一种高强型应力吸收膜材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑施工领域，更具体地说，它涉及一种高强型应力吸收膜材料及其制备方法。

背景技术

在寒冷地区普遍采用的路面结构是半刚性基层沥青混凝土路面结构，半刚性基层本身具有良好的整体性和弹性能力，将半刚性基层设置在路基之上可有效的保证公路路基的稳定性。可是半刚性基层由于施工时养护不及时或在温度变化的影响下非常容易产生裂缝，如果面层是水泥混凝土路面结构时，半刚性基层产生的裂缝对水泥混凝土路面的影响在短期内反映不明显，但是对于沥青混凝土路面，半刚性基层的裂缝在道路运营的早期就会向上反射到沥青混凝土路面，使沥青混凝土路面产生反射裂缝，而应力吸收膜材料，能有效防治反射裂缝的产生和发展。

现有常用的应力吸收层采用的是废弃轮胎制备的橡胶沥青应力吸收层，通过废弃的轮胎，经过工业的加工制成不同粗细程度的橡胶粉，橡胶粉的形成可将其应用于基础设施的建设，可与沥青反应融合制成橡胶沥青，从而对裂缝形成良好的防治效果。

针对上述中的相关技术，发明人认为现有采用橡胶沥青混合制备应力吸收材料的技术方案中，由于橡胶颗粒与沥青之间的结合强度不佳，且橡胶颗粒的耐久性较差，导致制备的橡胶沥青应力吸收膜的力学强度均有所欠缺。

发明内容

为了克服应力吸收膜材料力学性能不佳的缺陷，本申请提供一种高强型应力吸收膜材料及其制备方法，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种高强型应力吸收膜材料，采用如下的技术方案：

一种高强型应力吸收膜材料，所述高强型应力吸收膜材料包括基布层和吸收层，所述吸收层包括下列重量份物质：6～8份HDPE树脂；35～45份基质沥青；10～15份改性纤维；所述改性纤维包括直径为0.2～0.5mm热塑性弹性体纤维。

通过采用上述技术方案，由于本申请采用了热塑性弹性体替代传统方案中采用的废弃橡胶轮胎或橡胶颗粒材料，通过弹性体具有的优良的弹性强度，使其在使用过程中，优化对应力吸收膜的应力吸收强度，同时本申请采用了纤维结构代替传统胶粉结构，通过纤维材料对树脂和沥青之间形成良好的缠结性能，从而进一步改善应力吸收膜材料在实际使用和修复中所能承载的高强应力，从而有效提高了应力吸收膜材料力学性能。

进一步地，所述改性纤维还包括芳纶纤维，所述芳纶纤维与所述热塑性弹性体的质量比为2～3:1。

通过采用上述技术方案，由于本申请还通过在应力吸收膜材料中添加了芳纶纤维加以改性，由于芳纶纤维具有高强度和高模量的特点，同时还具有耐高温、耐腐蚀、密度低等优良性能，将其添加至应力吸收膜材料内部，使其作为吸收膜内部结构的骨架，有效分散应力膜所受到的压力，从而均匀分散并有效卸力，进一步改善了应力吸收膜材料力学性能。

进一步地，所述芳纶纤维为经表面改性的芳纶纤维，所述表面改性的芳纶纤维采用如下方法制成：

（1）取芳纶纤维并按质量比1:6～8，将其添加至氯化钙溶液中，在75～80℃下保温反应，静置冷却至室温，洗涤、干燥得改性芳纶纤维；

（2）按重量份数计，分别称量45～50份多巴胺水溶液、10～15份改性芳纶纤维和45～50份去离子水，搅拌混合并静置20～24h后，离心分离并收集下层沉淀，真空冷冻干燥，得改性填充纤维。

通过采用上述技术方案，由于本申请先通过氯化钙改性芳纶纤维，通过氯化钙与芳纶纤维发生络合反应，破坏了芳纶纤维分子链间的氢键，导致芳纶分子链的规整性被破坏，纤维的表面结构被破坏，使其表面形成凹凸不平的结构，再通过多巴胺改性处理后，纤维表面的聚多巴胺涂层能与沥青材料形成良好的相容性能，从而在实际使用过程中，通过包覆有聚多巴胺涂层的纤维，有效改善其与沥青的结合强度，从而有效改善了应力吸收膜材料力学性能。

进一步地，所述热塑性弹性体纤维为热塑性弹性体熔融纺丝制备而成，所述热塑性弹性体包括SBS树脂、TPV树脂或TPU树脂中的任意一种或多种。

通过采用上述技术方案，由于本申请选用热塑性弹性体为主要材料制备，由于热塑性弹性体能在其加工温度下熔融纺丝形成良好的热塑性弹性体纤维，同时本申请采用的这几类树脂，成本较低、便于加工和成型，简化了制备的时间，提高了加工的效率。

进一步地，所述吸收层还包括3～5份重量份的硅溶胶，所述硅溶胶固含量为15％。

通过采用上述技术方案，本申请采用硅溶胶加以改性，由于硅溶胶为纳米级别的二氧化硅颗粒，将其添加至沥青制备的应力吸收膜材料中，能有效改善其力学性能，通过分散在应力吸收膜材料内部的二氧化硅溶胶，有效改善了应力吸收膜材料的内部结构，从而有效提高了应力吸收膜材料力学性能。

进一步地，所述基布层为玻璃纤维布或长丝聚酯土工布中的任意一种。

通过采用上述技术方案，由于本申请选用具有较高离力学强度的玻璃纤维布或者长丝聚酯土工布为原料，使其在使用过程中，通过有效负载沥青料并形成良好的力学承载作用，使其在实际制备的过程中，能有效改善应力吸收膜材料力学性能，同时玻纤纤维和聚酯土工布均与沥青料具有良好的结合强度，有效提高了应力吸收膜材料的力学性能。

