体材料复合而成。利用相变材料的不同形态变化来进行蓄热，而基体材料的作用是保持复合蓄热材料整体上仍具有固体的形状和材料性能，其具有无需容器盛装、易于直接加工成型、使用安全方便、热效率高等优点。无机盐/陶瓷基复合储能材料除了具有常规耐火砖的结构强度外，还具有耐火砖不具备的体积密度大、蓄热量高和良好的热传导性能等特点。而无机盐/陶瓷基复合储能材料的出现使相变材料用于高温窑炉蓄热成为可能[4，5]。利用相变材料的相变过程实现能量的储存和再利用，有助于提高能源利用效率;有助于充分利用各种工业窑炉余热和分布于周围环境中的低热值能源。这是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向[6]。在工业窑炉余热利用方面，美国与德国的研究人员对无机盐/陶瓷储能系统进行了大量的研究，取得重要的进展。研究表明：当用无机盐/陶瓷复合储能材料用于回收窑炉余热时，其储能量是耐火砖的3～3.5倍，且能量输出稳定。在国内，约50000台工业窑炉每年产生的余热能源约1600万t标煤。其余热利用方式主要是采用余热锅炉和耐火砖储能，能源利用效率很低[7-8]。大量的余热能源被浪费的同时，还造成了温室效应。因此，提高能源利用效率是关系到社会可持续发展的重大问题。

利用机械力将相变材料和陶瓷基体材料复合在一起，要求相变材料和基体材料在高温下具有良好的化学相容性和化学稳定性，同时熔融盐与陶瓷基体间要有较好的润湿特性。另外，相变材料需要较高的相变潜热和熔融盐在空气中有较低的蒸气压。如何选择相变材料和基体材料相适应是相变储能材料应用的关键问题。本文通过选用相变潜热高、比热大，以及熔融温度高、高温蒸汽压小的K2SO4作为相变材料，与基体材料莫来石纤维相复合，并找出提高复合材料的储能能力、延长使用寿命的工艺条件，以及探讨了原料配比对材料蓄热性能的影响。通过XRD和DSC分析复合储能材料的物相组成和吸热峰，并对复合储能材料的热循环稳定性进行了探索性研究。

2 实验内容

2.1 复合相变蓄热材料的制备

采用混合烧结法制备复合相变蓄热材料，首先将相变材料K2SO4和基体材料莫来石纤维按一定比例称取。同时，加入适量的磷酸铝类粘结剂，放在玛瑙研钵中混合均匀;然后将制备好的配料放在模具内用769YP-24B型粉末压片机压制成型，获得φ20 mm坯体;将坯体经120 ℃干燥3 h后，放入可控硅电炉中烧结，烧至最高温度保温一段时间;随炉冷却至室温，获得成品试样，并对样品进行检测分析。

2.2 复合相变蓄热材料的表征

采用德国Bruker AXS D8-Advance型X射线衍射仪对烧成后的复合相变储热材料的物相进行分析;采用德国STA449型DSC检测仪测定样品储能温度范围;利用称重法测量损失率。

3 结果分析与讨论

3.1 复合相变蓄热材料的组成范围对材料损失率的影响

为了找出K2SO4/莫来石纤维相变蓄热材料的组成，实验研究了不同质量比的相变蓄热材料的失重情况。当取莫来石纤维与K2SO4质量比分别为1：0、1：2、1：3、1：4、1：5和1：6时，分别标记样品为C10、C11、C12、C13、C14和C15。并将所有样品进行烧结，然后对其失重情况进行研究分析。其中，失重比的计算公式为：

W%=■×100%（1）

式（1）中，W0是复合相变蓄热材料烧结前的质量;Wf是复合相变蓄热材料烧结后的质量。

K2SO4 /莫来石纤维复合相变材料损失率变化情况如图1所示。

由图1可以看出，烧结后，损失率较大，且随着相变材料的增加，其损失率出现大幅度的增加。这是由于烧结过程中原料中少量物质的挥发和熔盐高温时的液相挥发，造成了相变蓄热材料的失重严重;随着相变储能材料加入量的增加，基体材料已不能实现对相变材料的包裹或吸附，甚至可能出现基体材料被相变储能材料所包裹，从而导致在高温时，相变储能材料挥发严重，损失量很大。这就表明相变储能材料加入量不宜过多。

