稻秆TNa2SO4定形相变板材的制备及性能.pdf

全国中文核心期刊 钎 癯 盍 巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 稻秆 N a 2 S O 4 定形祖变板材的制备及性能 唐正生 侯贵华 史世英 s 1 常州大学 材料科学与工程学院 江苏 常州2 1 3 0 0 4 2 江苏省新型环保重点实验室 江苏 盐城2 2 4 0 5 1 3 苏州市世好建材新技术工程有限公司 江苏 苏州2 1 5 1 2 8 摘要 将浸渍有 N a 2 S O 的稻秆与特定组成的硅酸盐水泥浆体拌合 再经模压制得定型相变板材 测试了该板材的拉伸强度 隔热及燃烧性 能等 用 S E M观察 了该板材 的显微形貌 结果表 明 稻秆能装载 自身质量 4倍 的 N a S O 1 0 H2 0 板材的拉伸 强度为 0 9 6MP a 经 3 0次相变循环后质量损失为 1 8 7 燃烧等级达 GB T2 4 0 8 1 9 9 6的 F H 一 l级 对于稻秆相变板材 在其受热面温度为 8 0 冷面起始 温度为 1 4 5 条件下 冷 面达 到 2 5 的时间为 1 7 h 比插 入未加 N a 2 s 0 的稻秆板材延 长了 5 h 当受热持续保 持 5 h后 其冷面温度仅上升 2 7 若 以该板材为墙体材料 即使在夏天 在 无制 冷条件下室 内温度 可基本不变 具有显 著的节能及改 善人居环境 的效果 关键词 相变材料 N a S O 1 0 H 2 0 稻秆 隔热材料 板材 中图分类号 T U 5 5 1 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 7 0 2 X 2 0 1 2 0 2 一 0 0 5 8 0 4 P r e p a r a t io n a n d p e r f o r ma n ce o f r ice s t r a w s N a S O I s h a p e d p h a s e ch a n g e a t e T ANG Z h e n g s h e n g HOU Gu ih u a 2 s m s 1 S ch o o l o f Ma t e ri a l s S cie n ce a n d En g in e e ri n g Ch a ng z h o u Un iv e r s it y C ha n g z ho u 2 1 3 0 0 4 J ia n g s u Ch in a 2 Ke y L a b o r a t o r y f o r Ad v a n ce d T e ch n o l o g y in En v ir o n me n t a l P r o t e ct io n o f J ia n g s u P r o v in ce Ya n ch e n g 2 2 4 0 51 J ia n g s u Ch in a 3 S u z h o u S h ih a o Bu il d in g Ma t e ri a l s Ne w Te ch n o l o g y En g in e e ri n g Co L t d S u z h o u 2 1 5 1 28 J ia n g s u Ch in a A bs t r act S h a p e d p h a s e ch a n g e p l ate wa s s u cce s s f u l l y p r e p a r e d b y imp r e g n a t in g Na S O4 s o l u tio n in ri ce s t r a ws us in g Po r t l a n d ce me n t a s t h e ce me n t in g a g e n t f o l l o we d b y co mp r e s s io n mo l d in g T h e p r o p e rtie s o f t h e p l ate l ik e t e n s il e s t r e n g t h in s u l a t io n p e rfo r ma n ce fl a me r e t a r d a n t p r o p e r t i e s a n d S O o n w e r e t e s t e d and t h e mi cr o s t r u ct u r e o f t h e plat e w e r e a l s o s t u d ie d by s ca n n i n g e l e ct r o n mi cr o s co p y S E M T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e rice s t r a w s i n t h e pla t e ca n e n ca p s u l a t e 4 time s N a 2 S O 4 1 0 H 2 0 i n ma s s t e n s i l e s t r e n g t h of t h e p l a t e w a s O 9 6 MPa Af t e r 3 0 cy cl e s o f p h a s e ch a l a g e t h e ma s s l o s s wa s 1 8 7 a n d the b u r n in g d e g r e e wa s F H一1 s p e cifi e d in s t an d a M GB T 2 4 0 8 1 9 9 6 F o r s h a p e d p h a s e ch a n g e plate w h e n t h e h e a t e d s u r f a ce