Настоящее изобретение относится к гибким листовым материалам из РСМ с большой плотностью накопления скрытой тепловой энергии для применения при регулировании тепловой энергии. Гибкий листовой материал из РСМ получают из гибкой несущей структуры и элементов из материалов с фазовым переходом, нанесенных на нее по отдельности в определенном геометрическом порядке. Сами элементы из материалов с фазовым переходом содержат геометрически определенные структуры полимерсвязанного материала с фазовым переходом. Гибкие листовые материалы из РСМ отличаются высокой емкостью накопления скрытой тепловой энергии и оптимизированной теплопроводностью, являются стабильными по размерам даже при изменении температуры и после фазового перехода, и могут быть легко свернуты, сложены, намотаны или разрезаны до необходимого размера, их легко транспортировать, хранить, обрабатывать или применять в форме одного слоя или в многослойной форме.
В US 20020164474 описаны гибкие терморегулирующие материалы, которые находят применение в носках, в качестве внутреннего слоя обуви и в других деталях одежды. Для предотвращения просачивания материалов с фазовым переходом (РСМ) в жидкой фазе указанные РСМ инкапсулируют и распределяют в гибком материале матрицы. Кроме того, инкапсулирование необходимо для предотвращения образования негибких, жестких агрегатов РСМ при охлаждении. При отсутствии инкапсулирования РСМ прочно абсорбируют в абсорбентах или суперабсорбентах, таких как полиакриловые материалы или карбоксиметилцеллюлоза. Материал матрицы предпочтительно представляет собой гибкий полимер или полимерную пену. Другие варианты реализации относятся к слоистым структурам, имеющим изолирующие слои снаружи и слой, содержащий РСМ, - в середине, или к интегрированной структуре, для получения которой сначала отливают и частично вулканизируют первый слой полимера, затем отливают 2 слой, обогащенный РСМ, и таким же образом частично вулканизируют, а затем сверху отливают 3 слой матричного материала и до конца вулканизируют все сборное изделие. Недостатком такого решения является то, что при необходимости инкапсулирования жидкого/твердого РСМ капсулы не могут принимать любую требуемую форму или могут быть беспорядочно деформированы, и общее сборное изделие имеет ограниченную гибкость. В GB 2495938 описана система накопления энергии, в которой множество капсул с РСМ материалом закреплены на носителе или частично в носителе. Носитель может быть жестким (пластина) или гибким (лист). Капсулы получают из полимерного (ПВХ) или металлического (алюминий) материала. Для улучшения теплопроводности материал РСМ смешивают с порошком графита или металла. Капсулы могут содержать одинаковые материалы РСМ или различные материалы РСМ. Капсулы либо закреплены на носителе, либо носитель имеет углубления (выемки) для РСМ; углубления наполняют РСМ и, наконец, герметизируют заполненные углубления. И снова, недостаток заключается в том, что материал РСМ должен быть инкапсулирован, и гибкость является ограниченной. Кроме того, как и в случае US 20020164474, гидродинамическое сопротивление жидкого или газообразного теплоносителя при нагрузке и разгрузке тепловой энергии является весьма высоким и, следовательно, препятствует теплопередаче. С учетом описанного необходимого инкапсулирования, происходит потеря большой массы и объема РСМ, что существенно снижает общую емкость, едва ли оставляя какую-либо значительную емкость в системе в целом. Если при инкапсулировании происходит утечка, то сжиженный РСМ входит в контакт с окружающей средой. Кроме того, листовые материалы такого типа не могут быть легко разрезаны для получения нужной формы. Частота повреждений является статистической переменной, которую нельзя предсказать. Например, в случае слишком тонкой стенки система может быть полностью разрушена. С другой стороны, если выбрана слишком большая толщина покрывающего слоя, то имеет место вышеупомянутый сценарий снижения энтальпии.
В случае патента US 2002164474, фундаментальная функция РСМ представляет собой теплопроводность. Описанное внедрение в пены с открытыми и/или закрытыми порами приводит к образованию систем с очень слабыми термическими свойствами; исключительная низкая площадь поверхности и слабая теплопроводность означают отсутствие улучшения вследствие конвекции.
При адгезии макроинкапсулированных РСМ (например, покрытых пластиком) на гибкую матрицу всегда существует (фиксированный) размер данного элемента, который определяет радиус закругления и изгиба, а также способность к обрезке. Макроинкапсулированный элемент не может быть разрезан, поскольку это приведет к выходу содержимого. Это также влияет на повреждение при применении (например, при монтаже в стенку).