3.2 循环使用过程中复合储能材料中相变材料K2SO4的损失

由于复合储能材料的特殊使用环境，对其热循环性能提出了较高的要求，热循环性能的好坏是该材料使用寿命长短的重要保证。因此，本文对复合相变储能材料热循环性能进行了研究。实验在箱式电阻炉中进行，温度由预设程序控制，将试样置于电阻炉中，升温速度为10 ℃/min，加热至1100 ℃;然后随炉降温至室温，称量后又继续放入炉中，升温至1100 ℃。如此循环两次，取出称重，并计算相变材料K2SO4损失率。本实验进行了两次热循环，获得的实验结果如图2所示。

从图2中可以看出，对复合相变材料进行循环使用测试，C11、C12和C13损失率较小，且均在0.1%左右，失重现象不明显。说明这三种试样都可以循环使用。

3.3 K2SO4/莫来石纤维复合材料的最佳配比分析

K2SO4/莫来石纤维复合材料的单位质量的相变材料含量变化情况如图3所示。

从图3可以看出，当莫来石纤维与K2SO4的比为1：3时，配比中相变材料的损失量较少;而当K2SO4/莫来石纤维的质量比为其它配比时，相变材料的损失量较大。说明熔融盐含量过多，会影响基体材料多孔结构的形成，导致多孔材料不能很好的起到包裹或吸附作用。同时，熔融盐含量过多，在较高温度形成大量的液相，起到促进莫来石熔融的作用，即对莫来石材料有一定的腐蚀作用。所以，当在K2SO4/莫来石纤维复合相变材料中基体材料/相变材料为1：3时，效果最佳。

3.4 XRD分析

将最佳配比的K2SO4/莫来石纤维相变蓄热材料利用德国Bruker AXS D8-Advance型X射线衍射仪进行物相分析，其结果如图4所示。

由图4可知，烧结体中仅含有K2SO4和莫来石晶体，而未出现其他的杂相。说明K2SO4和莫来石在烧成过程中并未发生化学反应，硫酸钾相变材料在烧结体中具有良好的化学相容性和化学稳定性，当基体材料与相变材料匹配良好时，即相变材料能够均匀分散于基体材料中，且能被基体材料很好的包裹。在高温使用时，相变材料因被基体材料包裹或受毛细管张力的作用而不易挥发，循环使用的损失小，使用寿命也能大大延长。K2SO4和莫来石符合相变储热材料的要求，烧结体的这一物相结构为相变材料的储热提供了有力的保证。

3.5 DSC分析

利用差示扫描量热计对最佳配比的K2SO4/莫来石纤维复合相变蓄热材料进行差热分析，获得差热曲线如图5所示。

从图5可以看出，在540～700 ℃之间有吸热峰，而在1040 ℃也有明显的吸热峰，其峰值效果很明显，该吸热峰为K2SO4熔化储能的相变蓄热峰。计算其面积得潜热值为-136.2 J/g。K2SO4熔盐在高温下随着烧结温度的升高而不断地挥发，而混合烧结体又会随着烧结温度的增加而更加趋向于致密化，从而增加储能材料的强度和密度，减小储能材料的体积。

4 结论

本文采用混合烧结法制备了K2SO4/莫来石纤维复合相变材料，研究了复合材料的物相、熔化储能的相变蓄热潜热值、失重比、循环过程中复合储能材料的热损失的关系。复合材料的混合相为K2SO4和莫来石，没有其它杂相生成，两者并没有发生化学反应，具有良好的化学相容性和化学稳定性;相变材料的转变温度为1040℃，且当K2SO4/莫来石纤维复合相变材料中基体材料与相变材料质量之比为1：3时，效果最佳。

参考文献

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[2] 史巍， 艾斌， 侯景鹏. 复合相变储能砂浆性能实验研究[J]. 硅酸

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changer[J]. Applied thermal engineering， 1997， 17（6）： 583-91.

[5] 付英， 曾令可， 王慧， 等. 相变储能材料在工业余热回收领域的

应用研究进展[J]. 工业炉， 2009， 31（5）： 11-14.

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应用[J]. 材料导报， 2008， 22（8）： 87-89.

[8] 周全， 郭红斌， 李清海. 相变储能材料节能评价试验[J]. 南京工

业大学学报（ 自然科学版）， 2013， 35（3）： 51-55.

