有機改質膨脹石墨/石蠟高導熱複合材料研製

A study of organically modified expandable graphite / paraffin composites

陳俞斈(Yu-Syue Chen)

指導教授 ： 石燕鳳

朝陽科技大學/理工學院/民生化工產業研發碩士專班/碩士(2012年)

摘要

本研究目標在研製高導熱石蠟複合材料，擬以石蠟(paraffin wax)為基材，導入經酸化與改質處理之膨脹石墨(expandable graphite)導熱添加劑，經由分散技術，使成為具相變化功能之導熱複合材料。希望藉由石蠟高潛熱之快速吸收熱特性，以及高導熱添加劑之快速傳遞熱特性，期望研製具有高導熱值與高潛熱值複合材料。研發之重點為將膨脹石墨化合物等導熱添加劑先經酸化與有機改質等化學處理，使其與石蠟混合時，兩相間之接著性能夠有效提升。步驟為先將膨脹石墨酸化處理，然後進一步以十八烷醇及DCC(Dicyclohexylcarbodiimide)脫水劑進行有機改質之化學處理，在石墨表面接枝上有機烷鏈，使其與石蠟混合時，兩相間之接著性能夠有效提升。結果顯示，從光學顯微鏡中可看出膨脹石墨經由酸化過後顆粒粒徑明顯變小，由SEM分析顯示未改質前石墨在石蠟中的分散性不佳，可明顯看見石墨表面有許多孔洞裸露，而經改質後石墨表面的孔洞則被石蠟覆蓋填平，顯示經改質後可以提高石墨與石蠟的相容性。經由融化及冷卻速率測定之結果顯示，添加改質的膨脹石墨可增進材料之熱傳導速率，因此使得材料的融化及冷卻速率都得到提升。另以含5%未改質與改質膨脹石墨之石蠟複合材做比較，發現加入未改質膨脹石墨時導熱值約0.3 W/m?K，而加入改質膨脹石墨時導熱值則提升至1.4894 W/m?K。且改質膨脹石墨添加量達到30%時，材料的導熱更可提升到8.377 W/m?K，顯示添加有機改質之膨脹石墨的確可有效提升石蠟之導熱性質。因此經由酸化與有機改質處理之膨脹石墨與石蠟所製成之複合材，不僅相容性及穩定性良好，且具備良好之導熱特性。

關鍵字

膨脹石墨 ； 石蠟 ； 熱傳導

並列摘要

As a phase change material (PCM), paraffin has high latent heat, but low thermal conductivity. In this study, expanded graphite (EG) was added into paraffin to form a high thermal conductivity composite material with high latent heat value. Moreover, the EG was organo-modified to improve the compatibility of EG and paraffin. Optical microscope investigation showed that the particle size of expanded graphite (EG) decreased after modification. Thermal conductivity of paraffin (0.30 W/mK) was increased to 8.377 W/mK by adding 30% mass fraction of modified EG. The results also indicated that the heating and cooling times of modified EG/paraffin composites were increased significantly as compared to that of pure paraffin. On the basis of all results, it revealed that the use of modified EG can be considered an effective method to improve the thermal conductivity of paraffin.

並列關鍵字

thermal conductivity ； paraffin ； expanded graphite

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