科创中国

I． ． 真空 辅助超声 动态灌注 装置 及技术 开发

本创新点属材料科学领域中的有机-无机杂化复合材料。

由于高分子有机相变材料在物理机械混合过程中，因强剪切和高温引起

的热机械降解而带来最终相变温度和焓值降低的问题，项目组自行开发了真

空辅助超声动态灌注装置，如图 1 所示。利用该装置进行复合材料的动态灌

注法制备，有效地避免了强剪切对有机高分子材料的破坏作用，且真空负压

场和超声震荡场耦合可以显著提高熔融态相变材料插层分散于植物纤维、多

孔碳或有机-无机杂化粒子间隙中，研制了具有良好导热的高定形有机相变储

能材料。

图 图 1. 真空 辅助超声 动态灌注实验装置 实物图

II． ． 真空辅助 超声 动 态灌 法 制备 定形 相变 储能 材料 及其储/ 放热 机制

本创新点属材料科学领域中的聚合物基复合材料。

① 利用真空动态灌注法，成功制备了发泡型的 PEG/膨胀石墨/热塑性聚

氨酯定形相变储能材料，制备的有机相变储能材料具有更好的相变性能、导

热性及较高热稳定性，为制备高储能效率和储能密度的聚合物基相变储能材

料提供基础。

② 真空动态灌注法成功制备了 PEG/膨胀石墨/剑麻纤维相变储能材料，

PEG 的相变温度在 65-75 ℃之间，综合考虑宏观相变、耐热性，并结合储能

的高低，当 PEG、剑麻纤维、膨胀石墨的质量比为 9：3：1 时，其复合材料

在 75℃下呈现极佳的定形性能和高的导热率，同时保持着较高的相变焓值，

是一种理想的高定形高导热的相变储能材料。同时，系统揭示了基于动态灌

注法制备的定形有机相变材料的相变过程中储/放热机制。

③ 真空动态灌注法成功制备了 PEG-硬脂酸/膨胀石墨、PEG/石墨烯气凝

胶有机-无机杂化材料，再利用挤出成型将杂化粒子与聚乳酸（PLA）熔融混

合制备具有冷结晶放热行为的相变储能材料。其有机-无机杂化粒子改性 PLA

相变材料在 30-55℃和 95-110℃（PLA 的冷结晶温度）发生两次结晶放热，

研制了多相变点的复合相变储能材料，同时该相变材料呈现极佳的定形性能

和高的导热率，是一种理想的高定形高导热的相变储能材料。同时，系统揭

示了基于动态灌注法制备的定形有机相变材料的相变过程中储/放热机制。

III． ． 有机- 无机杂化 复合 相变材料 改性沥青或 粘合剂 的应用

本创新点属材料科学领域中的聚合物基复合材料。

① 我国交通量大、载重量大、行车速度大，要求路面承载能力大、耐久

性好并具有良好的表面状况。同时，我国煤沥青中杂质含量很高，使得煤沥

青的延展性、脆性、软化点等性能大幅度下降。借助复合改性制备的相变储

能材料的工艺及技术，将 PEG/回收塑料与无机粒子复合进行改性沥青，解决

了现有的沥青材料延展性差、脆性高、软化点低的问题。

② 由于支撑材料的加入，如高导热和高孔隙率的活性炭颗粒或膨胀石

墨，不仅可以提供有机相变储能材料的定形性能，也明显改善了储能效率。

因此，对于温度很敏感的沥青或其他粘合剂材料来讲，随着温度的变化其状

态和性能都将发生显著变化，从而影响了最终使用性能。利用 PEG/活性炭颗

粒改性沥青，可以有效地改善这些缺点，扩大应用领域。

IV． ． 开发 用于 测 试 有机相变材料的储/ 放热 焓值 的 实验 装置

本创新点属材料科学领域中的材料检测与分析技术。

通常是利用差示扫描量热仪（DSC）获取有机相变材料的储/放热行为的

焓值和相变温度，该装置存在着测试试样极小（5-10 mg），很难准确地反应

大样品的储/放热焓值和温度。因此，项目组自行开发了相变材料存储/释放能

量测试装置，该装置可以测试较大试样的多次储/放热过程中的能量变化，加

速了产品的中试及推广应用。