Study on Composite Phase Change Accumulation Energy Materials of K2SO4/ Mullite Fiber

LI Qin， WEI Wei， SUN Guo-liang

（Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333001）

Abstract： Composite phase change materials of K2SO4/ mullite fiber were prepared by mixed sintering method. Phase， potential heat value at

相变材料篇7

关键词：建筑节能领域；相变建筑材料；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.053

1 引言

现阶段建筑节能领域存在较为繁复的管理程序，并且包括多方面的内容，必须在整个项目中管理工程质量、安全、进度等内容。建设建筑节能工程，其中最为重要的是建筑节能领域中相变建筑材料的应用，并且只有通过相关技术措施才能保证稳定有效开展项目的施工。建筑节能领域中相变建筑材料的应用必须更新技术，提高技术管理的水平，以便有效开展土建工程项目建设，并且在具体的施工过程中引进最新的先进技术。笔者针对建筑节能领域中相变建筑材料的应用，从相变储能墙板、相变储能砂浆、其他相变材料等方面的应用要点进行了深入分析和研究，旨在为今后建筑节能领域中相变建筑材料的应用管理提供经验和指导。

2 建筑节能领域相变建筑材料的应用

为了减少建筑工程中的材料消耗，降低空调以及供暖系统的投入成本，相变材料在建筑节能工程上的应用受到了广泛的关注。

2.1 相变储能墙板

在二十世纪八十年代，相变储能墙板产生了，其作为一类围护结构类材料，由相变材料组成。结合其建材基体实际，有如下几类：第一类是基材为石膏板的建材，其在外墙内壁中应用较多，有着稳定室内温度和房屋舒适度的优点；第二种是基材为混凝土的建材，其大都应用于外墙体；第三种是基材为保温隔热材料的建材，大都应用于节能高效的建筑当中。总结而言，此类墙板在建筑围护结构中应用较多，如果屋内温度高于此材料时，材料就会因为相变的产生而吸收屋内多余热量，反之，屋内温度低于此材料时，材料就会因为相变的产生而释放屋内多余热量，最终使得房间舒适度得以保障。因而，相变储能墙板有着调整围护结构热量、保证房间舒适度的功能。

2.2 相变储能砂浆

如果在砂浆等基质中混入相变材料，就可以使得其具有一定的备蓄能力。国外有学者研究发现，在微胶囊技术下，如果在能量微球中封装一定的石蜡，并且混合于一定的灰泥，就能形成石蜡砂浆，此种砂浆若用于房屋的内墙，就能起到冬天保存热量夏天排除热量进而使得屋内温度得以稳定的效果。如果房屋中的温度高于22摄氏度的时候，石蜡就会因为融化而吸收大量的热量进而使得房屋中的温度得以降低；反之，如果房屋中的温度低于22摄氏度的时候，石蜡就会因为凝固而吸收大量的热量进而使得房屋中的温度得以升高。

还有国外研究表明，如果将一定浓度的丁基硬脂酸盐融合于丁基棕榈酸盐，就能形成一类相变材料，若采用直接混合的方式混合于灰泥砂浆，采用一定工艺就能将相变储能墙板制造出来。此类墙板有着更好的储热性能，在相变材料的作用下，可以更为精确的控制储热量。

2.3 相变材料的其他应用

在其他方面，包括相变储能混凝土、建筑保温隔热材料、相变材料涂料、相变蓄热地板等。

和一般的混凝土相比，相变储能混凝土的热熔相对较大，因而若将其应用于外墙体，就能稳定房屋温度，使得房屋中的舒适度得以保障；建筑节能的地基力量就是保温隔热材料，也是当前节能设计中的重点研究内容。而就相变材料涂料而言，若在建筑当中进行应用，就能使得储热能力得以升高，进而更好的普及材料。就相变蓄热地板而言，大都和电加热融合而用，在地板采暖下，可以平衡屋内温度，能够保证居住者的头凉和脚暖，有着相对较低成本，可以广泛应用。

3 结束语

总之，上述种种因素都会对建筑节能领域中相变建筑材料的应用管理产生影响，并且地质状况、气候条件、运输情况、资金情况、政策处理和施工难易程度等外部因素也会影响建筑节能工程，由此可见，该项管理是一项系统的工程，并且有极大的难度，一方面要将各种外部影响因素考虑在内，另一方面要保证管理者的工作稳定有序开展，抓好各个环节，要将各项事宜落实到位。对建筑节能领域中相变建筑材料的应用严格把关，并重视和有效控制技术问题，将控制管理整个工程项目实施落实到位。我国现如今普遍开展了控制和管理建筑节能领域中相变建筑材料的应用工作，因此，进一步科学有效控制建筑工程中节能应用管理问题是现如今相变建筑材料管理人员亟待解决的重要问题。

参考文献：

[1]张巨松，金亮，吴晓丹.相变材料发展及在建筑节能工程中的应用[J].辽宁建材，2010（02）.

[2]谢芳.相变建筑材料在建筑节能中的应用研究[D].广州：华南理工大学，2010.

[3]郭智伟.相变材料发展在建筑节能工程中的应用[J].价值工程，2016（03）.