В DE 10022287 описано трикотажное 3D объемное полотно, имеющее частицы из материала для накопления скрытого тепла, расположенные между слоями. Описано прессование неинкапсулированных РСМ частиц в отверстия слоя (трикотажного) объемного полотна. Для предотвращения выпадения указанных РСМ частиц при использовании или при стирке, слой, содержащий РСМ частицы, закрыт прокладкой, имеющей более мелкие отверстия, чем размер РСМ частиц, или пленкой. Поскольку РСМ частицы связаны с прокладочным материалом непрочно, то прокладочный материал не может быть разрезан до любого размера. Поскольку прокладочный материал как материал-носитель имеет несколько миллиметров в высоту, он не является достаточно гибким. Упомянутое трикотажное объемное полотно легко поддается сматыванию в рулон только при сохранении открытых ячеек с одной стороны. При закрывании открытых ячеек (поверхностном связывании) после наполнения частицами РСМ материал уже не может быть свернут.Навивочная сердцевина гораздо больше в случае трикотажных объемных полотен, по сравнению с диаметром РСМ частицы. Кроме того, плотность заполнения РСМ частицами ограничена количеством отверстий, и доступность РСМ частиц для приема потоков жидкой или газообразной среды весьма ограничена.
Задача заключается в обеспечении полностью гибкого, терморегулирующего композиционного материала, функционирующего без инкапсулирования РСМ, который сохраняет размерную стабильность даже при изменении температуры и фазовых переходах, и обладает оптимизированной емкостью по теплопередаче в результате специального геометрически переменного расположения формованных РСМ элементов на листовом материале. Кроме того, указанный композиционный материал должен быть способен к нарезанию до некоторого размера, к сматыванию в рулон и к штабелированию, а для улучшенной теплопередачи проницаемость в отношении жидкой и газовой среды должна быть контролируемой.
Указанная задача достигается в настоящем изобретении за счет прочной фиксации пластифицированной массы полимерсвязанного материала с фазовом переходом в геометрически определенных структурах на несущей структуре. Фиксацию обеспечивают так, что сжиженный в расплаве полимерсвязанный материал с фазовым переходом (здесь и далее сокращенно РСМ) наносят на несущую структуру в виде элементов сферической, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы, имеющих толщину от 1 до 10 мм, предпочтительно от 1 до 5 мм, посредством литьевого формования, нанесения разбрызгиванием, шпредированием или отливом без давления с помощью формующего устройства, при непрерывной или периодической эксплуатации. Указанные элементы сферической или многоугольной формы из полимерсвязанного материала с фазовым переходом (РСМ) здесь и далее упомянуты как литые изделия из РСМ полимера. Несущие структуры являются по существу двухмерными, что означает, что высота указанных структур пренебрежимо мала по сравнению с их длиной и шириной. Преимущественными несущими структурами являются тканые материалы, предпочтительно тканые материалы с большим размером отверстий, полученные из полиамидных, сложных полиэфирных, полипропиленовых, углеродных волокон, металлических волокон или стеклянных волокон, или природные волокна (хлопковые волокна, волокна из района-вискозы) и волокнистые смеси указанных волокон. Другие возможные несущие структуры, состоящие из указанных материалов, представляют собой текстильные структуры, такие как нетканые материалы, трикотаж, тюль, вязаные материалы, плетеные изделия, сетчатые материалы из волокон или пряжи, или разрезанных на ленты пленок. Возможны также пленки или мембраны, предпочтительно пористые, перфорированные или плетеные структуры. Несущая структура выполняет механические функции, такие как улучшение прочности на разрыв листового материала и, как фактор, определяет степень гибкости и проницаемости потока. Она может быть выполнена в форме теплового или электрического проводника, например, в виде резистивной нагревательной, пластически деформируемой матрицы или иначе в полностью гибкой форме. При применении электрических проводников или полупроводников может быть использован эффект Пельтье, а также эффект накопления тепла РСМ материалов. Отдельное расположение полимерсвязанных литых изделий из РСМ полимера, а также растяжимость и адаптивность несущей структуры, особенно в случае структуры с крупными отверстиями, обеспечивает размерную стабильность гибкого листового РСМ материала даже при фазовом переходе РСМ. Литые изделия из РСМ полимера прочно сцеплены, связаны или сплавлены с несущей структурой, и закреплены на поверхности или частично проникают в несущую структуру.
