相變儲能材料的應(yīng)用前景

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國的產(chǎn)業(yè)用紡織品和非織造布得到快速增長，2004年總量已近320萬噸。非織造布也已超過100萬噸，居世界第二位。總量增加的同時(shí)，品種也大幅度增加。這些都得益于技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)。

相變儲能材料是近些年開發(fā)的一種新材料，是利用某些物質(zhì)在特定溫度下，通過相變來吸收或釋放能量。這種材料可制成纖維狀、膠囊狀或其它包覆形態(tài)。纖維狀的可直接進(jìn)行紡織加工，但容納相變材料較少，儲能效果不理想。膠囊狀體積大的容納材料較多，但在實(shí)際應(yīng)用中加工困難，體積小時(shí)，同樣存在包容物不多的問題。其它方式也都存在不同的優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)前研究的重點(diǎn)是尋找儲能效果好、易加工、低成本的物質(zhì)和制造方法。

第一次海灣戰(zhàn)爭期間，由于海灣地區(qū)的高溫和陽光照射，使艦船甲板表面溫度達(dá)到60°C以上。持續(xù)高溫使美軍參戰(zhàn)官兵消耗極大，美軍即緊急要求國內(nèi)提供降溫服裝，Triangle公司很快研究制成了一種含有相變材料大膠囊的茄克，部分解決了甲板士兵的降溫問題。這種茄克經(jīng)過改進(jìn)于2001年用于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的三防服。該茄克可在40°C的氣溫下保持服內(nèi)舒適達(dá)1~2小時(shí)，并且很容易再生，有效延長了美軍作戰(zhàn)部隊(duì)在酷熱條件下的戰(zhàn)地值勤時(shí)間。美國軍方還利用該原理制成了溫度調(diào)節(jié)織物，在海軍低溫干式潛水服、空軍防寒抗浸服、防紅外隱身服裝和陸軍士兵保溫靴襪等方面使用，具有良好的保溫或降溫效果。中國地域遼闊，南北溫差很大，南沙群島駐軍、海軍士兵、三北地區(qū)秋冬季士兵服裝和防化兵士兵以及夏季武警戰(zhàn)士均需要類似的特殊保溫或降溫服裝，年需求量在10萬套以上。

中國已開展相變儲能材料的研究，天津工業(yè)大學(xué)張興祥研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制的熔紡纖維中相變材料微膠囊含量達(dá)到了20wt%，經(jīng)測試在38°C的氣溫下保持內(nèi)部溫度低于30°C達(dá)2.5小時(shí)。目前已試用于我軍新型飛行服和通風(fēng)服等，與俄羅斯同類服裝相比具有更好的保溫性能，同時(shí)還具有明顯的溫度調(diào)節(jié)功能。溫度調(diào)節(jié)服裝在三北地區(qū)軍用保暖服裝以及東南沿海防紅外隱身服等方面有良好的應(yīng)用前景。

這是一類新材料，除在紡織方面應(yīng)用外，還可進(jìn)行余熱回收、能量儲存等。天津工業(yè)大學(xué)研究的相變儲能材料相變溫度為28.2～25.4°C和32.1～28.5°C兩種，儲熱量達(dá)150J/g以上，耐熱和耐水性能良好。研究儲熱量大、適應(yīng)不同相變溫度的相變儲能材料，并且加工制造方便是這一領(lǐng)域的方向，同時(shí)開展應(yīng)用研究可以使這一新材料發(fā)揮更大的作用。