碳纳米管/聚合物复合改性沥青界面增强机制及流变特性研究
发布时间：2021-12-22 22:20
高性能聚合物改性沥青的开发和利用是提高沥青路面抗病害能力、延长路面寿命、降低养护成本的重要手段,然而薄弱的界面影响其使用性能。鉴于此,本文采用数值模拟的方法探讨不同因素对复合改性沥青界面的影响,找出适合沥青改性的碳纳米管种类,为材料制备提供理论依据。以碳纳米管（CNTs）为纳米尺度,以沥青改性领域应用最广泛、技术最成熟的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SBS）为微米尺度,基于跨尺度增强设计,通过共混工艺制备碳纳米管/聚合物复合改性沥青,研究碳纳米管掺量和添加方式等因素对复合改性沥青微观结构和流变特性的影响,揭示微观结构与流变特性间相关性,进而认识碳纳米管/聚合物复合改性沥青的界面增强机制。为探究碳纳米管表面改性、碳纳米管管壁数、拉拔行为对复合改性沥青界面粘结特性的影响,建立了复合改性沥青界面区分子模型,以界面拔出能、剪应力、分子动力学快照、溶解度参数及径向分布函数分析了复合改性沥青界面粘结特性变化,探讨了复合改性沥青界面区分子的交互作用,为材料制备提供理论依据。结果表明:CNTs拉拔行为缓解了界面破坏,而羟基改性的多壁碳纳米管对复合改性沥青界面改善效果最佳;SBS改性沥青中SBS与芳香分、饱...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SBS在沥青溶液中的分散及取向Fig.1-1DispersionandorientationofSBSinasphaltS(溶剂)
-9-界面与聚合物相的交互作用机理。图1-2 聚合物改性沥青聚合物相与界面示意图Fig.1-2 Sketch map of polymer phase and interface in polymer modified asphalt已有研究注意到改性沥青界面的影响：沥青的改性效果取决于两相溶解度参数差，而冯敏贺指出溶解度参数差是由材料本身性质、共混方式和界面性质决定[52]。陈华鑫指出在共混过程中，SBS浸润、吸附部分溶解度参数相近的沥青组分，形成一定厚度的界面吸附膜，界面性质直接决定改性沥青相容性[53]。Yu在研究沥青中微观结构粘附特性时发现微观结构间界面影响体系稳定性[54]。Painter研究表明机械分散后的SBS会自动凝聚、离析，再聚结，网络越细，两相界面表面能越大，则聚结效应越严重，越容易发生高温相分离[55, 56]。此外，线性SBS的不饱和丁二烯相极易老化，老化致使SBS降解
界面改性、光催化、抗氧化等特点。在众多纳米材料中，CNTs以其特殊的结构和优异的性能成为研究热点。CNTs是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构(见图1-3)。作为一种新型的准一维功能材料，其具有很高的刚度和强度，研究表明单层CNTs的杨氏模量可达TPa量级，约为钢的5倍，而多层CNTs的弹性模量也能达到几百GPa，碳纳米管的拉伸强度很高，大约在11GPa~63GPa的范围内，约为钢材的1000倍，压缩强度更高，在100GPa~170GPa之间，理论预测它的破坏应变可达30%[62]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分子模拟的沥青蜂状结构成因探究[J]. 王鹏,董泽蛟,谭忆秋,刘志杨. 中国公路学报. 2016(03)
[2]SBS改性沥青显微相态与宏观性能相关性研究[J]. 王明,刘黎萍,吴后选. 建筑材料学报. 2016(01)
[3]多壁碳纳米管的拉曼光谱研究[J]. 陈师,史燕妮,夏少旭,全海宇,吴琪琳. 高科技纤维与应用. 2014(06)
[4]碳纳米管增强聚合物复合材料的界面脱黏及应力分布[J]. 周丽军,郭建刚,亢一澜. 光学精密工程. 2014(09)
[5]不同参数多壁碳纳米管的拉曼光谱研究[J]. 吴熔琳,邵铮铮,常胜利,张学骜,李和平,李新华. 光谱学与光谱分析. 2014(04)
[6]碳纤维多尺度增强体的研究进展[J]. 王雪飞,张永刚,陈友汜,钱鑫,江驰,宋晨,杨建行. 高科技纤维与应用. 2013(05)
[7]沥青分子聚集状态变化特征研究[J]. 唐伯明,丁勇杰,朱洪洲,曹雪娟. 中国公路学报. 2013(03)