相变材料篇8

体温转换方式

最初它被用于太空工业，宇航员在外层空间需要应对不同温度的保护性服装。众所周知，人体能像发电厂一样工作，然而99%的体热通过皮肤散失掉了。人体需要通过热转换与热交换以确保维持体温。服装的正确与否对温度交换至关重要，身体产生过多热量，它就需要大量散热；相反若过多热量散发，那么它就会引发体温失衡，导致人体生病。这种效应需要用保护性服装加以避免。目前，有许多种保护性服装可以阻隔一定的化学侵蚀和冷热失衡，但同时也限制或避免了体热的散发，尤其是带有功能性薄膜的服装。如何才能应对这样的问题呢？这对纺织服装工业是个巨大的挑战。

相变材料应运而生

因此，基本的内容就是找到一种能平衡体温并能储存体热的方式。由此，人们发现，微胶囊技术，即一种石油副产品就能解决这一问题。PCMs就是一种当温度达到一定程度时能改变材料物理性能。最古老最简单的方式就是水与冰的材料变换的原理。

PCMs的功能可以有多种解释和描述。根据美国奥特拉斯公司介绍，PCMs就是能够储热和释热，即可使材料达到熔点和冰点的最佳材料。不仅如此，它释放的热能几乎等同于吸收的热量。这就是说，它释放热能取决于吸收的热能。这促使储存热能成为可能，加热与冷却并将其储藏，以便随后使用或转换到另一位置便成为现实。

它是怎样工作的呢？当织物的温度超过一定程度，PCMs便转换为液态，在这个过程中，从环境吸收的大量热能储入PCMs，由此人体皮肤可以凉爽起来。倘若环境温度、体温下降，PCMs便开始凝固为晶体，并释放出热能，使身体暖和起来。为了避免材料变为液体时产生遗漏，这种材料需要密封在细小的塑料珠内。

PCMs的有效性

有人会说，这是不可能的。当本文作者第一次听说这种材料时，反应也是相当负面的。这种说法真是异想天开。但在相当长一段时间后，作者却穿上了一件PCMs夹克衫，它产生了极好的储热与释热效果。在极冷的条件下也不例外。上个世纪90年代，瑞士联邦科学技术实验室EMPA对PCMs进行了深入彻底的检测，结果让人出乎意料。在远红外线摄像头下，他们发现PCMs的吸热储热效果惊人。人们看到的是，PCMs夹克衫在不同热效果下产生不同的变形。从此，人们对PCMs的特效深信不疑。它的优异特征胜过了我们以往织造的所有家用纺织物、运动衣和保护性服装所用的纤维材料。

市场随之而来

而美国最新的两项研究表明，全球PCMs材料的需求量为年增长20%。2013年全球的PCMs消耗产值为4.6亿美元，到2018年它将达到11.8亿美元，而纽约透明市场研究所的调查也表明，2011年PCMs全球市场价值为3.5亿美元，因此2018年它达到11.8亿美元的预期也毋庸置疑。如今，最重要的PCMs市场是北美和欧洲，约占全球30%的市场份额。然而，分析人士很明白，其他地区的市场会很快出现。

美国奥特拉斯公司的欧洲营销经理强调说，由于PCMs具有带走体热和体湿的功效，如下多功效绝对可以带来多种市场效应：吸收过热；湿度管理；降低过热；减少汗液；改变人体不适，降温或释热。由此，他们生产的各类终端产品已达数十种，最多的还是家用纺织品。例如，他们用PCM纤维球织造被盖和枕头，用PCMs纤维填充物织造降低汗液和温度的服装，使人感觉更舒适，而这种PCMs纤维球最适合医用纺织物，且生产简单。

相变材料篇9

【关键词】产生；现象；分析

前言

专家们常说“建筑裂缝是难以彻底消除的建筑通病”，也就是说建筑裂缝产生因素多，原因复杂，很难彻底消除。同样，目前外墙保温墙面的裂缝也成了难以彻底消除的通病。如果保温系统完工后没有发现裂缝，说明几种材料和易性较好，施工到位，达到力的平衡。如果材料存在质量隐患，和易性不好，随时间推移，内力，外力，温度，湿度不断变化，就会逐渐产生不同程度的裂缝。

