适用于路面降温的复合定形相变材料的制备与性能研究

发布时间：2020-11-03 23:54

　　 沥青路面因其负载能力强、施工保养技术简易、行车体验好、产生噪音小、可循环利用等种种优点被广泛应用于道路工程建设中。据统计,沥青路面已成为我国道路工程中最常用的路面形式,目前建成或新建的高速公路中有90%以上均为沥青路面。但沥青材料本身在高温下易挥发,释放出大量挥发物和热量,不但污染环境还加剧了城市热岛效应,同时,沥青路面在此条件下也会发生各种热稳性病害,影响路面使用效果。本文基于相变储热理论,制备出两种可用于沥青路面的复合定形相变材料,并将其应用到路面沥青混合料中,制备出具有调温功能的相变沥青路面材料。首先,根据沥青路面工程的技术要求,优选出两种符合条件的相变材料,即硬脂酸(SA)和聚乙二醇(PEG)。针对两种材料在应用中容易发生泄露的情况,采用两种无机载体,一种为以鞣酸为模板剂制备出来的介孔硅(TAMSN),另一种为多巴胺改性后的SBA-15介孔分子筛(Dop-SBA-15)分别固定硬脂酸和聚乙二醇,通过物理吸附的方法制备不会发生泄露的复合定形相变材料,以鞣酸为模板剂的介孔硅固定的硬脂酸复合定形相变材料(SA/TAMSN)和多巴胺改性的SBA-15介孔分子筛固定聚乙二醇复合定形相变材料(PEG/Dop-SBA-15)。其次,运用各种分析表征手段对SA/TAMSN和PEG/Dop-SBA-15复合定形相变材料的表面形态、化学构成、热稳定性、结晶能力、热焓值和相变温度范围等性能进行测试。根据实验结果,SA/TAMSN复合相变材料中硬脂酸的最优含量为70 wt%,PEG/Dop-SBA-15复合定形相变材料中聚乙二醇的最优含量为60 wt%;70 wt%SA/TAMSN的熔融焓为108.8 J/g,凝固焓为114.1 J/g,熔融过程的相变温度范围为67.1℃~78.0℃,凝固过程的相变温度范围为59.5℃~64.0℃;60 wt%PEG/Dop-SBA-15的熔融焓为66.0 J/g,凝固焓为45.6 J/g,熔融过程的相变温度范围为52.4℃~66.4℃,凝固过程的相变温度范围为45.8℃~28.7℃。两种材料皆满足沥青路面材料的技术要求,且性能良好,具有极大的应用潜力。论文针对沥青路面在高温环境下所面临的一系列问题,制备出适用于路面降温的复合定形相变材料,不仅实现了相变新材料的自主创新,还拓展了相变材料的可应用领域,为复合定形相变沥青材料的应用提供理论依据和技术支持。
【学位单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U414
【部分图文】：

第一章 绪 论第一章 绪 论1.1 研究背景及意义“十二五”规划期间是我国公路建设的快速发展时期，据《2016 年交通运输行业发展统计公报》，截止 2016 年末，全国公路总里程 469.63 万公里，比上年增加 11.90万公里。公路密度 48.92 公里/百平方公里，增加 1.24 公里/百平方公里。如图 1-1 所示[1]。

- 4 -图 1-2 相变材料分类示意图Figure 1-2 the schematic diagram of classification of phase change materials固-气相变和液-气相变这两种方式虽然能产生较高的热量，但是由于这两种相态变化密度差异较大，当物质从固相或液相转变为气相时，物质的体积会明显增大，所需设备的结构和尺寸要求较高，使得这两种相变方式在实际工程应用中难度较大[24]。因此，固-固和固-液相变材料成为研究界最为热门的两种相变材料类型。（1）固-固相变材料固-固相变材料是通过材料晶体结构的变化对热量进行储存和释放，相变体积变

Scattering）可用于表征介孔材料的介孔结构，通过 XRD 测试出材料的物相构成及含量，并确定介孔二氧化硅孔道的周期性分布特征及晶体结构,介孔材料的介孔阵列属于纳米量级，其 XRD 衍射峰主要出现在 0.5 °< 2θ <10 °范围；2.3 硬脂酸结构与性能表征硬脂酸（Stearic Acid，SA），即十八烷酸，为一种脂肪酸类的相变材料，结构简式为 CH3(CH2)16COOH，一般由油脂水解生产，其物理形态一般为白色粉末状。当温度升至相变温度时，硬脂酸由有序的固态结晶向无序的液态转变，属于一种典型的有机固-液相变材料。硬脂酸具有高焓值、相变温度范围小、无过冷、无毒无腐蚀、体积变化小和成本低等优点[37,67-68]，已经被广泛应用到橡胶工业和化妆品工业中。2.3.1 硬脂酸的相变温度范围及相变焓值采用差示扫描量热仪（DSC）测试硬脂酸的相变温度与相变焓值数据，升温熔融和降温结晶的 DSC 曲线如图 2-1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2869284