一种水泥稳定材料用活性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及道路工程应用领域，具体涉及一种水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维及其制备方法，该制备方法的原理是在聚丙烯纤维表面接枝大量的活性基团，增大水泥稳定材料对纤维的握裹力，克服聚丙烯纤维分散性差以及纤维/水泥基体间粘结性能差的问题。首先使用紫外光接枝的方法在聚丙烯纤维表面接枝马来酸酐，然后利用酰胺化反应使用扩链剂对马来酸酐进行扩链，最后将活性单体通过化学反应链接到酰胺化的马来酸酐分子链上。本发明专利技术具有以下优点：纤维表面具有大量的活性基团，与水泥基体发生反应形成化学键，使纤维/水泥基体结合更加牢固。使复合材料整体受力，最大限度的发挥了聚丙烯纤维的增韧效果。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥稳定材料用活性纤维及其制备方法
本专利技术涉及道路工程应用领域，具体涉及一种水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维及其制备方法。
技术介绍
水泥稳定类材料半刚性基层沥青路面有着其他路面结构不可替代的优越性，然而，随着水泥稳定类材料半刚性沥青路面的大量使用，逐步发现它也存在着一些严重的问题，首先，水泥稳定类材料早期干缩系数较大，水泥稳定类基层沥青路面早期反射裂缝严重而且明显，而且因此导致的早期水破坏较多；其次，水泥稳定类材料抗疲劳性能较差，在大交通量、重载车辆较多的道路中，由于水泥稳定类材料疲劳失效导致的路面病害不计其数，而且难于养护。第三，水泥稳定类材料变形性能差，无法适应土基的各种变形，容易导致基层与土基之间存在脱空，从而影响整个路面结构的使用寿命。聚丙烯纤维是一种弹性模量低于水泥稳定半刚性材料的有机合成纤维，具有优良的力学性能，耐化学侵蚀的优点，可望用于改善水泥稳定半刚性材料的抗裂性能。但聚丙烯表面光滑，表面能低，分子链上不含有活性基团，存在纤维分散性差以及纤维/水泥基体间粘结性能差的问题，削弱了聚丙烯纤维在水泥稳定类材料中的增强效果。对纤维表面进行改性，接枝能与水泥基体中极性基团结合的活性基团，提高与水泥砂浆基体之间的界面结合力是解决水泥稳定半刚性基层问题的关键。
技术实现思路
本专利技术提供一种水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维及其制备方法，该制备方法首先利用紫外光接枝反应在聚丙烯纤维上引入反应性基团，然后通过对反应性基团的扩链与引入大量的活性基团，以克服聚丙烯纤维分散性差以及纤维/水泥基体间粘结性能差的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维的制备方法，依次包括下述步骤：步骤(1)、使用紫外光接枝的方法在聚丙烯纤维表面接枝马来酸酐，具体步骤为：①将聚丙烯纤维在丙酮中浸泡4～8h后用蒸馏水清洗干净，在真空干燥箱中烘干；②在石英试管中加入90重量份二甲苯、10-20重量份马来酸酐、1-2重量份二苯甲酮，搅拌使马来酸酐和二苯甲酮溶解于二甲苯中；③称取1-10重量份烘干后的聚丙烯纤维放入石英试管中，使聚丙烯纤维在二甲苯混合溶液中浸泡18～24h；在石英试管中充入氮气以除去氧气，然后用塞子密封石英试管口；④将石英试管置于紫外光辐射装置中4～6h进行接枝聚合，将反应后的纤维用丙酮清洗干净后在烘箱中烘至恒重；步骤(2)、利用酰胺化反应使用扩链剂对马来酸酐进行扩链，具体步骤为：①称取1-10重量份接枝后聚丙烯纤维置于烧瓶中，倒入90重量份的无水乙醇，加入1-4重量份碳化二亚胺，然后加入10-40重量份的扩链剂；②将混合液加热至78～80℃，冷凝回流，反应4～6h；③过滤出溶液，取出纤维，将纤维用丙酮和蒸馏水清洗干净后烘干至恒重；步骤(3)、将活性单体通过化学反应链接到酰胺化的马来酸酐分子链上，具体步骤为：①称取1-10重量份扩链后的聚丙烯纤维置于烧瓶中，倒入80重量份的二甲基甲酰胺，将10-40重量份的活性单体和1-4重量份碳化二亚胺加入烧瓶中，搅拌使改性单体溶解；②将混合液加热至100℃，反应4～6h；③过滤出溶液，取出纤维，将纤维用丙酮和蒸馏水清洗干净后烘干至恒重。步骤(2)中所述的扩链剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺中的一种。步骤(3)中所述的活性单体为富马酸、草酸、丙二酸、琥珀酸中的一种。根据上述制备方法所制备的水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.聚丙烯纤维表面接枝了大量活性基团，使纤维能与低剂量水泥浆液中的极性基团结合，增大了水泥稳定材料对纤维的握裹力，使纤维与水泥稳定材料形成整体的结构；2.聚丙烯纤维经接枝改性后，纤维的表面粗糙度增大，与水泥稳定材料的机械啮合力到增强，最大限度的发挥了聚丙烯纤维的增韧效果，提高了水泥稳定半刚性基层的抗变形和抗收缩能力。