我们今天在此研究的裂缝成因却是一个新的概念。虽然它的裂逢还是和“应力”有关，但是这种应力的产生和形成却是和材料时空相变有主要的直接关系。也就是说外墙保温施工阶段与各种材料、温度、湿度等在时空阶段的相互立体作用产生变化，造成了因保温材料含水率大，在一定的时空阶段由于温变和水份迁移形成的膨涨收缩，促使外保温墙面产生裂缝的原因。我们可以下一个定义；【材料时空相变】是指材料在一定的时空阶段，因受外界各种条件因素影响引起材料本身各项理化指标变化而相互影响产生的质量变化。其中部分指标随时间延长产生变化逐渐稳定，相变影响也逐渐减小，材料指标稳定性逐渐提高。

下面以某工程项目做案例分析研究；

一、龟裂现象的产生与观察

工程项目：某开发区，办公楼七栋，主楼三层，边楼二层，采用水泥多孔砖填充墙体，建筑节能采用EPS聚笨板薄抹面外墙外保温系统。EPS聚苯板厚δ=50mm，耐碱玻纤网布抗裂砂浆保护层，柔性外墙腻子，弹性外墙涂料。

200×年8、9月份开始进行外墙保温施工、原材料进场复检；EPS苯板容重达到设计20Kg/m?要求，耐碱网布、粘贴砂浆抽检合格。因为赶工期，施工进度较快，在保护层抹面施工时，发现个别局部墙面有细小微裂，当时采取了补救措施，却没有探究原因。

来年2月份春节后，发现外墙表面出现成片的龟裂现象，我们现场进行了取样分析研究，总结了如下几方面特点；

1、经过观察发现，产生龟裂现象主要发生在建筑物的东、西、南三面墙，北墙面基本没有成片的龟裂现象，只是在局部墙面如窗角、柱子阳角等受力位有个别裂缝，经分析这些裂缝的产生有的因为施工不到位等原因，如窗角斜贴增强网布没有贴。柱子阳角双层互裹包网没做，只用单层网布直接包裹而成。促使这些部位因各种因素变化引起了局部裂缝。

2、仔细察看东、西、南三面外墙的墙面裂缝，形状无规律、有长有短、有直缝、有弧形，但是裂缝宽度都不大，基本都在0.2～0.3mm左右，用放大镜观察，裂缝表面敷着灰粉，显得缝隙宽度约0.5～0.6mm左右，擦去灰粉后，裂缝宽度约0.2～0.3mm左右，这是一条很重要的因素，为什么会随裂缝出现灰粉敷着物呢？灰粉从何而来呢？

3、随着观察一步步深入，问题越来越多，越来越奇怪。为什么裂缝的产生主要发生在东、西、南墙面呢？为什么同样南墙面，门厅雨搭底下的外保温墙面（包括门角和阴阳角）没有产生裂缝呢？

二、奇怪的裂缝现象

前面说过了，产生裂缝现象不奇怪，究其原因一般都可以找出问题原因所在。奇怪的是，这些裂缝的产生主要发生在外墙表面，而不是通常的窗角或阳角等应力集中部位，而且裂缝表面粘有灰粉敷着物。为查找裂缝原因，我们进行了裂缝原因的假设分析。

1、假设因涂料或腻子的原因；是否因涂料或腻子的产品质量存在问题引起了裂缝。我们将涂料和腻子刮下部份进行检验，发现腻子为普通腻子而不是柔性耐水腻子，涂料为柔性涂料而非弹性涂料。

2、假设是抗裂砂浆抹面层的原因；我们将切割下来的抗裂砂浆抹面层裂缝表面的涂料和腻子刮去，内表面粘贴的EPS聚苯板也刮去，露出抗裂砂浆抹面层，然后用水湿润，如果有裂缝，其裂缝部位因吸水而颜色加深，甚至透过裂缝湿到背面。奇怪的是抗裂砂浆并没有发现裂缝，这说明只是在表面腻子涂料产生微裂。

3、我们将切割下来的样块（600×600mm约0.36m?）的EPS聚苯板送去鉴定，从不同部位取三个点检测，容重分别是15.7Kg/m?，15.7 Kg/m?，16.1 Kg/m?，平均容重15.83 Kg/m?。现在问题出来了，EPS板进场抽检容重都附合设计要求，大于20 Kg/m?，施工贴上墙几个月以后，容重只剩平均15.83 Kg/m?了？为什麽？这就说明当时苯板进场的含水率高达约21 %，这样含水率的EPS板，随着时间的推移，其板材中的水份迁移，外加高温暴晒，肯定会引起聚苯板材的形变，引起外墙表面的开裂。国家在《外墙外保温工程技术规程》JGJ144—2004第7条特别指出；（EPS板的尺寸变化可分为热效应和后收缩两种变化，温度变化引起的变形是可逆的。……EPS板成形后需要进行养护和陈化，防止EPS板上墙后产生大的后收缩。）养护和陈化是防止温度热效应变化引起的变形和后收缩的重要条件。

