低热导率相变储能保温板材、其制备方法及应用
阅读说明：本技术 低热导率相变储能保温板材、其制备方法及应用 (Low-thermal-conductivity phase-change energy-storage heat-preservation plate and preparation method and application thereof ) 是由 李太岭 王永疆 李清文 王岩冰 王涛 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低热导率相变储能保温板材、其制备方法及应用。所述低热导率相变储能保温板材包括芯板结构,以及覆设于所述芯板结构表面的多功能皮层结构,所述多功能皮层结构内封装设置有相变材料,所述芯板结构包括作为增强材料的均匀多孔材料和隔热泡沫材料,所述隔热泡沫材料填充分布于所述均匀多孔材料内部。本发明中填充在皮层内部的相变材料在升温过程中吸收了大量热量并储存,在放热过程中缓慢释放出来,通过配合低热导率的泡沫材料,可大大提升相变储能保温板的隔热保温性能。并且,均匀多孔材料内部的隔热泡沫材料起到隔热保温作用,因此实现了具有相变储能功能的低热导率相变储能保温板材。(The invention discloses a low-thermal-conductivity phase-change energy-storage heat-preservation plate, and a preparation method and application thereof. Low heat conductivity phase change energy storage insulation board includes the core structure to and cover and locate the multi-functional cortex structure on core structure surface, the encapsulation is provided with phase change material in the multi-functional cortex structure, the core structure includes the even porous material and the thermal-insulated foam material as reinforcing material, thermal-insulated foam material fill distribute in inside the even porous material. The phase-change material filled in the skin layer absorbs a large amount of heat and stores the heat in the temperature rising process, the heat is slowly released in the heat releasing process, and the heat insulation performance of the phase-change energy storage insulation board can be greatly improved by matching with the foam material with low heat conductivity. And the heat insulation foam material inside the uniform porous material plays a role in heat insulation, so that the low-heat-conductivity phase-change energy-storage heat-insulation board with the phase-change energy-storage function is realized.)
技术领域
本发明涉及一种保温板材，具体涉及一种适用于高寒地区的低热导率相变储能保温板材及其制备方法与应用，属于保温材料及建筑材料技术领域。
背景技术
根据国际能源机构数据，全球建筑能耗占比逐渐升高，2018年全球建筑能耗的占比已经上升至能源总消耗量的近36％，而二氧化碳排放量占总排放量的28.3％，而且这一比例仍在稳步上升。在中国，我国的建筑能耗仅次于工业生产能耗。随着被动式节能屋(Passive house)、零排放建筑(zero emission buildings)等建筑节能系统概念的提出，表明了国内外都在对较高的建筑能耗积极做出应对，其中建筑的隔热保温起到了十分重要的作用。作为建筑材料的一部分，隔热保温材料的重要性正在稳步提升。
