【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于公路工程沥青路面，尤其涉及一种导电橡胶复合改性材料、制备方法及其自融雪应用。
技术介绍
1、我国冬季多数地区会出现降雪和冰霜灾害，对公路行车和机场运营的影响巨大，因此如何实时为路面清除冰雪成为保证冬季交通安全、畅通的当务之急。但现今常用除雪融冰措施不仅很难达到实时处置冰雪灾害的要求，有些方法还会对路面以及附近生态环境造成破坏。所以寻找并开发一种新型道路融雪除冰技术装置迫在眉睫。目前国内外常用的融雪除冰方法有两种：清除法和融化法。
2、清除法包括人工除雪和机械式除雪，即使用人工劳动力进行除雪作业，或通过机械对冰雪的直接作用从而达到除冰目的的技术手段，但在日常使用过程中，因路面特征不同、冰雪厚薄不一、使用环境的各异等条件的限制，无法及时全面的清除冰雪，从而使除雪机的应用存在许多局限性。
3、融化法可分为两种：一种为化学融化法，一种为物理融化法。
4、化学融化法即使用融雪剂融雪，其基本原理为：利用化学原理降低雪水的蒸汽压，从而使雪水不易结冰，以此防止轮胎打滑。融雪剂分两种类型：一种以醋酸钾为主要成分，这种融雪剂不仅融雪效果好，而且对路面几乎没有腐蚀，但因为它的售价太高，所以仅在机场等特殊地区使用。另一类则是氯盐类融雪剂，虽然其融雪效率高、成本低廉，且得到广泛的应用，但却是把双刃剑，能给行车带来安全的同时，因为氯盐融雪剂中的盐类物质会和沥青发生反应，将会降低沥青材料和沙石的握裹力，最终有可能导致沥青脱落，再有就是盐在和水相遇后会导致盐胀，从而破坏路基，此外，这种混合了融雪剂的溶液渗入地下
5、物理融化法包括导电混凝土、发热电缆、地热或废热融雪系统等。它们都可以及时融雪，而且对环境友好，但对技术、参数和使用环境要求较高，且都还未达到大规模铺设使用阶段。其中电缆加热法安装复杂不宜大规模机械铺装路面，因其铺设方式的特殊性使其更适合使用于水泥路面，地热的形式使用时有地域差异性，铺设成本较高，高速公路等远离热源的路面无法使用。废热加热系统的工程要求关键在于保证各个部位的密封和管道的防腐保护，另外成本也比较高，普及面受限。
6、导电混凝土电热除冰雪的工作原理是通过在普通混凝土中添加一定含量和适当种类的导电组分材料，使混凝土变成具有良好导电性能的导电体。当其接通电源后，导电混凝土因有电流从中流过产生热量，使路面温度升高。是目前我国研发最多的融雪方法。在实际施工中，由于电极铺设困难会导致发热不均匀，同时也很难控制路面的发热功率，使用时路面安全电压难以保证，耗能较大，因而还有待进一步研发。如何在绿色交通的发展理念下，科学、高效地融冰化雪，已成为我国交通运输行业亟待解决的问题。
7、公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的是提供一种导电橡胶复合改性材料，通过材料配比，将其应用于制备自融雪路面结构中的自融雪复合导电层。提高导电层的发热均匀度，降低发热功率的控制难度。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种导电橡胶复合改性材料，按照质量份数计，包括：氧化石墨烯1～2份、乙丙橡胶4～8份、导电材料5～10份、底层隔热材料10～20份、辅助填料1～2份、其他助剂0.1～0.2份。
4、乙丙橡胶是一种常用的导电橡胶基体材料，在物理、力学等多方面都具有良好的性能。乙丙橡胶具有低密度以及高填充性，本专利技术采用氧化石墨烯及辅助填料对其孔隙进行填充，结合导电材料提高乙丙橡胶的导电性能。另外，通过添加防老剂、促进剂等其他助剂，在硫化基础上能够提高橡胶使用温度，使得使用过氧化物硫化后的乙丙橡胶可以在严峻的环境中使用。所采用的乙丙橡胶具有优异的耐臭氧、耐热以及常温力学性能，可在200℃以上的高温中长时间使用，在250℃中短时间使用，并且价格较低，较大程度的减少了成本。
5、进一步的，氧化石墨烯为石墨粉末经化学反应后得到；氧化石墨烯的制备过程如下所示：
6、(1)将质量比为1：2：2的鳞片石墨、过硫酸钾和五氧化二磷，边搅拌边依次加入浓硫酸溶液中，添加物与浓硫酸的比例为0.33g/ml，在80℃条件下搅拌6h后冷却至室温，洗至中性并干燥得到预氧化石墨；
7、(2)在冰水浴条件下，将制得的预氧化石墨和硝酸钠按照1：1的质量比依次加入浓硫酸溶液中搅拌50分钟低温混合，预氧化石墨与浓硫酸溶液的比例为0.1g/ml；
8、(3)按照预氧化石墨质量的1.2倍称量高锰酸钾并缓慢多次加入三口烧瓶中；防止发生爆炸危险。添加完成后在1000r/min的转速下快速搅拌3小时，至混合液体变为绿色黏稠状态，将三口烧瓶从冰水浴中取出，放入恒温水浴锅中设定35℃，继续搅拌反应2小时，至反应体系呈现棕褐色；
9、(4)取步骤(2)中浓硫酸溶液2倍体积的低温去离子水，缓慢多次滴入反应体系以稀释液体，滴加完成后继续搅拌30分钟使体系混合均匀；升温至80℃搅拌1小时，继续缓慢滴加步骤(2)中浓硫酸溶液6倍体积的低温去离子水，再将水浴温度升高至98℃搅拌30分钟；期间注意反应放热，防止沸腾。