三、裂缝现象的分析

通过观察与分析、裂缝的原因似乎找到了，但是施工技术人员的一句话又使裂缝的原因复杂起来。 施工技术人员问我们：“你们分析是EPS板含水率太大引起的裂缝，那么为什么不远处那栋25层的高层外墙和这里使用的都是同期，同厂，同样的聚苯板，同样的网格布，同样的抗裂砂浆，同期施工，同一品牌的涂料和腻子，为什么就没有产生裂缝呢？”

进行温度比较时发现，由于三季度温度较高，温波变化大，而且还有其它因素如；同样浅色涂料，因光谱原因吸光储热不同，温波变化也不一样。同样深色涂料，反光与不反光对温度都有影响，光照角度也有影响。所以，我们采取的温度数值，是后期补测的温度值，并不是施工当时检测记录的温度，只能代表施工阶段的相对温度。浅色涂料经日光照晒温度约48～50℃左右，深色涂料经日光暴晒温度高达58～60℃左右。南北墙面温差也较大。

是不是以上的条件都具备了，就是外保温墙面必然产生裂缝的原因呢？答案是否定的。经过25层楼和3层楼的条件对比，我们还发现从外保温板粘贴施工到开始抹面施工，两楼存在着很大的时间差。这只是简单的时间差吗？不是的。在这个时间差里，时间空间段的温变波动（昼夜反复温变）引起保温板所含水份向温高一侧的迁移蒸发，含水率+温度的变化，又引起苯板外形尺寸的物理变化，引起抗裂砂浆的柔韧度变化，也引起腻子涂料等一系列变化，集中起来所产生的“应力”造成微裂反应效果。

四、经验和教训

相变材料篇10

【关键词】墙体保温；系统变形裂缝；抗放结合防裂；分块设缝；防水透气

external wall insulation system insulation layer surface crack control

liu fei

（xinjiang petroleum engineering construction supervision co.， ltd karamay xinjiang 834000）

【abstract】wall insulation fast development in the use of the surface of the insulation layer found to exist after cracking， hollowing and shedding quality problems， especially cracking phenomenon is more serious. based on the practical engineering application of thermal insulation composite analysis of the causes of cracks and make some suitable material properties， in line with regulatory requirements to prevent crack control measures.

【key words】wall insulation；system deformation cracks；put the combined anti-cracking；chunked with joints；waterproof and breathable

现在我国建筑墙体保温技术及材料的研究开发和应用发展极快，但经过实际应用同时也存在一些具体问题，也就是外保温系统的开裂、空鼓及脱落质量问题，其中开裂现象更加明显，成为墙体外保温技术应用的难题，影响到建筑保温节能工作的深入进行。由于外墙外保温系统是依附于建筑物墙体的外侧，是以保温为目的并要有防水、防火及装饰作用的复合型墙体，由几层不同物理力学性能的材料所组成，通过人工合理排列组合，使不同材料的性能得到充分有效的发挥，表现出较好的综合功能。如果外墙外保温系统只采用一层结构，难以达到单一材料能同时满足保温、保护和外装饰的多种结构及使用功能，只有采取多种不同材料复合的方法才能够实现保温节能目标的实现。

1. 外保温复合材料裂缝的原因分析

（1）工程应用实践表明，外墙外保温系统产生的变形裂缝，尤其是因温度引起的裂缝，由变形和外力共同作用下产生的保温层裂缝现象，占保温系统总裂缝的约90%左右，因其它原因如风压、外碰撞等作用力及人为破坏引起的裂缝比例是很少的。

（2）目前外墙外保温系统是采用多层不同材料组合而成的复合结构体，其各不同层材料因其物理力学性能等个性存在差异，因而自身变形和变形应力也是不同，各层之间材料的变形受相邻层材料的制约牵扯，当这种制约作用引起的限制拉应力大于或是等于某层材料的抗拉强度时，或者应变大于或等于该材料的极限抗拉延伸率时，则该种保温材料会被拉裂，进一步叉会影响到相邻材料的安全。由于外保温系统是依附于建筑外墙的外侧，直接接触到自然环境中各种因素的影响，尤其是昼夜及季节性温度的影响，太阳照射、风、雨、雪及干湿、冻融变化是最严重的影响因素。因此环境因素是对保温系统所用材料适应性的要求十分严格。