高寒地区整体温度较低，室内外温差大，为维持室内温度稳定需要更多能源消耗，因此高寒地区对建筑保温材料要求更高，轻质保温材料的热容量有限，蓄热能力低，不能达到高效蓄热保温的目的，因此传统低导热系数的保温材料并不能满足实际使用需求。相变储能材料是通过向传统建筑材料中加入相变材料制成的具有较高热容的轻质建筑材料，具有较大的潜热储热能力，可以提高建筑的节能保温能力，自动调节室内温度，降低室内温度波动，提高舒适度。
传统相变储能蜂窝板由填充相变材料的蜂窝芯、蒙皮复合而成，具有储能密度大、相变热利用率高、有效封装、质轻、强度高，加工灵活、安装便捷等特点，但是相变材料自身热导率较高，添加到蜂窝板内时会导致蜂窝板整体热导率上升，即使通过配合传统泡沫材料使用，高导热的相变材料会形成导热网络，降低蜂窝板材的隔热性能。因此需要在传统蜂窝板的基础上进行改进，再设计一种新型低热导率相变储能保温板材。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于高寒地区的低热导率相变储能保温板材及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种低热导率相变储能保温板材，其包括芯板结构，以及覆设于所述芯板结构表面的多功能皮层结构，所述多功能皮层结构内封装设置有相变材料，所述芯板结构包括作为增强材料的均匀多孔材料和隔热泡沫材料，所述隔热泡沫材料填充分布于所述均匀多孔材料内部。
在一些实施例中，所述低热导率相变储能保温板材的密度为80-200kg/m3，热导率为0.028-0.06W/(m·K)，抗压强度为2.0-2.6MPa，剪切强度为1.0-1.5MPa。在一些实施例中，所述低热导率相变储能保温板材包括由从上至下依次层叠设置的多功能皮层结构、芯板结构和多功能皮层结构组成的三明治结构。
在一些实施例中，所述多功能皮层结构包括具有复数个空腔结构的皮层本体及相变材料，所述相变材料封装于所述空腔结构内。
本发明实施例还提供了所述低热导率相变储能保温板材的制备方法，其包括：
将相变材料封装于具有复数个空腔结构的皮层本体内，形成多功能皮层结构；
将隔热泡沫材料填充在作为增强材料的均匀多孔材料所含的孔道内，制得芯板结构；
将多功能皮层结构覆设于所述芯板结构表面，制得所述低热导率相变储能保温板材。
本发明实施例还提供了所述低热导率相变储能保温板材于高寒地区建筑保温、工业、军事、航天或复合材料等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过将相变材料封装于皮层结构内，填充在皮层内部的相变材料在升温过程中吸收了大量热量并储存，在放热过程中缓慢释放出来，通过配合低热导率的泡沫材料，可大大提升相变储能保温板的隔热保温性能。并且，均匀多孔材料内部的隔热泡沫材料起到隔热保温作用，由于相变材料封装在皮层结构内，因此对均匀多孔材料的隔热性能没有影响，因此实现了具有相变储能功能的低热导率相变储能保温板材。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施例中一种低热导率相变储能保温板材的结构示意图；
图2是封装有相变材料的多功能皮层的结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
对本发明涉及的术语进行解释如下：
相变材料：是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。
本发明的主要发明构思原理在于：通过利用皮层-芯板-皮层三明治结构，将相变材料封装于皮层结构内，以均匀多孔材料为增强材料，大孔内填充隔热泡沫材料，并以此作为芯板结构，通过树脂粘结剂将封装有相变材料的皮层结构与芯板结构进行粘结组装得到低热导率相变储能保温板材。
本发明实施例的一个方面提供的一种低热导率相变储能保温板材包括芯板结构，以及覆设于所述芯板结构表面的多功能皮层结构，所述多功能皮层结构内封装设置有相变材料，所述芯板结构包括作为增强材料的均匀多孔材料和隔热泡沫材料，所述隔热泡沫材料填充分布于所述均匀多孔材料内部。
在一些实施例中，所述低热导率相变储能保温板材的密度为80-200kg/m3，热导率为0.028-0.06W/(m·K)，抗压强度为2.0-2.6MPa，剪切强度为1.0-1.5MPa。