附图说明图1是普通聚丙烯纤维表面与本专利技术实施例1活性纤维表面的衰减全反射红外谱图；图2是普通聚丙烯纤维表面与本专利技术实施例1活性纤维表面的显微镜图，其中，图2（a）为普通聚丙烯纤维，图2（b）为本专利技术活性纤维表面；图3是普通聚丙烯纤维表面与本专利技术实施例1活性纤维表面的水接触角图像，其中，图3（a）为普通聚丙烯纤维，图3（b）为本专利技术活性纤维表面；图4是加入普通聚丙烯纤维水泥稳定半刚性基层试件与本专利技术实施例1加入本专利技术活性纤维水泥稳定半刚性基层试件断面的断面显微照片，其中，图4（a）为加入普通聚丙烯纤维，图4（b）为加入本专利技术活性纤维。具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术进行详细的说明。一种水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维的制备方法，依次包括下述步骤：步骤(1)、使用紫外光接枝的方法在聚丙烯纤维表面接枝马来酸酐，具体步骤为：①将聚丙烯纤维在丙酮中浸泡4～8h后用蒸馏水清洗干净，在真空干燥箱中烘干；②在石英试管中加入90重量份二甲苯、10-20重量份马来酸酐、1-2重量份二苯甲酮，搅拌使马来酸酐和二苯甲酮溶解于二甲苯中；③称取1-10重量份烘干后的聚丙烯纤维放入石英试管中，使聚丙烯纤维在二甲苯混合溶液中浸泡18～24h；在石英试管中充入氮气以除去氧气，然后用塞子密封石英试管口；④将石英试管置于紫外光辐射装置中4～6h进行接枝聚合，将反应后的纤维用丙酮清洗干净后在烘箱中烘至恒重；步骤(2)、利用酰胺化反应使用扩链剂对马来酸酐进行扩链，具体步骤为：①称取1-10重量份接枝后聚丙烯纤维置于烧瓶中，倒入90重量份的无水乙醇，加入1-4重量份碳化二亚胺，然后加入10-40重量份的扩链剂；②将混合液加热至78～80℃，冷凝回流，反应4～6h；③过滤出溶液，取出纤维，将纤维用丙酮和蒸馏水清洗干净后烘干至恒重；步骤(3)、将活性单体通过化学反应链接到酰胺化的马来酸酐分子链上，具体步骤为：①称取1-10重量份扩链后的聚丙烯纤维置于烧瓶中，倒入80重量份的二甲基甲酰胺，将10-40重量份的活性单体和1-4重量份碳化二亚胺加入烧瓶中，搅拌使改性单体溶解；②将混合液加热至100℃，反应4～6h；③过滤出溶液，取出纤维，将纤维用丙酮和蒸馏水清洗干净后烘干至恒重。步骤(2)中所述的扩链剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺中的一种。步骤(3)中所述的活性单体为富马酸、草酸、丙二酸、琥珀酸中的一种。根据上述制备方法所制备的水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维。下面通过几个实施例对本专利技术进行进一步的说明：实施例1：将10g聚丙烯纤维在100ml丙酮中浸泡6h后取出用蒸馏水清洗干净，在真空干燥箱中烘干；在石英试管中加入90g二甲苯、10g马来酸酐、1g二苯甲酮，搅拌使马来酸酐和二苯甲酮溶解；c.称取2g烘干后的聚丙烯纤维放入石英试管中，将聚丙烯纤维在二甲苯混合溶液中浸泡20h；在石英试管中连续充入10min氮气，然后用橡胶塞密封石英试管口；将试管置于紫外光辐射装置中4h，然后取出纤维并用丙酮清洗后烘干。称取1.5g接枝后的聚丙烯纤维置于三口烧瓶中，加入90g的无水乙醇，加入2g碳化二亚胺，然后加入20g二乙烯三胺，搅拌均匀；将混合液加热至80℃，冷凝回流，反应6h；反应完后过滤出溶液，取出纤维，将纤维用丙酮和蒸馏水清洗干净烘干。称取1g扩链后的聚丙烯纤维置于烧瓶中，倒入80g的二甲基甲酰胺，将15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维的制备方法，其特征在于，依次包括下述步骤：步骤(1)、使用紫外光接枝的方法在聚丙烯纤维表面接枝马来酸酐，具体步骤为：

【技术特征摘要】
1.一种水泥稳定半刚性基层材料用活性纤维的制备方法，其特征在于，依次包括下述步骤：步骤(1)、使用紫外光接枝的方法在聚丙烯纤维表面接枝马来酸酐，具体步骤为：将聚丙烯纤维在丙酮中浸泡4～8h后用蒸馏水清洗干净，在真空干燥箱中烘干；在石英试管中加入90重量份二甲苯、10-20重量份马来酸酐、1-2重量份二苯甲酮，搅拌使马来酸酐和二苯甲酮溶解于二甲苯中；称取1-10重量份烘干后的聚丙烯纤维放入石英试管中，使聚丙烯纤维在二甲苯混合溶液中浸泡18～24h；在石英试管中充入氮气以除去氧气，然后用塞子密封石英试管口；将石英试管置于紫外光辐射装置中4～6h进行接枝聚合，将反应后的纤维用丙酮清洗干净后在烘箱中烘至恒重；步骤(2)、利用酰胺化反应使用扩链剂对马来酸酐进行扩链，具体步骤为：称取1-10重量份接枝后聚丙烯纤维置于烧瓶中，倒入90重量份的无水乙醇，加入1-4重量份碳化二亚胺，然后加入10-40重量份的扩链剂；将混合液加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：向豪，陈团结，樊孟孟，李志栋，雷宇，曹海波，王锴，许丽，苗思雨，皎晓明，闫朗，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61