（3）外墙外保温系统构造是由粘结层、保温层、保护抹灰层、防水层及饰面层所组成。也有时采取增加材料之间粘结而设置的界面处理层做法，作为两层间的过渡层，裂缝可能由此而产生。因此对于每层材料的适应性、搭配选择、排列及工艺过程控制，都要把对可能出现的问题如牢固性及裂缝的产生作为重点来考虑。外墙外保温系统由于多种不同材料组成的复合结构体，构成了裂缝产生的内在条件，而保温系统置于墙体外侧的气候多变是外在条件，又增加了保温系统开裂的可能性，并给裂缝控制带来相应的难度。

2. 采取“抗放结合、以放为主”的防裂措施

2.1 建筑工程多年以来，节能保温应用的外墙外保温系统受因水泥砂浆刚性防水做法的影响，采用刚度大、高强和高弹性模量材料，或采用预应力结构，采取“以抗为主”的防裂原则来预防裂缝。这种方法限制了稳定应力充分释放的可能，对变形应力的产生和释放考虑不周，缺少能合理释放变形应力的构造措施，也没有合理选用材料的特性利用，往往导致控制裂缝失败的教训很多。以高强度硬“抗” 的防裂方法，就是提高各材料层的抗拉强度或拉伸极限应变，用提高抗拉强度抵抗裂缝产生，或提高拉

极限以拉伸变形吸收变形能量。“以抗为主” 的防裂方法，采用高强、高密实度、刚度大及高弹性模量的材料，没有给变形应力释放的任何机会。例如在抹灰层中铺设玻璃纤维网格布、配置钢筋网片或掺入各种纤维，就是采取“抗”的方法限制抹面层的变形，增加抹面层的抗拉强度。采用“抗”的方法控制裂缝产生，必须使各层材料有足够的抗拉强度储备量。

2.2 所以采取以“放” 的防裂方法，就是对各层材料采取允许变形、限制变形、诱导变形的技术手段释放变形应力。为此，要求各材料层必须具有足够的变形能力和具有一定的柔韧性，将约束引起的应力或变形量用“疏导”的方法加以控制，创造出能够给各层材料变形的机会来减少层间较大约束，利用各层材料的变形或位移释放变形能量。例如，界面层的作用不只是要具有使界面层内外材料层粘结牢固，而且还要使相接的材料层可互相滑动，具有足够充分的变形能力，能使变形应力得以充分释放。由此可见，增加各材料层的变形能力，提供各材料层的延性，是防止保温系统开裂的主导采用措施。2.2.1 采取逐层渐变、逐层释放的做法：复合型外墙外保温系统的应力宜变形同步、协调一致，防止层间变形悬殊而引起过大的约束拉应力产生，因此必须考虑相邻材料的某些物理力学性质相同或力求接近，使其变形协调而不发生突变，其变形要逐层渐变、缓慢过度，不可骤升骤降。控制其物理力学性能的某些技术参数的变化，相邻层的差异不要过大，要缓慢逐层渐变，变化梯度要小。几种常见与变形有关的建筑材料物理力学性能见表1示。

（1）材料的弹性模量。

材料的弹性模量反映了抵抗弹性变形的能力，是材料在弹性极限内应力与应变的比值，是材料刚度的量度。数值越大，说明材料抵抗弹性变形的能力越强；数值越小，说明材料抵抗弹性变形的能力越弱。弹性模量的不同，表现为材料抵抗弹性变形的能力不同。为使相邻材料层之间的变形相互适应和协调一致，必须使其弹性模量相近和协调。

（2）材料的导热系数。

导热系数反映了材料以导热方式传递热量的能力，其数值与材料的组成、密度和分子结构等因素相关。即使是同一种材料，因工作条件的温度、湿度及孔隙的大小、形状和排列不同，导热系数也有所不同。不同材料具有的导热系数，而不同的材料的升温速度又导致其不同的变形速度。两种相邻材料的变形率及变形速度差，会导致界面处产生约束拉应力，也可能导致保温系统开裂。

（3）材料的线膨胀系数。

线膨胀系数反映了材料在温差作用下的变形能力。在相同温差的作用下，线膨胀系数越大变形量也越大。外墙外保温系统各层材料的线膨胀系数数值上的显著差异，会使在相同温差作用下的层间产生很大的相对变形或相对位移，变形的不协调则会引起不同材料的层间产生较大的约束拉应力。从表1可见，砼的线膨胀系数约为（1.0～1.4） ×10-5，水泥砂浆的线膨胀系数比砼的略大，约为1.5×10-5。聚苯板的线膨胀系数约为（5～7）×10-5，比前两者大5～7倍，有时甚至更大；比砌体结构的线膨胀系数（0.5～0.8） ×10-5大10～14倍。线膨胀系数相差如此悬殊的两种材料一起工作，则在相邻界面上产生的剪切应力很容易使保温系统开裂，可见为使相邻材料间的变形能相互适应和协调，必须使线膨胀系数相同或相近，以求变形相互协调。