在一些实施例中，所述低热导率相变储能保温板材包括由从上至下依次层叠设置的多功能皮层结构、芯板结构和多功能皮层结构组成的三明治结构。
在一些实施例中，所述多功能皮层结构包括具有复数个空腔结构的皮层本体及相变材料，所述相变材料封装于所述空腔结构内。
在本发明的低热导率相变储能保温板材中，填充在皮层内部的相变材料在升温过程中吸收了大量热量并储存，在放热过程中缓慢释放出来，通过配合低热导率的泡沫材料，可大大提升相变储能保温板的隔热保温性能，解决了相变材料引入隔热板体系后导致复合板材隔热性能下降的问题，使得复合板材在保障保温隔热能力的基础上实现自适应调温。
进一步地，相变储能保温板蒙皮结构内的复合材料在升温过程中吸收了大量热量并储存，在放热过程中缓慢释放出来，从而使复合板的温度缓慢下降。
在一些实施例中，所述相变材料包括石蜡、十六烷、十七烷、二十烷、季戊四醇、丁二胺等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述多功能皮层结构中相变材料的含量为10-40wt％。
在一些实施例中，所述皮层本体的材质包括玻纤增强环氧树脂蒙皮、玻纤增强不饱和树脂蒙皮、热塑性树脂蒙皮，铝合金蒙皮、竹木纤维蒙皮等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述多功能皮层结构的厚度为5-20mm。
在一些实施例中，所述隔热泡沫材料包括聚氨酯泡沫材料、聚苯乙烯泡沫材料、三聚氰胺泡沫等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施例中，所述均匀多孔材料具有蜂窝状结构，优选包括铝蜂窝、芳纶纸蜂窝、树脂浸渍玻纤织物蜂窝中的任意一种，但不限于此。
综上所述，在本发明的低热导率相变储能保温板材中，填充在皮层内部的相变材料在升温过程中吸收了大量热量并储存，在放热过程中缓慢释放出来，通过配合低热导率的泡沫材料，可大大提升相变储能保温板的隔热保温性能。并且，均匀多孔材料内部的隔热泡沫材料起到隔热保温作用，由于相变材料封装在皮层结构内，因此对均匀多孔材料的隔热性能没有影响，因此实现了具有相变储能功能的低热导率相变储能保温板材。
本发明实施例的另一个方面提供的前述低热导率相变储能保温板材的制备方法包括：
将相变材料封装于具有复数个空腔结构的皮层本体内，形成多功能皮层结构；
将隔热泡沫材料填充在作为增强材料的均匀多孔材料所含的孔道内，制得芯板结构；
将多功能皮层结构覆设于所述芯板结构表面，制得所述低热导率相变储能保温板材。
进一步地，所述制备方法包括：采用树脂粘结剂将封装有相变材料的多功能皮层结构与所述芯板结构进行粘结，制得所述低热导率相变储能保温板材。
本发明实施例的另一个方面还提供了所述低热导率相变储能保温板材于高寒地区建筑保温、工业、军事、航天或复合材料等领域中的应用。
作为本发明的一具体实施方案之中，请参阅图1所示，一种低热导率相变储能保温板材为蒙皮(亦即前文所述的“多功能皮层结构”)-芯板结构-蒙皮三明治结构，所述低热导率相变储能保温板材的相变材料封装于蒙皮结构内。以均匀多孔材料为增强材料，均匀多孔材料孔内填充隔热泡沫材料，并以此作为芯板结构；通过树脂粘结剂将封装有相变材料的蒙皮结构与芯板结构进行粘结组装得到低热导率相变储能保温板材。
进一步地，封装有相变材料的蒙皮结构(亦即前文所述的“多功能皮层结构”)的示意图如图2所示。所述多功能皮层结构包括具有复数个空腔结构的皮层本体及相变材料，所述相变材料封装于所述空腔结构内。
综上所述，藉由上述技术方案，本发明通过将相变材料封装于皮层结构内，填充在皮层内部的相变材料在升温过程中吸收了大量热量并储存，在放热过程中缓慢释放出来，通过配合低热导率的泡沫材料，可大大提升相变储能保温板的隔热保温性能。并且，均匀多孔材料内部的隔热泡沫材料起到隔热保温作用，由于相变材料封装在皮层结构内，因此对均匀多孔材料的隔热性能没有影响，因此实现了具有相变储能功能的低热导率相变储能保温板材，在高寒地区建筑保温、工业、军事及航天、复合材料等领域具有很大的应用前景。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明，但本发明并不局限于此。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
下面实施例中所述的试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
本实施例中低热导率相变储能保温板材包括：芯板结构和设置在芯板结构上下两个表面的多功能竹木纤维蒙皮结构，所述多功能竹木纤维蒙皮结构内封装设置有相变材料石蜡，且石蜡的含量为10wt％。所述芯板结构包括作为增强相的树脂浸渍玻纤织物蜂窝材料，以及填充分布于所述树脂浸渍玻纤织物蜂窝材料内部的隔热聚氨酯泡沫材料。
