热变色复合材料的创新研究.docx
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1、 热变色复合材料的创新研究 李昱澍【摘要】以PP蜡为载体,将可逆热致变色材料和PP蜡混合,以共熔的方式制得变色材料。我们尝试于热变色复合材料中加入导热材料,提高其变色速率等相关性质。本文课题对制得的变色储能材料的各个性能进行检测。我们对样品进行色差检测,根据实验样品的变色范围来确定变色性能的稳定性,根据变色时间的快慢来判定材料的灵敏度完成以上三项检测之后,选择出变色性能稳定、灵敏度高、储能性能好、储能效果强和包裹性完整的实验样品。根据所制得热变色材料性质与优势,尝试将热变色复合材料用于生活中贴片、手机壳等方面,优化我们的生活。【关键词】热致变色材料 聚丙烯蜡 导热填料TB34 A 2095-3
2、089(2018)19-0230-021.前言现实生活中,许多火灾是由于插线板等电器短路过热引起的,插线板会由于老化而造成短路发热,甚至引起火灾。插线板短路过热检测成了一个现实性的难题。本课题就是基于这个问题展开实验的。热变色材料可以作为贴片直接应用于电器上,可以使得电器是否短路过热以一种直观的方式(贴片明显的颜色变化)看出电器是否已超过安全温度,及时做出防护,进而大大减少此类事故的发生。故我们选择热变色材料作为研究课题。本项目中的热变色复合材料基于现有热变色复合材料普遍具有结构支持材料与发色剂结合性差、可塑性差、显色慢、导热性能差等缺陷,进行热致变色剂/导热填料/聚丙烯蜡的新型复合材料的制备
3、以及其性能的检测。本项目的热变色材料发色剂主要是酸碱指示剂,如酚酞等;染色剂通常是一些可以提供电子的弱酸。当温度改变时,发色剂得失质子,使其酸式结构和碱式结构相互转化,引起颜色变化。这类热变色材料颜色的变化通常与各酸碱指示剂的PH值变化范围内的颜色变化一致。是本项目采用的变色剂工作原理即是采用分子间的质子得失,通过酸碱度的变化来显示颜色变化。2.实验方法2.1实验设备实验设备和仪器包括分析天平、磁力加热搅拌器、精密色差仪、烧杯、药匙等。本次实验采用的是德国Sartorius的CP224S型分析天平,德国IKA RCT基本型磁力搅拌器,WF32精密色差仪。2.2实验过程实验材料包括聚丙烯蜡(PP
4、-WAX)(添加铜粉,铝粉,纳米氧化铝,碳化硅作为导热填料)和45热致变色材料(红色及其他颜色)(以红色为例)。本次实验的实验样品的结构支持材料选择聚丙烯蜡(PP-WAX),也就是PP蜡。PP蜡相较于LDPE或者HDPE来讲,PP蜡的熔融度更低,在PP蜡刚刚达到熔点的时候并不是立刻全部开始熔化,而是先膨胀然后再熔化,以PP蜡为载体做成的实验样品的稳定性更高;当PP蜡熔化之后润滑性和分散性很好,有利于实验样品制取过程中各组的充分混合,在进行后续实验时,样品的均匀性才能得以保证。本次实验的感温变色材料选择的是45热致可逆变色材料(红色),是一种微胶囊,当周围环境的温度反复变化的时候微胶囊的颜色也随
5、之反复变化。微胶囊最重要的就是外壳的完整性,一旦外壳被破环,微胶囊的性能也就随之改变。当温度低于变色温度时微胶囊的颜色不变,当温度达到变色温度时微膠囊的颜色迅速转变为无色,当温度重新降到变色温度时微胶囊颜色又由无色变为原来的颜色。本次实验的导热填料使用了铜粉、铝粉、纳米氧化铝和碳化硅。铜粉是红黑色粉末,熔点为1083,沸点为2595,符合实验的温度需求,此外铜粉活动性较低,比较安全。铝粉是白色粉末,熔点为685,沸点为2065,符合要求,但铝粉较活泼,在空气中极易被氧化且可能引发爆炸,因此做实验时应注意安全措施。纳米氧化铝熔点高,活性较低,比较安全。碳化硅为黑色粉末,升华点约为2700,硬度大
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