Материал и конструкция несущей структуры определяют тот факт, имеет ли РСМ листовой материал открытую структуру, с которой может быть сплавлен РСМ или которая дополнительно усиливает его фиксацию, запирающую волокна. Проницаемость потока также облегчает связь с другими формованными элементами, например, посредством заливочной смолы или адгезива. Размер РСМ элементов является фактором при определении гибкости, тогда как для теплопередачи/накопления тепла важна, главным образом, толщина РСМ материала и слоя РСМ. На теплопередачу также может влиять выбор материала несущей структуры, например, с применением теплопроводных материалов, или иначе посредством регулирования проницаемости потока через листовой материал. Проницаемость потока жидких и газообразных теплопроводных сред (воды, теплоносителя, воздуха и т.д.) через указанный РСМ листовой материал и продукты, полученные из него (в форме штабеля, рулона и т.д.), в соответствии с настоящим изобретением может быть точно подобрана требуемым образом посредством регулирования плотности упаковки формованных РСМ элементов, продольного расстояния между фиксированными формованными РСМ элементами, расстояния между множеством слоев РСМ листового материала, а также геометрической структуры самих формованных элементов. Из гибких РСМ листовых материалов получают, соответственно, РСМ продукт, который, во-первых, сохраняет размерную стабильность при тепловых нагрузках в температурном диапазоне фазового перехода, во-вторых, может быть сложен, смотан, скручен или разрезан до необходимого размера для любого из множества конструкционных применений РСМ материалов, и который вследствие своей геометрической структуры носителя с литыми элементами из РСМ полимера, по отдельности расположенными на ней, может, в частности, обеспечивать беспрепятственное прохождение потока воздуха, воды и/или другой среды теплоносителя во время нагрузки и разгрузки накопленной тепловой энтальпии в РСМ листовом материале. В соответствии с настоящим изобретением, возможность складывания или скручивания листов РСМ листового материала облегчена с помощью РСМ формованных элементов, прочно зафиксированных на несущих листовых материалах с точной геометрией, предпочтительно в линейном ряду с небольшим расстоянием между кромками. РСМ листовой материал, который согласно настоящему изобретению предпочтительно получают в форме непрерывных листовых материалов с формованными РСМ элементами, предпочтительно разрезают до соответствующего размера вдоль промежуточных интервалов в указанных рядах формованных РСМ элементов. Однако даже деструктивное разрезание литых элементов из РСМ полимера не приводит к какому-либо вытеканию РСМ материала и, следовательно, не приводит к ухудшению качества при применении. Чем меньше расстояние литых элементов из РСМ полимера друг от друга, тем выше теплоемкость. Указанное расстояние должно быть не менее 0,5 мм, поскольку иначе могут возникать ситуации прилипания поверхности литых элементов из РСМ полимера друг к другу при хранении, особенно при превышении температуры фазового перехода. Доказано, что расстояние 2 мм является оптимальным с точки зрения изготовления и применения.
Предпочтительно, толщина (высота) не должна превышать 5 мм, и более предпочтительно указанная толщина составляет 5 мм, если для конкретного применения не требуется иное. До 5 мм РСМ может быть практически полностью использован в термическом отношении; при высоте более 5 мм он уже не участвует в процессе энергообмена, что обусловлено охлаждением поверхности сторон и более слабой теплопроводностью.
Пластифицированная масса полимерсвязанного материала с фазовым переходом содержит по меньшей мере 2 несущих полимера, выбранных из группы стиролсодержащих блок-сополимеров, предпочтительно стирол-этилен-бутадиен-стирольных блок-сополимеров и/или стирол-этилен-пропиленовых блок-сополимеров (SEBS и SEEPS, соответственно), а также содержит не содержащий стирола компонент, выбранный из группы полиолефиновых сополимеров со статистическим распределением, предпочтительно компонент этилен-бутиленового сополимера. Компонент полиолефинового сополимера имеет высокую степень кристалличности, предпочтительно в диапазоне от 15 до 30%. Содержание этилена предпочтительно составляет от примерно 35 до 45% по массе, более предпочтительно примерно 40% по массе. Указанная масса обладает низкой температурой плавления (предпочтительно от примерно 70 до 90°С, более предпочтительно от 75 до 85°С, которую в каждом случае определяют с помощью ДСК при скорости нагревания 10 К/мин.) и также низкими значениями вязкости (ПТР при 230°С под нагрузкой 2,16 кг предпочтительно составляет от примерно 0,5 до 5,0 г/10 мин., по результатам определения в соответствии с DIN ISO 1133). Молярная масса предпочтительно составляет от 250000 до 500000 г/моль. Одна из целей заключается в минимизации температуры переработки литьевого соединения, предупреждении испарения РСМ материала при нанесении на несущую структуру. Температура переработки литьевого соединения составляет 100-140°С, предпочтительно примерно 120°С. Стиролсодержащие блок-сополимеры с концевыми гидроксильными группами используют, в частности, если рассматриваемые РСМ материалы являются полярными материалами, которые сами имеют гидроксильные и/или карбоксильные группы.
