[发明专利]一种均匀分散的碳纳米管/沥青复合材料制备方法

说明书

一种均匀分散的碳纳米管/沥青复合材料制备方法，本发明涉及碳纳米管/沥青复合材料制备方法领域。本发明要解决碳纳米管在沥青中易团聚，二者相容性差的技术问题。方法：首先将基质沥青加热熔融保持流动态，将碳纳米管泡沫加入熔融的基质沥青中，冷却后即可获得碳纳米管均匀分散的碳纳米管/沥青复合材料。该方法利用了碳纳米管泡沫具有很多纳米尺寸孔隙和很强毛细管吸力的优点，能有效的将熔融的基质沥青吸入到孔隙结构中，解决了碳纳米管在沥青中团聚和相容性差等瓶颈问题，提高了碳纳米管对沥青的增强效果。本发明制备的碳纳米管/沥青复合材料应用于桥面铺装和路面铺装材料领域。

技术领域

本发明涉及碳纳米管/沥青复合材料制备方法领域。

背景技术

近年来，由于交通荷载的增加和气候变化的影响，使得路面条件复杂，对公路路面材料的性能要求越来越高。传统的路面材料已不能满足当前和未来公路路面建设的实际需要。因此，必须开发具有更高质量、更高安全性、更高可靠性和环境可持续性的路面材料。纳米材料被认为能够满足高速公路路面材料发展的特殊要求。因此，纳米材料被引入到路面工程领域，用于改性沥青。与基质沥青相比，纳米材料改性沥青具有良好的热氧化性能、抗老化性能以及更高的弹性。然而，纳米材料在沥青中的均匀分散仍然是一个挑战。纳米材料的团聚会导致沥青基体的内部缺陷，引起应力集中，促进裂纹的萌生，这抵消了纳米材料在沥青中的积极作用，并限制了纳米材料对沥青的增强效果。

碳纳米管是一种典型的纳米材料，具有良好的机械性能、化学稳定性和热稳定性，在路面工程中具有良好的应用前景。但碳纳米管在沥青中的均匀分散仍然是一个难题。

发明内容

本发明要解决碳纳米管在沥青中易团聚，二者相容性差的技术问题，而提供一种均匀分散的碳纳米管/沥青复合材料制备方法。

一种均匀分散的碳纳米管/沥青复合材料制备方法，具体按以下步骤进行：

一、将基质沥青加热至熔融，并控温保持流动状态，获得熔融沥青；

二、制备碳纳米管泡沫；

三、将碳纳米管泡沫浸入熔融沥青中，并在温度为140～170℃条件下保持30～50min，然后自然冷却至室温，得到均匀分散的碳纳米管/沥青复合材料，完成一种均匀分散的碳纳米管/沥青复合材料制备方法。

步骤二中采用化学气相沉积法制备碳纳米管泡沫，制成的碳纳米管泡沫密度为1～3mg/cm³，孔隙率高于99％，平均孔径为75～80nm，形成泡沫的碳纳米管壁薄、腔管大，平均外径为38～42nm，平均内径为22～27nm，平均长度为1.3～1.6mm；碳纳米管泡沫由随机分布并相互连接的碳纳米管组成，形成三维多孔骨架。

所述的碳纳米管泡沫具有很强的毛细管吸力(30-170mN/m)，可以有效地将熔融的基质沥青吸入到纳米孔隙结构中，形成碳纳米管均匀分散于沥青复合材料。

步骤三中得到的碳纳米管/沥青复合材料中碳纳米管的含量仅为沥青的0.05wt％左右。

步骤三中得到的碳纳米管/沥青复合材料与传统制备方法不同，本方法首先创建纳米多孔骨架，其中包含随机方向和均匀间隔的碳纳米管，然后通过碳纳米管强大的毛细管吸力将熔融基质沥青渗透到孔隙中。

本发明的有益效果是：

本发明最大的特点是采用高孔隙率的碳纳米管泡沫为骨架材料，使熔融沥青均匀包覆在碳纳米管表面，且碳纳米管均匀分散于沥青中。该方法未加入分散剂、添加剂，制备工艺简单，能耗低。与传统的机械搅拌、超声分散和化学分散制备工艺相比，本发明提出的碳纳米管/沥青复合材料制备方法既具有操作简便、未引入杂质、耗时短的特点，又具有分散效果良好的优点。碳纳米管泡沫为沥青提供了三维骨架，提高了碳纳米管于沥青之间的界面结合。此外，碳纳米管在沥青中均匀分散，充分发挥了碳纳米管的优异性能和增强效果，获得性能优异的碳纳米管/沥青复合材料。