t e mp e r a t u r e w a s 8 0 o C a n d t h e i n i tia l co l d s u r f a ce t e mp e r a t u r e w a s 1 4 5 the n e e d e d t i me f o r the co l d s u rf a ce t e m p e r a t u r e r is i n g t o 2 5 w a s 1 7 h w h i ch w e r e 5 h l o n g e r t h a n rice s t r a w plate s w i t h o u t imp r e g n a t in g Na S O s o l u ti o n Whe n the h e a t in g h a d ma inta in e d f o r 5 h the co l d s u rfa ce t e mp e r a t u r e in cr e a s e d b y o n l y 2 7 Th is r e s u l t r e fl e ct s t h a t it is s ignifica n t in e n e r gy s a v in g Wit h the s h a p e d p h a s e cha n g e p l a t e a s the wa l l in g ma t e ri a l s pe o p l e co u l d f e e l co mf o rta b l e in d o o r wit h o u t chil l in g u n it i n s u mme r Ke y wo r d s p h a s e ch a n g e ma t e ria l N a 2 s o 4 1 0 H 2 O rice s t r a ws i n s u l a t i o n mate rials plate 0 前言 建筑能耗约占社会总能耗的2 8 5 t n 因而 建筑节能刻 不容缓 未来建筑的发展方向应该是 理想节能建筑 即 如 基金项 目 2 0 0 9住房和城 乡建设部科研 开发项 目 2 0 0 9 一 K 4 8 江 苏省新 型环保 重点实验室 开放课题基金 a e 2 0 1 1 4 2 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 0 4 作者简介 唐 正生 男 1 9 8 4年 生 安徽肥 西人 硕士研 究生 地址 江 苏 省盐城 市迎 宾大道 9号 E ma i l t a n g z h e n g s h e n g 3 3 1 6 3 co m 5 8 新型建筑材料 2 0 1 2 2 果建筑围护结构的蓄热和隔热性能对室外温度波动产生合适 的衰减和延迟作用 不用采暖和空调即可使室温处于人体舒 适温度区 1 6 2 6 这样的建筑称为被动式理想节能建 筑 相变材料在相变过程中可吸收或放出大量的热量 在相变 温度附近的等效比热很大 其热性能更接近理想节能建筑要 求 国际能源署 I E A 下属机构 E C E S E n e r g y co n s e r v a t i o n t h r o u g h e n e r gy s t o r a g e 己将储热在建筑中的应用作为主要的 研究方向 已有研究表明 可将有机相变材料封装密封在合适 的容器内 再置入混凝土构件中 以提高建筑物结构的热容 从而起到温度调节作用翻 或利用微胶囊化技术将相变材料用 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 唐正生 等 稻g ff N a S O 定形相变板材的制备及性能 天然或合成高分子材料包覆起来 形成直径约 1 1 0 0 m的 球形颗粒 掺入建筑基料中 其发生相变吸收 释放热量来达 到调温效果 3 J 亦可将相变材料熔化再将它封装于膨润土等 具有层状孔结构的物质中 本研究拟将相变材料浸渍与装 载于多孔材料 稻秆中 再用特定组成的硅酸盐水泥为胶 结剂 以进一步封装相变材料 并经模压制得相变定型板材 以期为相变板材提供一条工艺简单 经济的制备新方法 1 试验 1 1 原材料 稻秆 产于江苏盐城 无水硫酸钠 N a 2 S 0 4 分析纯 郑州 派尼化学试剂厂 N H 4 P 0 N H A I 2 P O 均为化学纯 纯度 9 5 美国A m r e s co 生产 硅酸盐水泥熟料 盐城八菱海螺水 泥厂 1 2 试样制备与性能测试 稻秆 稻秆经 自 然晒干 含水率 1 0 5 后 用铡草机铡 碎 并通过5 m m方孔筛 保存备用 胶结剂制备 5 将质量含量为9 8 硅酸盐水泥熟料粉 l N H 4 3 P 0 和 I N H J I P O 混合后制得胶结剂 按水灰比为 0 2 5 制得胶结料浆 定型相变板材的制备 配制 N a 2 S O 饱和溶液 将该溶液 均匀喷撒于碎稻秆上 碎稻秆与溶液的质量比为 1 4 然后 将装载有N a 2 S O 1 0 H O的稻杆与胶结料浆混合 在 8 k P a 压 力下模压成型3 0 0 m m x 3 0 0 m i n x 4 0 m m的板材 即为定型相 变板材 稻秆装载N a 2 S O 溶液能力测试 将碎稻秆浸泡于N a 2 S O 饱和溶液中 至设定时间后取出 用滤纸除去稻秆表面溶液 至无重力水渗出为止 根据稻秆浸泡前后的质量变化 计算 装载N a S O 饱和溶液的能力 用美国F E I 公司的Q U A N T A 2 0 0扫描电镜观察秸秆及板 材的 显微结构 定型相变板材的抗拉强度 燃烧性能分别按 J G 1 4 9 2 0 0 3 膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统 G B f F 2 4 0 