Доля стирольных блоков в стиролсодержащих блок-сополимерах обычно составляет от примерно 25 до 35% по массе, предпочтительно примерно 30% по массе. При использовании в стирольных блок-сополимерах стиролсодержащего блок-сополимера с концевыми гидроксильными группами, в соотношении от 3 до 35% по массе, получают РСМ полимерную смесь, которая препятствует выходу или вытеканию РСМ компонентов, таких как природные и синтетические парафины, низкоплавкие алканы, жирные спирты, жирные кислоты, длинноцепочечные простые диалкиловые эфиры, полиэтиленгликоли, высококристалличные ПЭ воски, которые улучшают адгезию РСМ полимерной смеси к обычным полярным несущим структурам и которые в то же время ускоряют гомогенное внедрение определенных неорганических добавок, таких как металлы или оксиды металлов, предпочтительно оксид цинка, или таких как графит, технический углерод и многостенные углеродные нанотрубки, а также органических добавок в РСМ полимерную смесь. Указанные добавки используют для улучшения теплопроводности и, следовательно, теплообмена. Кроме того, плотность РСМ может быть подобрана с применением оксидов металлов, чистых металлических порошков, керамических материалов и т.д., которые имеют существенно более высокую плотность, чем 1 г/см3. Это необходимо для применений, в которых РСМ (плотность примерно 0,9) не должен плавать в жидкой среде (например, воде). Другие возможные добавки включают термохромные красители (предпочтительно в концентрации о 0,1 до 3% по массе), которые действуют в температурном диапазоне фазового перехода и указывают на ход и/или однородность процесса фазового перехода. Дополнительные возможные добавки включают огнезащитные добавки в РСМ и/или в матрице.
Другой эффект полярных концевых ОН-групп в стиролсодержащих блок-сополимерах заключается в улучшенной гомогенизации добавок, более конкретно оксида цинка, технического углерода, графита или углеродных нанотрубок, в других несущих полимерах несущей полимерной композиции. При применении еще меньших количеств, от 3 до 8% по массе полиолефиновых сополимеров в матричной смеси несущих полимеров, при получении РСМ полимерных соединений возможна гораздо более низкая температура переработки, а также при реальном нанесении литых элементов из РСМ полимера на текстильные несущие материалы в соответствии с настоящим изобретением. С другой стороны, указанные сополимеры обеспечивают более значительное увеличение объема всей полимерной матрицы при температуре фазового перехода РСМ, которое меньше в случае чистых стиролсодержащих триблок-сополимеров. Эффект более значительного увеличения объема полимерной матрицы при температуре фазового перехода заключается в снижении просачивания сжиженного материала с фазовым переходом. Отношение стиролсодержащих блок-сополимеров к полиолефиновым сополимерам может варьироваться в диапазоне от 10:1 до 1:1 и предпочтительно составляет от 4:1 до 2:1.
Для дополнительного улучшения характеристик просачивания материала с фазовым переходом и для получения более приятной на ощупь поверхности литые элементы из РСМ полимера могут быть покрыты тонким растяжимым слоем в форме пленки или фольги или тканым материалом. Он может представлять собой слой полимера, металла или керамического материала. Толщина покрытия составляет от 3 до 10 мкм. В данном контексте особое предпочтение отдано слою фольги из полиамида Ultramid 1С.Предварительное травление поверхности бутадиеновой части несущего полимера с помощью раствора перманганата щелочного металла приводит к очень хорошей адгезии пленки Ultramid 1С на литые элементы из РСМ полимера.
Кроме того, настоящее изобретение относится к гибким РСМ листовым материалам, которые могут быть сложены и скручены для получения геометрических объемных элементов или многослойных материалов из текстильных РСМ листов, через которые может легко проходить воздух, вода или другой жидкий теплоноситель вокруг РСМ полимерных единиц, так что связывание и высвобождение тепловой энергии происходит очень быстро. Указанные гибкие РСМ листовые материалы состоят из 1-10% по массе несущих структур и 90-99% по массе полимерсвязанного материала с фазовым переходом. Полимерсвязанный материал с фазовым переходом содержит от 10 до 30 мас. % несущих полимеров и от 7 0 до 90 мас. % РСМ. Полимерсвязанный материал с фазовым переходом может дополнительно содержать от 5 до 2 5% по массе органических и/или неорганических добавок в пересчете на массу общего литьевого материала, состоящего из РСМ, полимеров и добавок.
При температуре фазового перехода материала с фазовым переходом гибкие листовые РСМ материалы согласно настоящему изобретению имеют энтальпию накопления тепла до 250 Дж/г и массу на единицу площади от 1 до 4 кг/м2. Массу на единицу площади определяют по промежуткам между точками отлива РСМ полимера на несущей структуре, по высоте отлитых полимерных элементов, по природе и количеству используемых добавок, а также по чистой массе самой текстильной несущей структуры. Энтальпия накопления тепла существенно зависит от природы используемого РСМ, от содержания РСМ в полимерсвязанном РСМ, а также от несущей структуры (материала и массы) и от массы на единицу площади полимерсвязанного РСМ материала, и от толщины (высоты) литых элементов из РСМ полимера. Энтальпия накопления тепла на единицу площади РСМ листового материала может составлять до 1000 кДж/м2.
