基于HDPE/PLA共混相变材料的太阳能炊具热储能效率优化研究

针对太阳能炊具间歇供能难题，研究人员创新性地开发了HDPE/PLA共混相变材料（PCM）。通过优化配比（50wt% HDPE/40wt% PLA的F3复合材料），实现了94.9 J/g的高潜热值和0.55 W/m·K的导热系数，经1000次热循环仍保持96%性能，为中等温度（133-137°C）太阳能烹饪提供了经济高效且环保的储热方案。

　　

太阳能炊具作为可持续能源解决方案，面临的核心挑战是太阳能的间歇性供应。传统相变材料（PCM）如石蜡（latent heat 200-250 J/g）和无机盐类（>250 J/g）存在导热系数低（<0.3 W/m·K）、相分离或腐蚀性等问题，严重制约实际应用。尤其在中温烹饪需求（100-150^°C）场景下，现有PCM难以兼顾热稳定性、成本效益和环境友好性。

为突破这一技术瓶颈，研究人员开发了高密度聚乙烯（HDPE）与聚乳酸（PLA）的新型共混PCM。通过系统优化配比，发现50wt% HDPE与40wt% PLA组成的F3复合材料表现卓越：其熔融范围（133-137^°C）精准匹配烹饪需求，潜热值达94.9 J/g，导热系数提升至0.55 W/m·K（较纯HDPE提高12%）。加速老化测试表明，经历1000次热循环和600小时紫外线照射后，F3仍能保持96%以上的初始储热能力。有限元建模（FEM）与集总参数热网络模拟的误差仅±4%，验证了材料在实际环境中的可靠性。

技术方法上，研究采用熔融共混法制备复合材料，通过差示扫描量热法（DSC）测定热性能，热重分析（TGA）评估稳定性，并利用红外光谱（FTIR）分析化学相容性。户外实验持续12天，涵盖不同气象条件以验证模拟结果。

研究结果部分显示：

1. 热物性对比：F3的潜热值显著高于聚丙烯（PP，88 J/g），导热系数是传统聚合物PCM的2.5倍。
2. 结构稳定性：PLA的加入有效抑制HDPE的结晶度退化，热循环后仍保持形状完整性。
3. 经济与环境效益：F3的平准化储热成本（LCOSH）较常规PCM降低27-43%，温室气体排放减少24%。

结论指出，HDPE/PLA复合材料通过聚合物协同效应，解决了中温储热领域导热性能与循环稳定性的矛盾。其可回收特性（尤其使用再生PLA时）进一步强化了可持续优势。该研究为离网地区的太阳能烹饪提供了兼具技术可行性和商业潜力的解决方案，相关成果发表于《Next Research》。