本实施例中低热导率相变储能保温板材的制作方法包括：将石蜡封装于具有复数个空腔结构的多功能竹木纤维蒙皮结构内，形成多功能蒙皮结构。将聚氨酯泡沫材料填充在作为增强材料的树脂浸渍玻纤织物蜂窝材料所含的孔道内，制得芯板结构；通过树脂粘结剂将封装有石蜡的多功能竹木纤维蒙皮结构与芯板结构进行粘结组装得到低热导率相变储能保温板材。
本案发明人还对所获低热导率相变储能保温板材进行了测试，结果显示，其密度为120kg/m3，热导率为0.03W/(m·K)，抗压强度为1.2MPa，剪切强度为1.0MPa。
实施例2
本实施例中低热导率相变储能保温板材包括：芯板结构和设置在芯板结构上下两个表面的玻纤增强环氧树脂蒙皮结构，所述玻纤增强环氧树脂蒙皮结构内封装设置有十六烷，且十六烷的含量为15wt％。所述芯板结构包括作为增强相的芳纶纸蜂窝材料，以及填充分布于所述芳纶纸蜂窝材料内部的隔热聚苯乙烯泡沫材料。
本实施例中低热导率相变储能保温板材的制作方法包括：将十六烷封装于具有复数个空腔结构的玻纤增强环氧树脂蒙皮结构内，形成多功能蒙皮结构。将隔热聚苯乙烯泡沫材料填充在作为增强材料的芳纶纸蜂窝材料所含的孔道内，制得芯板结构；通过树脂粘结剂将封装有十六烷的玻纤增强环氧树脂蒙皮结构与芯板结构进行粘结组装得到低热导率相变储能保温板材。
本案发明人还对所获低热导率相变储能保温板材进行了测试，结果显示，其密度为105kg/m3，热导率为0.045W/(m·K)，抗压强度为1.2MPa，剪切强度为1.1MPa。
实施例3
本实施例中低热导率相变储能保温板材包括：芯板结构和设置在芯板结构上下两个表面的玻纤增强不饱和树脂蒙皮结构，所述玻纤增强不饱和树脂蒙皮结构内封装设置有季戊四醇，且季戊四醇的含量为40wt％。所述芯板结构包括作为增强相的铝蜂窝材料，以及填充分布于所述铝蜂窝材料内部的隔热聚氨酯泡沫材料。
本实施例中低热导率相变储能保温板材的制作方法包括：将季戊四醇封装于具有复数个空腔结构的玻纤增强不饱和树脂蒙皮结构内，形成多功能蒙皮结构。将隔热聚氨酯泡沫材料填充在作为增强材料的铝蜂窝材料所含的孔道内，制得芯板结构；通过树脂粘结剂将封装有季戊四醇的玻纤增强不饱和树脂蒙皮结构与芯板结构进行粘结组装得到低热导率相变储能保温板材。
本案发明人还对所获低热导率相变储能保温板材进行了测试，结果显示，其密度为150kg/m3，热导率为0.035W/(m·K)，抗压强度为1.5MPa，剪切强度为1.2MPa。
实施例4
本实施例中低热导率相变储能保温板材包括：芯板结构和设置在芯板结构上下两个表面的热塑性树脂蒙皮结构，所述热塑性树脂蒙皮结构内封装设置有丁二胺，且丁二胺的含量为30wt％。所述芯板结构包括作为增强相的铝蜂窝材料，以及填充分布于所述铝蜂窝材料内部的三聚氰胺泡沫材料。
本实施例中低热导率相变储能保温板材的制作方法包括：将丁二胺封装于具有复数个空腔结构的热塑性树脂蒙皮结构内，形成多功能蒙皮结构。将三聚氰胺泡沫材料填充在作为增强材料的铝蜂窝材料所含的孔道内，制得芯板结构；通过树脂粘结剂将封装有丁二胺的热塑性树脂蒙皮结构与芯板结构进行粘结组装得到低热导率相变储能保温板材。
本案发明人还对所获低热导率相变储能保温板材进行了测试，结果显示，其密度为180kg/m3，热导率为0.028W/(m·K)，抗压强度为2.0MPa，剪切强度为1.3MPa。
实施例5
本实施例中低热导率相变储能保温板材包括：芯板结构和设置在芯板结构上下两个表面的铝合金蒙皮结构，所述铝合金蒙皮结构内封装设置有二十烷和十七烷，且二十烷和十七烷的含量为20wt％。所述芯板结构包括作为增强相的树脂浸渍玻纤织物蜂窝材料，以及填充分布于所述树脂浸渍玻纤织物蜂窝材料内部的聚氨酯泡沫材料。
本实施例中低热导率相变储能保温板材的制作方法包括：将二十烷和十七烷封装于具有复数个空腔结构的铝合金蒙皮结构内，形成多功能蒙皮结构。将聚氨酯泡沫材料填充在作为增强材料的树脂浸渍玻纤织物蜂窝材料所含的孔道内，制得芯板结构；通过树脂粘结剂将封装有二十烷和十七烷的铝合金蒙皮结构与芯板结构进行粘结组装得到低热导率相变储能保温板材。
本案发明人还对所获低热导率相变储能保温板材进行了测试，结果显示，其密度为200kg/m3，热导率为0.06W/(m·K)，抗压强度为1.6MPa，剪切强度为1.3MPa。
对照例1
本对照例与实施例1相比，不同之处在于：蒙皮结构中未封装相变材料，将相变材料封装与蜂窝孔道内。
经测试，最终所获相变储能保温板材的热导率为0.2W/(m·K)。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。