[8]基于分子模拟技术的单体接枝SBS与沥青相容性研究[J]. 王淑娟,郑永昌,丁勇杰. 公路与汽运. 2013(01)
[9]聚合物基复合材料的增强增韧[J]. 董金虎. 中国塑料. 2012(07)
[10]聚合物共混体系的多尺度模拟研究进展[J]. 李孜孜,王嘉骏,顾雪萍,冯连芳. 高分子材料科学与工程. 2012(04)
博士论文
[1]扫描电子显微镜中二次电子成像机制和分辨率的Monte Carlo模拟[D]. 阮瞩.中国科学技术大学 2015
[2]宽温域改性沥青高低温性能及其混合料力学性能研究[D]. 彭龙仕.北京科技大学 2015
[3]玻璃纤维浸润剂分子设计及其对复合材料界面性能的影响[D]. 王冬至.山东大学 2014
[4]复合材料增强体的跨尺度设计及其界面增强机制研究[D]. 彭庆宇.哈尔滨工业大学 2014
[5]小分子与多肽在碳纳米管中扩散及输运行为的分子动力学研究[D]. 陈曲.浙江大学 2014
[6]超声振动原子力显微镜成像研究[D]. 杨春来.中国科学技术大学 2013
[7]聚合物涂层对等离子体处理有机纤维表面及复合材料界面性能的影响[D]. 张相一.大连理工大学 2013
[8]碳纳米管/碳纤维多尺度复合材料界面增强机理研究[D]. 王超.哈尔滨工业大学 2013
[9]固体推进剂和高分子共混物的微观、介观和宏观多尺度模拟研究[D]. 付一政.中北大学 2012
[10]石墨烯的制备及其在聚合物复合材料中的应用[D]. 王彦.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]基于碳纳米管纤维和石墨烯的碳纳米复合材料的界面性能研究[D]. 卢煜彬.北京工业大学 2016
[2]碳纳米管拔出行为及其界面强度性能研究[D]. 马腾.哈尔滨工业大学 2014
[3]碳纳米复合结构对聚合物的增强改性研究[D]. 黄卫明.华侨大学 2014
[4]碳纳米管的结构和光学性质研究[D]. 孟祥艳.山东大学 2013
[5]SBS改性沥青微观结构量化技术及应用[D]. 胡魁.长安大学 2013
[6]改性沥青中SBS含量物理检测方法研究[D]. 刘博.中南大学 2013
[7]基于密度泛函理论的多环芳烃分子结构与光谱研究[D]. 邹乔.华北电力大学 2013
[8]基于纳米压痕技术的碳纤维增强复合材料原位力学性能测试[D]. 高雪玉.北京工业大学 2012
[9]动态加载下苯的拉曼光谱研究[D]. 陈源福.西南交通大学 2012
[10]碳纳米管/PAMAM/碳纤维复合材料界面性能表征[D]. 常晓云.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3547205
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SBS在沥青溶液中的分散及取向Fig.1-1DispersionandorientationofSBSinasphaltS(溶剂)
-9-界面与聚合物相的交互作用机理。图1-2 聚合物改性沥青聚合物相与界面示意图Fig.1-2 Sketch map of polymer phase and interface in polymer modified asphalt已有研究注意到改性沥青界面的影响：沥青的改性效果取决于两相溶解度参数差，而冯敏贺指出溶解度参数差是由材料本身性质、共混方式和界面性质决定[52]。陈华鑫指出在共混过程中，SBS浸润、吸附部分溶解度参数相近的沥青组分，形成一定厚度的界面吸附膜，界面性质直接决定改性沥青相容性[53]。Yu在研究沥青中微观结构粘附特性时发现微观结构间界面影响体系稳定性[54]。Painter研究表明机械分散后的SBS会自动凝聚、离析，再聚结，网络越细，两相界面表面能越大，则聚结效应越严重，越容易发生高温相分离[55, 56]。此外，线性SBS的不饱和丁二烯相极易老化，老化致使SBS降解