8 1 9 9 6 塑料燃烧性能试验方法 水平法和垂直法 进行 测试 耐久性分析 称取定量的定型相变板材 放入5 0 c C 的电 热恒温干燥箱中4 0 m i n 后取出 置于一 5 的冰箱中4 0 m i n 如此循环 直到设定的循环次数 根据质量损失评价其耐久 性能网 隔热性能测试 将定型相变板材置于自 制的隔热性能测 试装置中 见图1 该装置主要由加热装置及保温箱体构成 外侧表面温度控制在8 0 q c 用温度记录仪记录内侧表面温度 随时间的变化 图 1 隔热性能测试 装置不惹 2 结果与讨论 2 1 稻秆的微孑 L 结构及其装载相变材料的能力 稻秆为管状结构 见图2 a 内有互不联通的内腔 内腔 直径大小不均 一般为 1 3 m m 稻秆管壁的显微形貌见图2 b 其内壁与外壁的结构相对致密 在内外壁问为微孔结构 其平均孔隙率达8 3 5 这些微孔可装载大量的相变材料 同时由于微孔的表面效应及致密管壁的毛细效应的共同作用 可起到封装液相相变材料的作用 另一方面 这种多孔结构具 有隔热和吸声作用 因此 它是相变封装材料的优选材料 一 一 a 管状 结构 b 微孔结构 图 2 稻秆的 S E M 图像 定型相变材料中支撑装载相变材料的能力 是评定定型 相变材料的重要性能指标 本研究的指导思想是先将 N a S O 溶解于H 2 0 再将该溶液浸渍于稻秆的孔隙中 较低温度下孔 隙中N a S O 与H 0反应结晶为N a S O I O H 2 0 进一步处理 得到定型相变板材 因此 有必要测试稻秆装载N a S O 溶液 的能力 稻秆吸收N a S O 溶液量随时间的变化如图3 所示 5 O 0 40 0 o 0 2 0 0 1 O 0 O 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 时间 m in 图 3 稻秆吸收 N a S O 溶液量随时间的变化 NE W BUI L DI NG MAT E RI AL S 5 9 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 唐正生 等 稻 f N a z S O 定形相变板材的制备及性能 p 赠 图 6 密闭空间内测试点的温度变化规律 2 7 和4 7 此时对应的冷面与热面的温差分别为5 2 3 和5 0 3 可见稻秆相变板材具有优良的蓄热能力 若用该 板材作为墙体材料 即使在炎热的夏天 在无制冷条件下室内 的温度也不受室外温度的影响 从而使室内呈良好的人体舒 适温度区 3 结语 定型相变板材是由稻杆浸渍 N a E S O 溶液 并以特定组成 的硅酸盐水泥为胶结剂模压而成 秸秆可以装载其自 身质量 4 倍的N a 2 S O 1 0 H 2 0 定形相变板材燃烧等级达到F H 一 1 级 拉伸强度达到0 9 6 M P a 将定型相变板材制作成尺寸为3 0 0 m m x 3 0 0 m m x 4 0 m m 的板材置入热面 冷面均为普通混凝土墙面的隔热性能测试 装置中 在其受热面温度为8 0 冷面起始温度为l4 5 c c条 件下 冷面达到2 5 的时间为 1 7 h 比插入普通稻秆板延迟 7 h 当有相变板材时受热持续保持5 h 和8 h 后 其冷面温度 分别仅上升2 7 和4 7 冷面与热面的温差分别为5 2 3 和5 0 3 q C 因此 该板材具有很好的应用价值 参考文献 l 清华大学节能建筑研究中心 中国节能建筑年度报告 M 北京 中国建筑工业 出版社 2 0 0 8 2 陈美祝 何真 陈胜宏 相转变材料在建筑材料中的应用综述 J 长江科学院院报 2 0 0 4 2 1 1 8 1 0 3 任 晓亮 相变材料微胶囊 的研制及 其在 建筑节能领域 的应 用 D 石家庄 河北工业大学 2 0 0 6 F a n X W X i a C J R i g o b e r t o C e l a 1 I n t e r ca l a t i o n o f p o l y me r iz a t io n in it ia t o r s in t o mo n t mo r illo n it e n a n o p a r t icle p la t e le t s Fr e e r a d i ca l V S a n io n i c i n it i a t o r cla y s J C o l lo i d s a n d S H Y f a ce A P h y s ico ch e m En g As p e ct s 2 0 0 3 21 9 7 5 8 6 T h o ma s N L B ir ch a ll J D T h e r e t a r d in g a ct io n o f s u g ars o n ce m e n t h y d r a t i o n J 1 C e me n t a n d C o n cr e t e R e s e a r ch 1 9 8 3 1 3 6 8 3 0 8 4 2 S e i m ik i o Ka n e o k a k e n j i U r a n o t a d a s h i e t a 1 O il y ma t t e r co n t a in in g h e a t s t o r a g e ma t e r ia l a n d ma n u f a c t u r in g me t h o d t h e r e o f E P 0 4 8 1 5 6 d P 1 9 9 1 刘洪 凤 俞 镇慌 秸秆 纤维性 能 J 东华 大学 学报 2 0 0 2 2 8 2 1 2 3 1 2 7 Pa n t h a p u la k k a l S Z e r e s h k ia n A S a in M P r e p a r a t io n a n d ch a r a c