一种多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法与流程-k8凯发

本发明涉及高导热复合相变储能材料，具体地，涉及多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，更为具体地，涉及一种高导热沥青基碳纤维复合材料、石蜡、多孔高导热材料和高导热海绵的多维度导热路径、高导热效率、不易泄露、可储放热的复合相变储能材料及其装置的制备方法，可应用于有热控需求的航天部件。

背景技术：

1、随着航天事业日益发展，卫星、航天飞机、探测器、飞船等航天器的任务类型与工作模式更加广泛，它们面临的外部空间热环境和内部电子器件产生的密集热流较为复杂，极大地增加了热控设计的难度，热控问题将极大的影响航天器性能的可靠性。石蜡类有机相变储能材料作为一种高效的被动式航天器热控管理材料，在国内外航天领域应用广泛。它通过材料相变时吸热或放热来实现能量的储存和利用，熔融时吸热，凝固时放热，相变材料多次熔融凝固后，热性能基本不变，稳定性良好，成为解决航天器能量供求不匹配性问题的热门材料。然而，相变材料石蜡作为传统的相变储能材料，它的缺点是热导率较低，热导率仅有0.250w/(m·k)，不能实现热量的快速传递；此外，由于石蜡类相变储能材料在相变过程中易出现体积变化问题，石蜡熔融后易泄漏，这些因素限制了它的进一步应用。

2、针对上述问题，目前主要解决的办法是将石蜡等有机相变材料以相变微胶囊的形式投入使用，但微胶囊相变材料也存在过冷问题、储热低问题以及由于导热差而产生的囊体边界与中心的温差问题，在民用领域应用广泛，在航天领域应用受限。当前宏观封装是相变储能材料应用的基础，目前最常用的封装材料通常为塑料类，但其导热差，在空间环境下易老化，而金属封装容器虽提升了导热，如热管等，但是其密度大，不满足航天器轻质高强的未来发展要求。有研究中，向石蜡内添加纳米颗粒，如纳米铜粉、纳米铝粉、碳纳米粉体材料等，导热率随得到了一定的提升，但是降低了石蜡的潜热，也无法解决封装泄露问题。也有研究，通过向石蜡中引入金属材料，融入金属翅片、金属泡沫等材料，这些增加了航天器质量，不满足要求。当前阶段，多孔骨架材料被重点关注，如膨胀石墨、石墨泡沫、金属泡沫、无机多孔材料、气凝胶等材料，其毛细作用力和表面吸附效应可有效缓解泄露问题，此外，高导热性多孔材料还可以用作增强复合相变材料的导热性，但仅多孔骨架材料在提升导热、解决泄露问题上手段单一，需结合其它手段加以解决。

3、本发明中，充分利用多孔高导热骨架材料的优势，将石蜡与多孔高导热材料骨架复合而制成的温控材料兼具多孔材料优异的导热性能，又兼具相变材料的储热特性，从而达到其表面温度的稳定，达到快速热响应，可反复快速实现相变材料凝固放热和熔融吸热。此外，高导热沥青基碳纤维及其复合材料具有轻质、高强、超高模量、高导热、低膨胀系数等优异特性，其导热系数可达1100w/(m·k)，在替代其它封装材料上具有明显的优势。本发明中，为了提高相变储能复合材料的应用可靠性，综合解决导热问题和泄露问题，创新性利用表面强化处理的高导热沥青基碳纤维复合材料制备的封装盒对相变材料进行封装，封装盒作为承力结构的同时兼具快速导热功能，轻质高强结构适用于航天器。进一步，通过高导热沥青基碳纤维复合材料棒或管、石墨烯海绵实现封装盒内部热量的快速传递，本发明多维度导热路径设计实现相变储能材料的快速热相应。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法。

