随着大气污染的日益加剧,以石油和煤炭为基础的高污染能源的使用已经受到了限制。在这种背景下,相变储能技术得到了飞速的发展。相变材料(Phase change materials,PCMs)是指当温度变化到一定程度时会发生物相状态的改变并且吸收或释放大量潜热的一类物质。利用相变材料的这种储热特性,可对不连续、不稳定的热量进行充分利用。通过微胶囊技术将相变材料作为芯材制成相变微胶囊,可以克服相变材料在单独使用过程中存在的易泄漏、相容性差和腐蚀性等问题。将相变微胶囊与其他材料进行复合,通过微胶囊芯材的相变行为来调节复合材料周围环境的温度,可以有效提高能源的利用效率。首先,为了克服相变材料在单独使用过程中存在的易泄漏、相容性差和腐蚀性等问题,本课题采用原位聚合法制备了以三聚氰胺-甲醛-尿素树脂为壁材、以正十六烷为芯材的相变微胶囊。通过光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)等分析方法,研究了芯壁比、三聚氰胺质量分数、复合乳化剂配比及用量、乳化速率等因素对于微胶囊形貌、微胶囊热性能以及包覆效率的影响。通过Design Expert 8.0软件,以微胶囊的相变潜热作为响应值,建立了三聚氰胺质量分数、芯壁比、复合乳化剂质量分数的多元回归模型,并得到了响应值和各影响因素的最优水平。正十六烷相变微胶囊的最佳制备条件为:三聚氰胺质量分数为4.8 wt%,芯壁比为1.6:1,复合乳化剂质量分数为1.6 wt%。在此条件下制得的相变微胶囊成圆球形,具有良好的分散性,相变潜热为171.8 J/g,包覆率为86.6%,具有理想的储热性能。但相变微胶囊的导热系数和热扩散率分别只有0.053 W/mK和0.238 m2/s,这限制了相变微胶囊实际应用的效果。为了提升相变微胶囊的导热性能,改善过冷现象。以石墨烯作为改性剂制备了具有理想导热性能、较高相变潜热的石墨烯改性相变微胶囊。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)等分析方法,研究了添加剂聚乙烯醇(PVA)质量分数、氯化钠质量分数、石墨烯质量分数对于相变微胶囊的外貌形态、储热性能、耐热性能、晶型、导热系数以及抗渗透性能的影响。实验结果表明:相变微胶囊普遍呈圆球形,粒径分布较为均匀且具有较好的分散性。石墨烯被成功包覆在相变微胶囊中,且微胶囊的结晶程度高,晶型较为理想。随着石墨烯用量的增大,石墨烯的特征衍射峰逐渐变强。聚乙烯醇(PVA)可以在微胶囊壁材分子链上引入线型的高分子链,提升壁材的柔韧性能。当石墨烯添加量为0.1 wt%时,相变微胶囊的热导率和热扩散系数分别为0.154 W/mK和0.56 m2/s,同比提高了 190.5%和135.3%。此外,添加少量的石墨烯可以减少反应溶液中MUF预聚体分子的自聚合效应,使得囊壁更加的平滑和坚固。再次,通过发泡涂层法将石墨烯改性微胶囊涂覆至织物表面,制得蓄热调温复合织物,探究了微胶囊用量、聚丙烯酸酯(PAE)用量、涂层速率、进气量、烘焙温度和时间等影响因素对于复合织物储热性能、透气性能、机械性能、耐水洗性能的影响。通过Design Expert 8.0软件,以复合织物的相变潜热作为响应值,建立了相变微胶囊质量分数、涂层速率、进气量的多元回归模型,并得到了响应值和各影响因素的最优水平。相变微胶囊复合织物的最佳制备条件为:微胶囊质量分数为19.5 wt%、涂层速率为6.2 m/min、进气量为10.5 L/min。当烘焙温度过低、时间过短时,整理液与织物的交联程度较差,微胶囊易脱落。烘焙温度过高、时间过长时,棉织物易发黄,且能耗增加,最佳的烘焙工艺为160 ℃C×2min。最佳制备工艺下,相变微胶囊复合织物的相变潜热约为76.5 J/g,具有理想的储热性能。最终,通过Fluent有限元软件对石墨烯改性相变微胶囊的蓄热过程及传热特性进行了数值模拟。对石墨烯改性相变微胶囊模型做合理简化处理后建立了二维平面几何模型。之后进行网格划分,设置参数后进行数值模拟。模拟结果展示了不同时刻下石墨烯改性相变微胶囊模型在液化过程中温度场以及固液相性的分布状态。当芯材的液化范围进入到石墨烯区域时,由于石墨烯具有极强的导热性能,可以迅速的将热量传导至周围的固相芯材中,从而加速了芯材的液化速率。模拟探究了改性剂的导热系数以及改性剂的添加量对于相变微胶囊芯材储热过程的影响。结果表明,改性剂的导热系数以及添加量显著的影响了芯材的液化速率。当改性剂的导热系数设置3500 W/mK时,芯材完全液化所需的时间为7400 ms,与不添加改性剂的芯材相比缩短了 60.2%。当石墨烯改性剂的体积分数设置为12%时,芯材完全液化所需的时间为6200ms,与不添加改性剂的芯材相比缩短了 66.7%,这证实了石墨烯改性剂对于芯材储热过程的促进作用。在此基础上,分别建立了改性剂导热系数和用量与芯材完全液化时间的回归模型,为相变微胶囊改性材料的筛选和用量提供了参考,为改性相变微胶囊储热性能的预测提供了理论支持。