[发明专利]一种高热导高电导固－固相变贮能控温材料

说明书

本发明涉及复合贮能材料。

复合高分子固态相转变贮能材料是为航天和军事需要而发展起来的特种贮能材料，该类材料的分子聚集态可以随外界温度的变化而发生一种可逆的固—固相转变，同时其焓值也随之改变而吸收或放出大量能量，利用这种特性可作为能量贮存和温度控制功能材料，在航天航空、现代武器、电子、电器、能源、建筑、医疗等军事和民用领域具有广阔的应用前景。帕·阿查德等(P.Achard，et.al，US4,616,173)于1989年公开一种固—固相变复合高分子热能贮存材料，将相变温度为0℃到200℃相变焓大于50焦/克的固—固相转变多元醇物质，与环氧树脂等高分子共混物相混合，得到一种稳定的具有热能贮存和温度控制功能的复合材料，可用于电子和电器元件的温度控制和防热冲击。但是上述的发明存在的显著缺点是该材料的导热性很差，热导率低于0.05瓦/米度，使热量传送和相转变过程的传递缓慢，影响能量贮存和温度控制效果。另外该材料的机械强度较差，特别是抗拉强度和耐冲击强度较低，以至很难应用于火箭、人造卫星、现代武器及其他震动冲击强烈的场合。此外该材料基本上是电绝缘体，不能应用于需要导电和电磁屏蔽的情况。这些缺点严重地限制了它的应用范围。

本发明提供一种具有能量贮存和温度控制功能，同时又具有良好导热性和导电性的材料。当温度升高时，该材料吸热，当温度下降时该材料放热，从而可以自动地将温度控制在要求的范围。这种具有特种温度控制功能的材料可加工成电子仪器、电子元件、集成电路的新型散热板、底板、外壳，用于对温度环境要求严格的精密机械、自动控制、电子仪器、航天航空等领域，具有广阔的应用前景。

本发明所提供的复合贮能材料，是用导热系数在0.2瓦/米·度到250瓦/米·度之间的金属铜、铁、铝、钛和非金属碳、石墨、石英及它们的合金或复合物的粉末、纤维、网或薄板与贮能物质进行复合处理，得到一种新型的具有能量贮存功能，同时导热导电性能良好和机械强度高的复合材料。上述贮能物质是具有固态相转变，相变温度在-25℃到195℃之间，相变焓在10焦/克到350焦/克之间的无机构、有机物、高分子物质或它们的复合物。制成的这种复合贮能材料可以使导热物质与贮能物质的体积比在99∶1到0.5∶99.5之间(重量比在99∶1到1∶99)改变，从而按要求改变复合贮能材料的导热系数(55瓦/米度到0.01瓦/米度之间)。本发明提供的复合贮能材料还可以按不同的用途制成不同的形状，例如板材、四方体、球体、园柱体和中空体等。

将粒度为10到1200目(推荐为50-400目)的粉末导热物质，或长度为0.05毫米到25毫米的纤维状导热物质与贮能物质均匀混合成型，可以得到各向同性即不同方向上具有相同导热导电系数的复合贮能材料。将导热物质的长纤维(长度大于3毫米)平行排列于某一方向，再与贮能物质复合成型，可以使复合贮能材料具有各向异性的特性，即在纤维平行排列方向上的导热系数较大而其它方向则较小。若在另两方向上也平行排列导热物质的长纤维，可使该方向上的导热系数增大，直至三个方向上均相同。改变某方向上导热物质的长纤维的排列密度，可以调节该方向上导热系数的大小。将导热物质加工成型为4目至200目的导热网，再将导热网平行排列并与贮能物质复合成型，可以得到网平面方向上导热系数较大，垂直网平面方向上导热系数较小的复合贮能板材。导热网可用导热物质的长纤维编织而成，也可将导热物质的薄板钻孔而成，或用其他方法加工而成。本发明所提供的复合贮能材料如制成板材，可选用拉伸强度较大的导热物质，如高强度金属纤维，高强碳纤维或这些高强度导热物质的网，可以有效地提高复合贮能板材的机械强度，特别是弯曲强度和耐冲击强度。

本发明所提供的复合贮能材料与现有技术的复合贮能材料相比的优点是具有良好的导热和导电性，并有很好的机械强度，从而具有更加广泛的应用范围。

实施例：

将厚度为0.3毫米的面积为120×120平方毫米的方形铝薄板，冲孔加工成20目的导热网。取两块该导热网平行排列，再加上一块同样大小的厚0.3毫米的铝薄板作为底板，导热网之间用厚为0.5毫米边宽10毫米的框架隔开，将框架用螺丝固紧，然后灌注进一种可以加温固化的稀胶体状复合高分子贮能材料。灌注满后，再在表面覆盖以厚0.3毫米的铝板，并用螺钉固紧。将整个框架移至真空烘箱，抽真空减压，以消除可能产生的气泡，加温至75℃固化24小时。冷却后拆下框架，即可得到一厚度为2.7毫米，在平面方向上导热系数大于1.15瓦/米·度，垂直方向上导热系数大于0.65瓦/米·度的复合贮能板材。