2、根据本发明提供的一种多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，包括：

3、步骤s1：基于石蜡和高导热多孔材料制备高导热复合相变储能材料预制体；

4、步骤s2：制备高导热沥青基碳纤维复合材料封装盒装置；

5、步骤s3：将高导热沥青基碳纤维复合材料封装盒装置和高导热复合相变储能材料预制体进行封装处理。

6、优选地，所述步骤s1采用：

7、步骤s1.1：将石蜡充分熔融，并对其抽真空处理，去除石蜡内残留的气体；

8、步骤s1.2：制备预设尺寸并具有一定刚性的金属薄壁模具；

9、步骤s1.3：利用激光切割高导热多孔材料，并保证切割面完整；

10、步骤s1.4：将高导热多孔材料置于金属薄壁模具内，向金属薄壁模具内导入足量的液体石蜡；

11、步骤s1.5：在预设真空和加热条件下完成石蜡和高导热多孔材料的复合，冷却后得到高导热复合相变储能材料预制体。

12、优选地，所述高导热多孔材料包括：石墨烯泡沫、碳纳米管泡沫或高导热中间相沥青基碳泡沫。

13、优选地，所述高导热沥青基碳纤维复合材料封装盒装置包括：上下面板和边框，基于热压罐成型工艺制备各向同性的高导热沥青基碳纤维复合材料层合板，机加工成所需尺寸的封装盒上下面板和边框。

14、优选地，所述步骤s2还包括：通过喷涂、旋涂或手工涂覆的方法对封装盒表面进行改性高导热胶粘剂涂胶强化处理，增强力学强度并提升防渗漏性和导热性。

15、优选地，所述改性高导热胶粘剂是以粉体碳纳米管填充改性具有一定弹性的高导热胶粘剂材料。

16、优选地，将封装盒边框和下面板进行胶接，利用氦质谱对胶接部位进行检漏，如有漏气需重新进行补胶检漏，直至无漏气。

17、优选地，所述步骤s3采用：

18、步骤s3.1：将高导热复合相变储能材料预制体置于封装盒装置内，在其各个与封装盒接触的面均放置一块高导热石墨烯海绵，用于填充高导热复合相变储能材料预制体与封装盒装置之间的缝隙；

19、步骤s3.2：在高导热复合相变储能材料预制体厚度方向上插入高导热增强条，高导热增强条贯穿预制体和高导热石墨烯海绵，与上下面板平整接触并进行胶接；

20、步骤s3.3：将面板与边框进行胶接装配。

21、优选地，所述高导热增强条为高导热沥青基碳纤维复合材料棒或管。

22、根据本发明提供的一种多维导热路径的复合相变储能材料，采用上述所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法制备得到。

23、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

24、1、本发明通过新型结构上的多维导热路径设计并结合封装材料改性胶粘剂表面强化方式，实现了整体复合相变材料的高效导热、不易泄露、轻质高强的封装方式，本复合相变材料装置可应用于有热控需求的航天器部件；

25、2、利用高导热沥青基碳纤维复合材料进行封装和强化导热，提升了已有的石蜡相变储能材料导热和封装问题，利用高导热多孔材料、高导热增强条、高导热海绵等多维导热路径，进一步提升导热。

技术特征：

1.一种多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，其特征在于，所述高导热多孔材料包括：石墨烯泡沫、碳纳米管泡沫或高导热中间相沥青基碳泡沫。

3.根据权利要求1所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，其特征在于，所述高导热沥青基碳纤维复合材料封装盒装置包括：上下面板和边框，基于热压罐成型工艺制备各向同性的高导热沥青基碳纤维复合材料层合板，机加工成所需尺寸的封装盒上下面板和边框。

4.根据权利要求1所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：通过喷涂、旋涂或手工涂覆的方法对封装盒表面进行改性高导热胶粘剂涂胶强化处理，增强力学强度并提升防渗漏性和导热性。

5.根据权利要求4所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，其特征在于，所述改性高导热胶粘剂是以粉体碳纳米管填充改性具有一定弹性的高导热胶粘剂材料。

6.根据权利要求1所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，其特征在于，所述步骤s3采用：

7.根据权利要求6所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，其特征在于，所述高导热增强条为高导热沥青基碳纤维复合材料棒或管。

8.一种多维导热路径的复合相变储能材料，其特征在于，采用权利要求1至权利要求7任一项权利要求所述的多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供了一种多维导热路径的复合相变储能材料及装置的制备方法，包括：步骤s1：基于石蜡和高导热多孔材料制备高导热复合相变储能材料预制体；步骤s2：制备高导热沥青基碳纤维复合材料封装盒装置；步骤s3：将高导热沥青基碳纤维复合材料封装盒装置和高导热复合相变储能材料预制体进行封装处理。

技术研发人员：徐小魁,戴晶滨,刘千立,姚卓君,李钱福,余娜,陈超,王晓蕾,田杰,郝尚,张浩洋,龙茜
受保护的技术使用者：上海复合材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8