外墙外保温系统层所用的膨胀聚苯乙烯板，与其外侧的抹面层存在着不同的变形率和变形速度。该两层之间的变形率和变形速度比其他各层间大得多，会引起变形速度较大且体积变形较快、强度较高的抹面层开裂，成为外墙外保温系统开裂的主要原因。

2.2.2 减小约束力、增强延伸性： 要减小约束拉应力，须设法减小各层间的约束系数，创造条件给各材料层以较大变形的机会来减小约束，以求柔性软连接，增强各材料层的延伸性，即以“放” 的形式来减小约束应力，使其在外力达到开裂或破坏前各材料层有较大的变形，柔性逐层释放变形能量。为此就要求所用材料具有足够大的变形能力，即各层材料具有良好的延伸性。延伸性是指材料在外作用下达到断裂或破坏前伸展变形的能力，延伸性好的材料在断裂或破坏前有较大的塑性变形，通过大幅度的塑性变形来吸收和抵消变形能量。

2.2.3 相邻材料变形匹配相容：

（1）为减小约束拉应力的产生，应尽量减小相邻层材料的约束和反约束应力。外墙外保

温系统最外层与外界环境直接接触，其温度变化要比外保温系统其他各层的温度变化大的多。尤其在夏季，太阳照射的热量经墙面吸收后，被外保温层阻挡在墙外表面，整个外墙墙体是一个热不稳定体。墙体，尤其是最外面的表面层变形大于其内部各层。所以，在要求邻层材料变形相近的前提下，还要求最外层材料的可变形量，应逐层渐变地大于各内层的可变形量，最外层材料的延性要逐层比各内层高，使其变形互相协调适应。

（2）各层材料的匹配相容，指保温系统中任何一种组成材料与其他层所有材料的匹配应相容，表现为各部分组成材料之间相互稳定，不起化学反应，并能很好地共同协调工作，完整保持原系统设计要求的各项技术性能。这里指的不仅是保温材料预期相邻层的匹配相容，还应特别注意涂料层材料与保温材料的隔层匹配相容。实际工程中已多次发生过此类质量事故，其原因是由于使用了溶剂型涂料，而抹面层又很薄，致使涂料透过抹面层腐蚀保温材料，造成抹面层大面积空鼓、开裂和脱落。

2.2.4 提高材料强度、增加过渡层： 所用各类材料层的面积、形状及其弹性模量决定各层材料刚度的大小，刚度增大会引起材料层的变形能力减小，延性和柔性降低及约束拉应力增加。提高材料层的抗拉强度，可使抗裂能力增强。如果相邻两层材料的变形能力相差悬殊，可在两层材料之间增设柔性材料过渡层，利用变形能力良好的延性材料，柔性地释放变形应力，使之在反复多次变形的作用下不产生疲劳破坏。例如使用柔性腻子，粘贴面砖使用柔性粘结胶，使用柔性较好材料作界面处理等。

2.2.5 分块设缝、防水透气： （1）一般墙面面积较大，为防止其保温系统开裂应考虑设分块缝，可在其间嵌入变形能力较强的柔性填缝材料。对刚性的抹面层和饰面层，可参照大面积抹灰的分块方法处理。（2）保温系统不仅要防裂，而且要求防水透气。防水是防止雨水渗入，保持保温系统（特别是其中的保温层）的干燥状态。透气是为了保证系统对室内水蒸气“呼吸”作用的通畅。

在冬季，由于室内温度和绝对湿度都比室外高，因此外墙两侧存在着水蒸气分压力差，水蒸气分子从分压较高的室内向分压较低的室外渗透。为使水蒸气不在保温层内积聚，一是要阻止或减少室内水蒸气的渗入，二是要使进入保温层内的水蒸气顺利排出，为此可在保温层内测设置隔气层，以阻止室内水蒸气渗入。目前设置隔气层的保温系统做法非常少见，其作用尚未引起重视。另一方面就是减小保温层外侧材料的水蒸气渗透阻，以能使水蒸气在压力差作用下顺利从保温层内排出。如果保温系统湿作业工程量大，冬季来临之前水蒸气不能及时逸出，冬季水蒸气“呼吸”质量低，到春季在冻融交替循环作用下，湿胀和冻胀反复作用后，产生的变形应力则可能引起保温系统空鼓、开裂和脱落产生。

参考文献

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