10、(5)向体系中缓慢多次滴加过氧化氢，用于除去反应体系中过量的高锰酸钾。期间有大量气泡产生，至反应体系呈现金黄色；
11、(6)将溶液趁热过滤并用去离子水洗涤至中性，得到氧化石墨；将氧化石墨在去离子水中分散，超声处理1小时以剥离单层初氧化石墨烯，做干燥处理保存；
12、(7)将制备的初氧化石墨烯粉末按照0.17g/100ml的比例溶解于无水乙醇中制的混合溶液，具体可量取600ml无水乙醇倒入烧杯，称量1g氧化石墨烯粉末加入烧杯，用玻璃棒搅拌后超声分散处理约1.5h至无沉淀，得到分散性良好的氧化石墨烯溶液。向溶液中加入无水乙醇体积1.33％的硅烷偶联剂，搅拌溶液使之充分混合后，继续超声分散0.5h；使偶联剂在溶液中分散均匀，方便后续充分反应。将反应体系放入恒温磁力搅拌器，50℃～70℃下恒温搅拌反应5h～9h；具体设定温度为50℃恒温搅拌反应5h，将反应温度调制70℃继续反应4h，期间为防止乙醇挥发导致干结，可加入适量去离子水稀释溶液。
13、(8)将硅烷偶联剂稀释后滴加到高速混合机中，持续搅拌10分钟后取出放入在100℃烘箱中干燥，得到氧化石墨烯粉末。
14、本专利技术通过对石墨进行改性处理得到氧化石墨烯，并针对氧化石墨烯作为乙丙橡胶复合材料填料易团聚的问题，通过硅烷偶联剂对其表面改性，使得氧化石墨烯的表面褶皱明显增多。减低其片层之间存在π-π键的堆积作用和范德华力作用，在硅烷偶联剂和氧化石墨烯片层的含氧基团反应之后，羟基减少导致氧化石墨烯体积膨胀，片层出现褶皱，表面积增大间距增加，更有利于在乙丙橡胶基质中均匀分散。
15、进一步的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，按照质量份数计，包括：氧化石墨烯1~2份、乙丙橡胶20~50份、导电材料5~10份、底层隔热材料5~10份、辅助填料1~2份、其他助剂0.1~0.2份。
2.根据权利要求1所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述氧化石墨烯为石墨粉末经化学反应后得到；所述氧化石墨烯的制备过程如下所示：
3.根据权利要求1所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述导电材料为改性碳纤维布，所述改性碳纤维布中碳元素含量大于90%。
4.根据权利要求3所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述改性碳纤维布的制备过程为：
5.根据权利要求1所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述底层隔热材料为硅酸铝纤维布，所述硅酸铝纤维布的导热系数为0.035W/(m×℃)。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述辅助填料为炭黑，所述其他助剂为硫化剂、防老剂、促进剂按照2：2：1的质量比混合制得。
7.根据权利要求6所述的一种导电橡胶复合改性材料
8.将权利要求7所述的一种导电橡胶复合改性材料应用于制备自融雪路面结构中的自融雪复合导电层。
9.根据权利要求8所述的导电橡胶复合改性材料的应用方法，用于制备自融雪路面结构中的自融雪复合导电层，其特征在于，所述自融雪路面结构从下到上依次为下承层，高粘改性乳化沥青粘结层，自融雪复合导电层，高粘改性乳化沥青粘结层，密实沥青混凝土罩面层。
10.根据权利要求9所述的导电橡胶复合改性材料的应用方法，其特征在于，包括旧路面结构层加铺或新建路面结构层设计；
...【技术特征摘要】
1.一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，按照质量份数计，包括：氧化石墨烯1~2份、乙丙橡胶20~50份、导电材料5~10份、底层隔热材料5~10份、辅助填料1~2份、其他助剂0.1~0.2份。
2.根据权利要求1所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述氧化石墨烯为石墨粉末经化学反应后得到；所述氧化石墨烯的制备过程如下所示：
3.根据权利要求1所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述导电材料为改性碳纤维布，所述改性碳纤维布中碳元素含量大于90%。
4.根据权利要求3所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述改性碳纤维布的制备过程为：
5.根据权利要求1所述的一种导电橡胶复合改性材料，其特征在于，所述底层隔热材料为硅酸铝纤维布，所述硅酸铝纤维布的导热系数为0.035w/(m×℃)。
【专利技术属性】
技术研发人员：关永胜，凌聪，臧国帅，
申请(专利权)人：江苏中路工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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