界面改性、光催化、抗氧化等特点。在众多纳米材料中，CNTs以其特殊的结构和优异的性能成为研究热点。CNTs是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构(见图1-3)。作为一种新型的准一维功能材料，其具有很高的刚度和强度，研究表明单层CNTs的杨氏模量可达TPa量级，约为钢的5倍，而多层CNTs的弹性模量也能达到几百GPa，碳纳米管的拉伸强度很高，大约在11GPa~63GPa的范围内，约为钢材的1000倍，压缩强度更高，在100GPa~170GPa之间，理论预测它的破坏应变可达30%[62]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分子模拟的沥青蜂状结构成因探究[J]. 王鹏,董泽蛟,谭忆秋,刘志杨. 中国公路学报. 2016(03)
[2]SBS改性沥青显微相态与宏观性能相关性研究[J]. 王明,刘黎萍,吴后选. 建筑材料学报. 2016(01)
[3]多壁碳纳米管的拉曼光谱研究[J]. 陈师,史燕妮,夏少旭,全海宇,吴琪琳. 高科技纤维与应用. 2014(06)
[4]碳纳米管增强聚合物复合材料的界面脱黏及应力分布[J]. 周丽军,郭建刚,亢一澜. 光学精密工程. 2014(09)
[5]不同参数多壁碳纳米管的拉曼光谱研究[J]. 吴熔琳,邵铮铮,常胜利,张学骜,李和平,李新华. 光谱学与光谱分析. 2014(04)
[6]碳纤维多尺度增强体的研究进展[J]. 王雪飞,张永刚,陈友汜,钱鑫,江驰,宋晨,杨建行. 高科技纤维与应用. 2013(05)
[7]沥青分子聚集状态变化特征研究[J]. 唐伯明,丁勇杰,朱洪洲,曹雪娟. 中国公路学报. 2013(03)
[8]基于分子模拟技术的单体接枝SBS与沥青相容性研究[J]. 王淑娟,郑永昌,丁勇杰. 公路与汽运. 2013(01)
[9]聚合物基复合材料的增强增韧[J]. 董金虎. 中国塑料. 2012(07)
[10]聚合物共混体系的多尺度模拟研究进展[J]. 李孜孜,王嘉骏,顾雪萍,冯连芳. 高分子材料科学与工程. 2012(04)
博士论文
[1]扫描电子显微镜中二次电子成像机制和分辨率的Monte Carlo模拟[D]. 阮瞩.中国科学技术大学 2015
[2]宽温域改性沥青高低温性能及其混合料力学性能研究[D]. 彭龙仕.北京科技大学 2015
[3]玻璃纤维浸润剂分子设计及其对复合材料界面性能的影响[D]. 王冬至.山东大学 2014
[4]复合材料增强体的跨尺度设计及其界面增强机制研究[D]. 彭庆宇.哈尔滨工业大学 2014
[5]小分子与多肽在碳纳米管中扩散及输运行为的分子动力学研究[D]. 陈曲.浙江大学 2014
[6]超声振动原子力显微镜成像研究[D]. 杨春来.中国科学技术大学 2013
[7]聚合物涂层对等离子体处理有机纤维表面及复合材料界面性能的影响[D]. 张相一.大连理工大学 2013
[8]碳纳米管/碳纤维多尺度复合材料界面增强机理研究[D]. 王超.哈尔滨工业大学 2013
[9]固体推进剂和高分子共混物的微观、介观和宏观多尺度模拟研究[D]. 付一政.中北大学 2012
[10]石墨烯的制备及其在聚合物复合材料中的应用[D]. 王彦.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]基于碳纳米管纤维和石墨烯的碳纳米复合材料的界面性能研究[D]. 卢煜彬.北京工业大学 2016
[2]碳纳米管拔出行为及其界面强度性能研究[D]. 马腾.哈尔滨工业大学 2014
[3]碳纳米复合结构对聚合物的增强改性研究[D]. 黄卫明.华侨大学 2014
[4]碳纳米管的结构和光学性质研究[D]. 孟祥艳.山东大学 2013
[5]SBS改性沥青微观结构量化技术及应用[D]. 胡魁.长安大学 2013
[6]改性沥青中SBS含量物理检测方法研究[D]. 刘博.中南大学 2013
[7]基于密度泛函理论的多环芳烃分子结构与光谱研究[D]. 邹乔.华北电力大学 2013
[8]基于纳米压痕技术的碳纤维增强复合材料原位力学性能测试[D]. 高雪玉.北京工业大学 2012
[9]动态加载下苯的拉曼光谱研究[D]. 陈源福.西南交通大学 2012
[10]碳纳米管/PAMAM/碳纤维复合材料界面性能表征[D]. 常晓云.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3547205
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