Полезный эффект настоящего изобретения заключается в том, что в форме его получения, РСМ листовой материал остается перманентно эластичным и формуемым. Посредством изменения расположения, толщины частиц и формы РСМ элементов, прочно связанных с материалом матрицы, можно определить радиус сворачивания и емкость накопления тепловой энергии.
Указанные гибкие листовые материалы, снабженные РСМ полимером, подходят для накопления и регуляции тепла и холода, особенно при обустройстве зданий (охлаждающие панели), теплопоглощающих применениях в электротехнике, регуляции тепла/холода в транспортных конструкциях, для однослойных или многослойных обшивок трубопроводов, в качестве внутренних элементов в трубах, боксах и т.д., навивки и/или укладки в плоские слои поверх друг друга, через которые проходят потоки воздуха или воды. Применения включают, например, поддержание температурных условий воздуха. Уложенными в штабеля или свернутыми в рулон (для труб) листовыми материалами наполняют соответствующие контейнеры, которые действуют как теплообменники. Дополнительные возможные применения заключаются в теплопроводности относительно больших поверхностей, например, на механизмах. Их конструкции могут быть смонтированы легко и под любым углом, вокруг любой кривой и т.д.
Благодаря материалу и конструкции несущей структуры можно внедрить дополнительные функции.
Помимо механической стабилизации, при использовании металлических несущих структур существует возможность накапливать «тепло» или «холод» в РСМ с помощью электрорезистивного нагревания и/или эффекта Пельтье.
В частности, благодаря размерной стабильности текстильной несущей структуры в температурном диапазоне фазового перехода РСМ полимерной смеси, нанесенной на структуру носителя, можно компенсировать в ином случае обычные недостатки чистых РСМ полимерных пленок и РСМ полимерных пластин, где всегда присутствует нежелательное растяжение и деформация в области фазового перехода.
Для иллюстрации изобретения описание представлено в сопровождении 4 чертежей.
На фиг. 1 схематически представлена сетчатая несущая структура (1), имеющая кубоидные литые элементы (2) из РСМ полимера, расположенные параллельными рядами с постоянным, определенным расстоянием между кромками. Можно видеть, что ввиду отдельного расположения литых элементов из РСМ полимера и конструкции несущей структуры сохраняется высокая способность прохождения жидкостей и газов. На фиг. 2 форма литых элементов (2) из РСМ полимера является цилиндрической, и цилиндрические литые РСМ элементы снова расположены параллельными рядами относительно несущей структуры. На фиг. 3 представлено схематическое изображение поперечного сечения через несущую структуру (3) с нанесенными литыми элементами (2) из РСМ полимера в варианте связывания адгезивом (например, волокна природных/синтетических волокон, структуры с открытыми порами). Связывание адгезивом относится к способности полимерсвязанного РСМ материала к физической адгезии с поверхностями волокон на жидком расплаве, и другими словами - к способности подвергаться связыванию с матрицей на поверхности вплоть до точки полного или частичного проникновения, в зависимости от материала несущей структуры. На фиг. 4 представлено схематическое изображение варианта, в котором нанесенные литые элементы (2) из РСМ полимера окружают волокна (3), которые образуют несущую структуру (положительное соединение). Пластифицированная масса полимерсвязанного материала с переходом фаз может проникать в пустоты несущей структуры.
Пример 1:
Используя двухшнековый экструдер ZSE 4 0 (производства компании Leistritz) с соотношением l/d 52:1, сначала получали гранулы РСМ полимера из следующих исходных материалов:
- 80% по массе РСМ материала (простой эфир Nacol® 12 производства компании Sasol GmbH, длинноцепочечный простой диалкиловый эфир с т.пл. 32°С)
- 10% по массе стирольного блок-сополимера SEEPS (полистирол-b-поли(этилен-этилен/пропилен)-b-полистирол; ®Septon 4055 производства компании Kuraray Co. Ltd.)
- 5% по массе стирольного блок-сополимера с концевыми группами ОН (Septon®HG 252 производства компании Kuraray Co. Ltd.)
- 5% по массе кристаллического этилен-бутиленового сополимера (типа 6201 В производства компании JSR Dynaron).
Экструзионную головку соединяли через крепежную плиту с режущей головкой подводного гранулятора Gala (Gala Inc.). Получали гранулы диаметром от 4 до 5 мм.
Емкость накопления теплоты полученных гранул при температуре фазового перехода РСМ с температурой перехода 32°С составила 215 Дж/г.
