بررسي عملكرد حفاظت گرمايي مواد تغييردهنده فاز بر پايه پلي اتيلن گليكول

Thermal Protection Performance of Phase Changing Material Based on Polyethylene Glycol

مواد تغييردهنده فاز موادي با گرماي ذوب زياد هستند كه با ذوب يا انجماد در دماي معين قابليت ذخيره و آزاد كردن مقادير زيادي انرژي را دارند. از اين پديده مي‌توان در كاربردهاي حفاظت گرمايي يا ذخيره انرژي گرمايي استفاده كرد. يكي از روش‌هايي كه براي جلوگيري از نشت مواد تغييردهنده فاز به بيرون از ساختاري كه در آن قرار گرفته‌اند، استفاده مي‌شود، آميخته‌كردن آنها با پليمرهاست. مسيله مهم در اين زمينه انتخاب پليمر مناسب و سازگار با اين مواد به عنوان نگه‌دارنده، درصد بهينه مواد تغييردهنده فاز در بستر پليمر و چگونگي ريزساختار مناسب پليمر و موادتغييردهنده فاز براي كارايي بهتر سامانه حفاظت گرمايي است. در اين پژوهش، اثر پلي‌اتيلن گليكول به عنوان ماده تغييردهنده فازدر بستر اپوكسي، بر حفاظت گرمايي بررسي شده است. آزمون كاربردي ويژه‌اي براي بررسي و مقايسه رفتار دما ـ زمان نمونه‌ها طراحي شد و آزمون‌هاي DSC وSEM براي تعيين و مطالعه گرماي ذوب نمونه‌ها و ريزساختار آميخته‌ها به‌كار گرفته شد. نتايج نشان مي‌دهد، درصد بهينه براي پلي‌اتيلن گليكول 60 درصد وزني است. همچنين، نتايج آزمون كاربردي نشان مي‌دهد، افزايش درصد مواد تغيير فازدهنده سبب بهبود حفاظت گرمايي مي‌شود. نمونه‌هاي حاوي مواد تغييردهنده فاز در مقايسه با نمونه اپوكسي شيب اوليه افزايش دماي كمتري دارند و در ناحيه ذوب مواد تغيير فازدهنده افزايش دما بسيار كاهش مي‌يابد و يك ناحيه جلگه‌اي در نمودار دما ـ زمان ايجاد مي‌كند. اختلاف دما با نمونه اپوكسي در اين ناحيه براي نمونه 60 درصد وزني پلي‌اتيلن گليكول در حدود ?C‌15 است و زمان تاخير افزايش دما (تا ?C‌60) نسبت به نمونه اپوكسي در حدود min 22 است.

Phase change materials (PCM) are substances with a high heat of fusion which, through melting and solidifying at certain temperatures, are capable to store or release a large amount of energy. This phenomenon can be utilized in designing heat protective materials as well as in thermal energy storage systems. One of the approaches to avoid materials leaching from a structure, where PCMs are incorporated, is to blend them with suitable polymers. To have a proper blend it is necessary to choose a compatible polymer with a PCM. It is important to assess the optimized concentration of PCM in polymer matrix and the phase structure and morphology of the blend, which causes the best heat protection. In this work, the influence of polyethylene glycol (PEG) as PCMs in epoxy resin matrix on heat protection was investigated. A special performance test was designed to study timetemperature behavior of the prepared samples and DSC and SEM tests to observe the melting point, heat of fusion and morphology of the samples. The results indicated that increases in PCM content led to better heat protection and the best concentration for PEG was found to be 60% wt. Time-temperature curves show that increases of temperature for PCM samples is very slow compared with net epoxy sample. PCM samples curves show plateau in melting region. In this region, they show nearly 15°C temperature lower than a net epoxy sample. The plateau region makes a delay time in temperature increment, which is about 22 min for PEG samples compared with a net epoxy.