聚苯胺復合導電纖維的制備與應用基礎(chǔ)研究.pdf

1、瀝青混凝土被廣泛應用于高速公路、機場跑道、橋面鋪裝和城市主干道。與發(fā)達國家相比，我國的瀝青路面破損問題依然嚴重。為了提高瀝青路面使用壽命，對瀝青路面進行損壞監(jiān)測和公路交通智能化管理，本文結(jié)合遼寧省科技基金項目(20062147)“聚苯胺/聚丙烯導電纖維混凝土復合材料研究”和遼寧省教育廳項目(20040099)“聚苯胺/聚丙烯導電復合纖維研究”，以聚苯胺復合導電纖維為導電相材料，采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-16非連續(xù)密級配，制備了聚

2、苯胺復合導電纖維瀝青混凝土。 以聚丙烯纖維為基質(zhì)，以苯胺單體為原料，采用現(xiàn)場吸附聚合法，制備了聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)復合導電纖維。對比研究了摻雜酸種類及其濃度、氧化劑種類及其濃度、苯胺單體含量、反應時間、反應溫度等因素對聚合反應的影響，得出了最佳反應條件。聚苯胺含量達2.5％即可在基質(zhì)纖維表面形成連續(xù)的導電沉積層，使纖維的電導率由原來的10-13S/cm增大到10-1S/cm數(shù)量級。 利用紅外光譜(FT-IR)

3、、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TG)、拉伸試驗等手段對PANI/PP復合導電纖維的結(jié)構(gòu)與性能進行了測試。結(jié)果表明：復合纖維是聚丙烯與聚苯胺的共混體系，具有典型的皮芯型結(jié)構(gòu)，皮層為墨綠色的聚苯胺沉積層，形成連續(xù)的導電通道，芯層為白色的聚丙烯基質(zhì)纖維，提供物理機械性能；導電改性后纖維的強度、強力和伸長率均有下降，但熱穩(wěn)定性得到提高；復合纖維的耐酸性比耐堿性好，以對甲苯磺酸做摻雜酸比鹽酸摻雜聚苯胺熱穩(wěn)定性好，脫摻雜后的復合纖維，可用其它無機

4、酸或有機酸進行再摻雜；復合導電纖維的電導率隨溫度升高降低幅度較大，但幾乎不受濕度影響；基質(zhì)纖維細旦化、截面異形化、表面等離子體處理或共混COPET等改性處理均能提高纖維的吸附性，進而提高復合纖維表面聚苯胺含量、電導率和耐久性。經(jīng)表面等離子體處理的纖維，聚苯胺含量可達到7.9％，電導率為0.17S/cm，耐水洗次數(shù)可達到55次以上，導電纖維的電導率在6個月內(nèi)沒有變化。 采用馬歇爾試驗法對摻混復合纖維前后的瀝青混合料的力學性能進行了

5、測試，研究表明：聚苯胺復合導電纖維瀝青混凝土的力學性能得到了明顯改善，在纖維分散均勻時，隨著纖維摻量的增加，穩(wěn)定度、流值、空隙率均有增大趨勢；對瀝青混合料力學性能的提高程度由高到低依次為混配復合導電纖維、PANI/PP復合纖維、PANI/PET復合纖維、PP纖維和PET纖維；導電纖維瀝青混合料試件的穩(wěn)定度比摻原絲的高，這與導電改性后纖維強度明顯降低的變化規(guī)律不同。 摻混導電纖維的瀝青混凝土電性能得到明顯改善，研究表明：復合導電纖

6、維瀝青混合料電導率提高了5～6個數(shù)量級，滲流閾值為0.2％。在復合纖維拌和分散均勻的情況下，相同摻量下，12mm長導電纖維的導電改性效果要好于6mm長導電纖維；將碳黑導電母粒與復合纖維混配摻入時，能顯著提高瀝青混合料的電導率，增大幅度達1個數(shù)量級。 纖維瀝青混合料的電導率隨時間的變化呈現(xiàn)良好的穩(wěn)定性。壓敏性和溫敏性試驗表明，隨著壓力增大電導率先快后慢逐漸增大，最后趨于導電纖維的電導率，電導率隨溫度的升高緩慢上升，呈現(xiàn)正溫度系數(shù)效