Гранулы РСМ полимера высушивали в сушильном шкафу с принудительной подачей воздуха при комнатной температуре 25°С. Затем полученные гранулы расплавляли в вертикальном одношнековом экструдере при 120°С и подавали расплав полимера РСМ через адаптер на головку, имеющую множество конических кубоидальных или конических цилиндрических отверстий, и расплав полимера РСМ с очень низкой вязкостью отливали через кубоидальные или цилиндрические отверстия на крупноячеистую полиамидную сеть шириной 15 см, расположенную непосредственно литьевой головкой с множеством отверстий. После охлаждения литых элементов из расплава РСМ полимера литьевую головку поднимали и продвигали полиамидную ткань, каждый раз на конвейерной ленте, после чего осуществляли следующую отливку с помощью литьевой головки.
Таким образом получали полиамидную сетчатую ленту с блоками РСМ полимера или цилиндрами РСМ полимера, прочно нанесенными на нее. Минимальное расстояние между блоками РСМ полимера или цилиндрами РСМ полимера составило 1 мм. Высота блоков РСМ полимера или цилиндров РСМ полимера составила 3 мм. Блоки РСМ полимера имели длину кромки 10 мм, а цилиндры РСМ полимера имели диаметр 10 мм. Масса на единицу площади полученной полиамидной ткани, покрытой нанесенными блоками РСМ полимера или цилиндрами РСМ полимера, составила 1950 и 1850 г/м2, соответственно. Емкость накопления теплоты полученных изделий из полиамидной ткани/РСМ полимера составила 200 Дж/г, или, в пересчете на площадь, 390 кДж/м2 и 370 кДж/м2.
Кубоидальные или цилиндрические литые элементы из РСМ полимера были очень прочно прикреплены к тканому полиамидному материалу даже при соответствующей температуре фазового перехода. Полученные маты полиамидной ткани и литых элементов из РСМ полимера, нанесенных на нее (см. фиг. 1 и 2), могут быть смотаны в виде цилиндров или помещены друг на друга в форме множества слоев, и испытания нагрузки теплым воздухом и водой показали, что указанные конструкции матов демонстрируют лишь очень небольшое сопротивление входящему потоку и выходящим тепловым потокам.
Особое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что указанные РСМ листовые материалы в любое время могут быть также деформированы в холодном состоянии с получением свернутых в рулон и уложенных в штабеля изделий даже при использовании литых РСМ элементов с высокой температурой фазового перехода. Жесткость относительно твердых литых РСМ элементов в данном случае не является разрушительным фактором, поскольку РСМ листовые материалы весьма легко поддаются деформации по зазорам между кромками.
В экспериментальной камере несколько образцов указанных матов из полиамидной ткани/PCM материала прочно фиксировали в двух продольных рамках и, таким образом, располагали в непосредственной близости друг под другом. Через экспериментальную камеру пропускали горячий воздух при 40°С для нагрузки матов из полиамидной ткани/PCM полимера теплом и для расплавления РСМ, содержащегося в них (простой эфир Nacol 12) при 32°С. При указанной температуре фазового перехода маты из полиамидной ткани/PCM полимера оставались прочно зафиксированными и не демонстрировали прогиба или провисания, как можно наблюдать в случае относительно толстых РСМ полимерных пленок и РСМ полимерных пластин.
Пример 2:
Таким же образом, как описано в примере 1, сначала получали гранулы из РСМ полимера следующего состава:
- 80% по массе РСМ материала (простой эфир Nacol® 12 производства компании Sasol GmbH, длинноцепочечный простой диалкиловый эфир)
- 10% по массе стирольного блок-сополимера SEBS (полистирол-b-поли(этилен/бутилен)-b-полистирол; Septon 8004 производства компании Kuraray Co. Ltd.)
- 5% по массе стирольного блок-сополимера с концевыми группами ОН (Septon HG 252 производства компании Kuraray Co. Ltd.)
- 5% по массе кристаллического этилен-бутиленового сополимера (типа 6201 В производства компании JSR Dynaron)
в двухшнековом экструдере Leistritz ZSE 40 с последующим подводным гранулятором, затем высушивали и наносили на крупноячеистую полиамидную ткань в одношнековом экструдере, используя специальную литьевую головку.
Затем на полиамидную ткань с нанесенными литыми элементами (кубоидальными или цилиндрическими) из РСМ полимера с обеих сторон посредством разбрызгивания наносили 5% по массе раствор РА (Ultramid 1С) и испаряли избыток растворителя при комнатной температуре. Толщина РА покрытия составила примерно 5 мкм. Доказано, что указанное покрытие является 100% барьером против просачивания РСМ.
Пример 3:
В основном, так, как описано в примере 1, снова получали гранулы полимера РСМ в двухшнековом экструдере Leistritz ZSE 40 с последующим подводным гранулятором, затем высушивали и наносили на крупноячеистую полиамидную ткань в одношнековом экструдере, используя специальную литьевую головку.
