[發明專利]高導熱納米碳纖維改性瀝青制備方法

在審

• 申請號: 201910756243.0
• 申請日: 2019-08-14
• 公開（公告）號: CN110484007A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 許濤;范素穎;李池璇;袁峻
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C08L95/00
• 分類號: C08L95/00;C08K9/02;C08K7/06;D06M11/83;D01F9/22;D06M101/40
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本發明是一種高導熱納米碳纖維改性瀝青制備方法，屬于瀝青路面材料制備領域，解決目前僅考慮直接選用納米碳纖維作為改性劑、未考慮利用高導熱納米碳纖維來制備改性瀝青的問題。本發明首先利用聚丙烯腈、N，N?二甲基甲酰胺、鹽酸羥胺溶液、氯化銅溶液，采用靜電紡絲法制得聚丙烯腈納米纖維，經高溫炭化、原位還原制得具有高導熱性能的銅/納米碳纖維，然后將其逐漸加至160℃的瀝青中并用高速剪切乳化機剪切1小時，得到改性瀝青，最后用快速導熱系數測定儀測定成型的改性瀝青光滑圓柱形試樣的導熱系數，以確定銅/納米碳纖維的最佳摻量。本發明制備的高導熱納米碳纖維改性瀝青可用于瀝青路面的建設，提高冬季融雪化冰效率，保證出行人員安全。

技術領域

本發明是一種高導熱納米碳纖維改性瀝青制備方法，屬于瀝青路面材料制備領域。

背景技術

瀝青路面具有油耗低、噪音小、抗滑性好、車輛磨損小等優點，已被廣泛應用于公路、城市道路、橋面鋪裝及機場跑道。我國高速公路中90％以上采用瀝青路面。然而，我國幅員遼闊，冬季我國疆域普遍存在的道面積雪結冰問題，不僅降低了瀝青路面行駛的安全性，更嚴重影響了國民經濟的正常運行秩序，造成了巨大的經濟損失。為解決嚴峻的冬季道面積雪結冰問題，最初采用撒鋪氯鹽融雪或撒鋪碎石顆粒增大摩擦力，但很容易導致二次結冰或融雪后道面不安全的問題。

在此背景下，導電、導熱瀝青路面這類主動除冰融雪技術應運而生。傳統的導電、導熱瀝青路面一般以石墨、炭黑、鋼纖維、碳纖維、鋼渣等材料作為填料，雖取得一定效果，但仍存在對瀝青混合料路用性能產生不利影響、機理尚不明確等問題。隨著納米材料的發展，以納米碳纖維為代表的新興功能性材料在土木工程領域得到應用，可通過添加高導熱納米碳纖維來提高瀝青及瀝青混合料的導熱性能。納米碳纖維作為一種典型的納米改性纖維，具備較高的強度和楊氏模量，較好的導電、導熱、熱穩定性及極好的表面尺寸效應。

納米碳纖維結構細長，在平行于軸線與垂直于軸線方向上的導熱性表現非常不同，納米碳纖維平行于軸線方向的熱傳導性可以與具有最高的熱傳導率的金剛石相媲美，而垂直于軸線方向上，熱傳導率又非常小，利用這個特點，可在瀝青中適當排列納米碳纖維，以獲得良好的各向異性熱傳導材料。此外，納米碳纖維直徑在50～200nm內而長度較長，是典型的一維納米結構，當將納米碳纖維作為瀝青改性劑時，納米碳纖維會在其中形成導熱網鏈。同時，納米碳纖維的存在促進了纖維之間的接觸，使纖維在熱流方向對齊，導熱系數增加。綜合以上優勢，將納米碳纖維作為改性劑時，改性瀝青的導熱性能將大大提高。

為了提高納米材料改性瀝青的導熱性能，研究者們選用導熱性能較好的納米碳纖維作為改性劑，利用電磁感應導熱技術或微波加熱技術來進行道路的融雪化冰。但在制備改性瀝青時，研究者們一般直接向瀝青中加入納米碳纖維制備納米碳纖維改性瀝青，并未考慮制備高導熱納米碳纖維作為改性劑，來制備高導熱納米碳纖維改性瀝青，以提高瀝青路面電磁感應加熱及微波加熱的效率。近年來，有部分學者發現，若利用納米材料對納米碳纖維進行修飾改性，可制得納米復合碳纖維，制得的納米復合碳纖維因具有納米材料或特殊納米結構所具有的獨特性能，特定功能將會得到提升。為獲得高導熱納米碳纖維，人們考慮綜合各種材料的優點，鑒于填充型導熱高分子材料具有成本低、操作簡便、工業化方便等優點，人們選擇無機納米粒子，如添加納米鋁粉、納米銅粉、泡沫金屬等來進行高導熱納米復合碳纖維的制備，使制備高導熱納米碳纖維改性瀝青成為可能，為提高瀝青路面融雪化冰效率，保障人們出行安全打下基礎。

因此，本發明根據納米復合纖維的優勢，選擇納米銅粉作為填料，制備出高導熱納米碳纖維作為改性劑用于瀝青中，充分利用納米碳纖維和導熱高分子填料納米銅粉優異的導熱性能，使改性瀝青導熱性能提高，提高融雪化冰效率，保障人們出行安全，維護冬季交通秩序。

發明內容

(1)技術問題