聚苯胺复合导电纤维的制备与应用基础研究

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1、大连理工大学博士学位论文摘要沥青混凝土被广泛应用于高速公路、机场跑道、桥面铺装和城市主干道。与发达国家相比，我国的沥青路面破损问题依然严重。为了提高沥青路面使用寿命，对沥青路面进行损坏监测和公路交通智能化管理，本文结合辽宁省科技基金项目(20062147)“聚苯胺／聚丙烯导电纤维混凝土复合材料研究”和辽宁省教育厅项目(20040099)“聚苯胺／聚丙烯导电复合纤维研究"，以聚苯胺复合导电纤维为导电相材料，采用沥青玛蹄脂碎石混合料SMA一16非连续密级配，制备了聚苯胺复合导电纤维沥青混凝土。以聚丙烯纤维为基质，以苯胺单体为

2、原料，采用现场吸附聚合法，制备了聚苯胺／聚丙烯(PANI／PP)复合导电纤维。对比研究了掺杂酸种类及其浓度、氧化剂种类及其浓度、苯胺单体含量、反应时间、反应温度等因素对聚合反应的影响，得出了最佳反应条件。聚苯胺含量达2．5％即可在基质纤维表面形成连续的导电沉积层，使纤维的电导率由原来的10q3S／cm增大到i0。1S／cm数量级。利用红外光谱(FT—IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、拉伸试验等手段对PANI／PP复合导电纤维的结构与性能进行了测试。结果表明：复合纤维是聚丙烯与聚苯胺的共混体系，具有典型的皮芯型

3、结构，皮层为墨绿色的聚苯胺沉积层，形成连续的导电通道，芯层为白色的聚丙烯基质纤维，提供物理机械性能；导电改性后纤维的强度、强力和伸长率均有下降，但热稳定性得到提高；复合纤维的耐酸性比耐碱性好，以对甲苯磺酸做掺杂酸比盐酸掺杂聚苯胺热稳定性好，脱掺杂后的复合纤维，可用其它无机酸或有机酸进行再掺杂；复合导电纤维的电导率随温度升高降低幅度较大，但几乎不受湿度影响；基质纤维细旦化、截面异形化、表面等离子体处理或共混COPET等改性处理均能提高纤维的吸附性，进而提高复合纤维表面聚苯胺含量、电导率和耐久性。经表面等离子体处理的纤维，聚

4、苯胺含量可达到7．9％，电导率为0．17S／cm，耐水洗次数可达到55次以上，导电纤维的电导率在6个月内没有变化。采用马歇尔试验法对掺混复合纤维前后的沥青混合料的力学性能进行了测试，研究表明：聚苯胺复合导电纤维沥青混凝土的力学性能得到了明显改善，在纤维分散均匀时，随着纤维掺量的增加，稳定度、流值、空隙率均有增大趋势：对沥青混合料力学性能的提高程度由高到低依次为混配复合导电纤维、PANI／PP复合纤维、PANI／PET复合纤维、PP纤维和PET纤维；导电纤维沥青混合料试件的稳定度比掺原丝的高，这与导电改性后纤维强度明显降低

5、的变化规律不同。掺混导电纤维的沥青混凝土电性能得到明显改善，研究表明：复合导电纤维沥青混合料电导率提高了5"-'6个数量级，渗流阈值为0．2％。在复合纤维拌和分散均匀的情况聚苯胺复合导电纤维的制备与应用基础研究下，相同掺量下，12ram长导电纤维的导电改性效果要好于6mm长导电纤维；将碳黑导电母粒与复合纤维混配掺入时，能显著提高沥青混合料的电导率，增大幅度达1个数量级。纤维沥青混合料的电导率随时间的变化呈现良好的稳定性。压敏性和温敏性试验表明，随着压力增大电导率先快后慢逐渐增大，最后趋于导电纤维的电导率，电导率随温度的升

6、高缓慢上升，呈现正温度系数效应。导电沥青混凝土的导电行为可用导电通道和隧道效应进行分析，引进了考虑填料在基体中形成导电网络链难易程度的网络因子n，结合渗流导电理论，建立了导电沥青混合料的“海岛一网络”模型。综合分析复合导电纤维沥青混凝土中纤维分散性、力学性能和电性能指标，确定导电纤维的最佳掺量是0．2％,--,0．4％。关键词：聚苯胺；聚丙烯纤维；现场吸附聚合；沥青混合料；导电大连理工大学博士学位论文Preparationandfundamental月‘乙omoounoapplicationresearchonPolya

7、niline，-、‘’T'o‘Conductlvet1DerAbs仃actAsphaltconcreteiswidelyusedinfreeway，runwayofairport，bridgepavement，andtheroadsofthecity．Currently，thebreakageofasphaltconcretepavementinChinaisstillaseriousproblem．InordertomonitorthedamageoftheasphaltpavementandmanagetheInte

8、lligentTransportationSystemtoprolongtheservicelifeofasphaltconcretepavement，anewmulti--functionalmaterial-·polyanilinecompoundconductivefiberblendedasphaltconc