В данном случае изменяли состав материала РСМ полимера:
- 70% мас. % РСМ материала (простой эфир Nacol® 16 производства компании Sasol GmbH, длинноцепочечный простой диалкиловый эфир)
- 8% по массе стирольного блок-сополимера SEEPS (Septon 4055 производства компании Kuraray Co. Ltd.)
- 4% по массе стирольного блок-сополимера с концевыми группами ОН (Septon HG 252 производства компании Kuraray Co. Ltd.)
- 3% по массе кристаллического этилен-бутиленового сополимера (типа 6021 В производства компании JSR Dynaron)
- 15 мас. % порошка оксида цинка получали в двухшнековом экструдере Leistritz ZSE 4 0 с последующим подводным гранулятором, затем высушивали и наносили на крупноячеистую полиамидную ткань в одношнековом экструдере, используя специальную литьевую головку.
Оксид цинка не только улучшил теплопроводность с 0,2 Вт/мК (чистое РСМ полимерное соединение) до значения 0,6 Вт/мК, но и обеспечил резкое снижение просачивания парафина при фазовом переходе РСМ. Полученные маты из полиамидной ткани/PCM полимера обеспечивали дополнительным тонким хлопковым покрытием в процессе отделки для соответствия требованиям различных аспектов, связанных с применением.
Емкость накопления теплоты полученных РСМ полимерных гранул составила 175 Дж/г, а теплоемкость полученного листового материала из полиамидной ткани/PCM полимера составила 160 Дж/г. В пересчете на площадь, теплоемкость составила 341 кДж/м2 для литых элементов из ОСМ полимера, имеющих блочную структуру, и 323 кДж/м2 для литых элементов из РСМ полимера, имеющих цилиндрическую структуру.
Пример 4:
Для получения предварительно определенной формы и размеров литых элементов из РСМ полимера, а также емкости накопления теплоты РСМ параметры заполнения несущего материала литыми элементами из РСМ полимера могут быть рассчитаны и представлены в табличной форме. С помощью таких таблиц можно рассчитать конфигурацию заполнения, требуемую для определенного применения. В данном примере расчеты основаны на синтетическом парафине с энтальпией фазового перехода 248 кДж/кг*15 К. Компаундирование приводит к снижению указанной емкости на 20%. Сплошная пластина с высотой 5 мм согласно данной формуле будет иметь емкость 7 94 кДж/м2.
Указанное значение использовали в качестве исходного значения сравнения для расчета остальной фракции.
Например, если необходима емкость 600 кДж/м2 (предварительные параметры: высота: 5 мм, соединение, описанное выше), из таблицы 1 известно следующее:
1. круглая форма основания невозможна
2. квадратная форма основания обеспечивает требуемую емкость при расстоянии 1-2 мм.
3. расчет:
600 (кДж/м2)/198 кДж/кг*15К = 3,03 кг РСМ (с представленными выше характеристиками)
3,03 кг РСМ/0,8 (г/см3) = 3,79 дм3 = 3790 см3
3790 см3/0,5 см3 = 7580 штук
√7580 = 87, округлено до 87
100 (см)/87 = 1,15 мм
Расстояние между литыми РСМ элементами должно составлять 1,15 мм для толщины 5 мм, а длина кромки 1 см для достижения емкости 600 кДж/м2.
В таблице показано, что более высокая емкость на единицу площади может быть достигнута с применением квадратной формы основания. Круглая форма основания обеспечивает более низкую емкость на единицу площади. При расположении в шахматном порядке указанные значения несколько улучшаются, но не достигают значений для квадратной формы основания.
Колонка «Емкость в % относительно сплошного покрытия» указывает неиспользованную емкость для разной геометрии (квадратной или круглой) и размеры расстояний относительно сплошного РСМ слоя. Принято условие высоты литых элементов и высоты РСМ слоя 5 мм; при уменьшении высоты емкость линейно снижается и поэтому не указана в таблице.
При выражении значений загрузки в % существуют слабые скачки. Такие скачки обусловлены тем фактом, что в зависимости от расстояния между элементами совокупные ряды не выходят за пределы края. На практике они могут быть отрезаны механически, и тогда соотношения становятся линейными. Все остальные геометрические формы основания (например, треугольные, прямоугольные и т.д.) в каждом случае входят в диапазоны между значениями для квадратной и круглой формы в отношении использования загрузки на единицу площади и поэтому они дополнительно не перечислены в таблице.
Изобретение относится к гибким листовым материалам из РСМ с большой плотностью накопления скрытой тепловой энергии для применения при регулировании тепловой энергии. Гибкий листовой материал из РСМ содержит гибкую двухмерную несущую структуру и элементы из материалов с фазовым переходом, по отдельности расположенные на ней в определенном геометрическом порядке, где материал с фазовым переходом связан по меньшей мере двумя полимерами, из которых по меньшей мере один полимер выбран из группы стиролсодержащих блок-сополимеров, и по меньшей мере один полимер выбран из группы не содержащих стирола этилен/бутиленовых сополимеров, где листовой материал является стабильным по размерам даже при фазовом переходе, имеет емкость накопления скрытой тепловой энергии от 100 до 250 Дж/г и/или от 300 до 1000 кДж/м2 и может быть переработан с получением свернутой, сложенной, смотанной, разрезанной до некоторого размера или многослойной формы. Изобретение обеспечивает создание РСМ материалов с высокой емкостью накопления скрытой тепловой энергии и оптимизированной теплопроводностью, которые являются стабильными по размерам даже при изменении температуры и после фазового перехода, их легко транспортировать, хранить, обрабатывать или применять в форме одного слоя или в многослойной форме. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.,1 табл., 4 пр.
1. Гибкий листовой PCM материал с высокой емкостью накопления скрытой тепловой энергии, характеризующийся гибкой 2-мерной несущей структурой, имеющей расположенные по отдельности, геометрически определенные структуры из полимерсвязанного материала с фазовым переходом, нанесенные на ее поверхность и прочно связанные с несущей структурой, где материал с фазовым переходом связан по меньшей мере двумя полимерами, из которых по меньшей мере один полимер выбран из группы стиролсодержащих блок-сополимеров, и по меньшей мере один полимер выбран из группы не содержащих стирола этилен/бутиленовых сополимеров, где указанный листовой материал является стабильным по размерам даже при фазовом переходе, имеет емкость накопления скрытой тепловой энергии от 100 до 250 Дж/г и/или от 300 до 1000 кДж/м2 и может быть переработан с получением свернутой, сложенной, смотанной, разрезанной до некоторого размера или многослойной формы.
2. Гибкий листовой РСМ материал по п. 1, отличающийся тем, что несущая структура содержит сети, нетканые волокна, трикотаж, вязаные материалы, плетеные структуры из волокон или пряжи, или разрезанных на ленты пленок, пленки или мембраны и предпочтительно содержит сети, имеющие большой размер отверстий или пористые, или плетеные структуры.
3. Гибкий листовой РСМ материал по п. 2, отличающийся тем, что материал несущей структуры содержит полиамид, сложный полиэфир, полипропилен, целлюлозу, углерод, металл, стекло, природные волокна или смеси указанных материалов.
4. Гибкий листовой РСМ материал по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он содержит от 1 до 10% по массе несущей структуры и от 90 до 99% по массе геометрически определенных структур из полимерсвязанного материала с фазовым переходом, нанесенных на указанную несущую структуру.
5. Гибкий листовой РСМ материал по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что полимерсвязанный материал с фазовым переходом содержит от 10 до 30% по массе несущих полимеров и от 90 до 70% по массе материала с фазовым переходом.
6. Гибкий листовой РСМ материал по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что он содержит от 5 до 20% по массе неорганических или органических добавок от общей массы литого материала.
7. Гибкий листовой РСМ материал по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что он имеет поверхностное покрытие в виде слоя толщиной от 3 до 10 мкм из полимерного, металлического или керамического материала, или покрыт текстильным полотном, содержащим указанные материалы.
8. Гибкий листовой РСМ материал по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что масса на единицу площади полимерсвязанного материала с фазовым переходом составляет от 1 до 4 кг/м2.
9. Гибкий листовой РСМ материал по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что он является проницаемым для потока жидкого или газообразного теплоносителя.
10. Способ получения гибких листовых РСМ материалов с высокой емкостью накопления скрытой тепловой энергии по любому из пп. 1-9, характеризующийся тем, что пластифицированную массу полимерсвязанного материала с фазовым переходом прочно фиксируют в геометрически определенных структурах на несущем материале типа ткани, где сжиженный в расплаве полимерсвязанный материал с фазовым переходом наносят на несущий материал в виде отдельных элементов сферической, квадратной, прямоугольной или многоугольной формы, имеющих толщину от 1 до 10 мм, предпочтительно от 1 до 5 мм, посредством формования, разбрызгивания, шпредирования или отлива без давления с помощью формующего устройства в непрерывном или периодическом процессе.
11. Применение гибкого листового РСМ материала по любому из пп. 1-9 для накопления тепла и холода и для терморегуляции, особенно при обустройстве зданий, в качестве теплоотвода в электротехнике, регуляции тепла/холода в транспортных конструкциях или для однослойных или многослойных обшивок трубопроводов.
| US 2012064327 A1, 15.03.2012 | |||
| US 2011193008 A1, 11.08.2011 | |||
| US 2006124892 A1, 15.06.2006 | |||
| US 6319599 B1, 20.11.2001. |