第二方面，本申请提供一种高强型应力吸收膜材料的制备方法包括：S1、缠结改性纤维制备：按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、3～5份挤出纤维、6～10份改性填充纤维和1～2份硅烷偶联剂，混合并研磨过100目筛，得缠结改性纤维；S2、沥青预热：取基质沥青置于175～180℃，保温预热25～30min，得预热基质沥青；S3、HDPE溶胀：按配方称取HDPE并添加至预热基质沥青中，保温溶胀，得混合溶胀料；S4、搅拌剪切处理：按配方分别称量混合溶胀料、缠结改性纤维和硅溶胶置于搅拌装置中，搅拌剪切，收集剪切料并保温发育，得剪切料；S5、将剪切料浇覆至玻璃纤维布表面，待静置冷却至室温后，裁剪绕卷，即可制备得所述高强型应力吸收膜材料。

通过采用上述技术方案，由于本申请先通过将改性后的芳纶纤维与弹性体纤维有效缠结，并辅助硅烷偶联剂为改性材料，当产生裂缝时，芳纶纤维结构有效固定应力吸收膜材料的结构构型，再通过弹性纤维作为良好的应力卸载纤维，使整体的应力吸收膜具有良好的使用强度，同时后续浇覆在基体布表面，有效稳定了应力吸收膜材料的结构强度，从而有效改善了应力吸收膜材料力学性能。

进一步地，步骤S3所述的UHMWPE挤出涂层弹性材料邵氏硬度为45D。

通过采用上述技术方案，本申请采用石蜡油为改性材料，优化制备的UHMWPE的邵氏硬度，一方面，石蜡油的添加和引入可降低UHMWPE整体的体系粘度，改善超高分子量聚乙烯的成型加工流动性，另一方面，超高分子量聚乙烯在挤出过程中有明显的压力振荡现象，导致其加工窗口窄，所以通过添加石蜡油能有效缓解的压力振荡，改善超高分子量聚乙烯在加工过程中的稳定性。

进一步地，步骤S5所述的剪切料浇覆厚度为0.8～1.2mm。

通过采用上述技术方案，本申请通过优化剪切料浇覆厚度，防止其厚度过高导致吸收层和基布层之间的结合强度不佳，易在高强压力作用下产生离析的现象，同时也能有效阻止吸收层过薄降低了整体应力吸收膜材料的力学强度，进而有效改善了应力吸收膜材料的耐久性能。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

第一、本申请采用了热塑性弹性体替代传统方案中采用的废弃橡胶轮胎或橡胶颗粒材料，通过弹性体具有的优良的弹性强度，使其在使用过程中，优化对应力吸收膜的应力吸收强度，同时本申请采用了纤维结构代替传统胶粉结构，通过纤维材料对树脂和沥青之间形成良好的缠结性能，从而进一步改善应力吸收膜材料在实际使用和修复中所能承载的高强应力，从而有效提高了应力吸收膜材料力学性能。

第二、本申请通过在应力吸收膜材料中添加了芳纶纤维加以改性，由于芳纶纤维具有高强度和高模量的特点，同时还具有耐高温、耐腐蚀、密度低等优良性能，将其添加至应力吸收膜材料内部，使其作为吸收膜内部结构的骨架，有效分散应力膜所受到的压力，从而均匀分散并有效卸力，进一步改善了应力吸收膜材料力学性能。

第三、本申请通过氯化钙改性芳纶纤维，通过氯化钙与芳纶纤维发生络合反应，破坏了芳纶纤维表面结构被破坏，使其表面形成凹凸不平的结构，再通过多巴胺改性处理后，纤维表面的聚多巴胺涂层能与沥青材料形成良好的相容性能，从而在实际使用过程中，通过包覆有聚多巴胺涂层的纤维，有效改善其与沥青的结合强度，从而有效改善了应力吸收膜材料力学性能。

第四、本申请选用具有较高离力学强度的玻璃纤维布或者长丝聚酯土工布为原料，使其在使用过程中，通过有效负载沥青料并形成良好的力学承载作用，使其在实际制备的过程中，能有效改善应力吸收膜材料力学性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例中，所用的原料如下所示，但不以此为限：

原料：

SBS树脂：金华市搏佳塑胶科技有限公司生产的牌号为KY1303H的SBS树脂。

TPV树脂：东莞市长翀塑胶有限公司生产的牌号为GPV30C1的TPV树脂。

TPU树脂：佛山市品臣贸易有限公司生产的货号为55A-75D的TPV树脂。

实施例

制备例1

改性芳纶纤维制备：取1000g芳纶纤维添加至6000g质量分数8％氯化钙溶液中，在75℃下保温反应3h，静置冷却至室温，用去离子水洗涤3次后，干燥得预处理芳纶纤维；再100g取预处理芳纶纤维、450g质量分数2％多巴胺水溶液和450g去离子水，搅拌混合并置于室温下静置20h后，离心分离并收集下层沉淀，真空冷冻干燥，得改性芳纶纤维1；

热塑性弹性体纤维制备：取1000g热塑性弹性体并将其置于微量混合挤出机中，熔融纺丝处理并收集纺丝共混弹性体纤维，控制纺丝温度为160℃，绕卷温度为15r/min，螺杆转速为25r/min，收集直径为0.2mm的热塑性弹性体纤维1，所述热塑性弹性体为等质量混合的SBS树脂、TPV树脂和TPU树脂。

制备例2

改性芳纶纤维制备：取1000g芳纶纤维添加至7000g质量分数8％氯化钙溶液中，在77℃下保温反应4h，静置冷却至室温，用去离子水洗涤4次后，干燥得预处理芳纶纤维；再125g取预处理芳纶纤维、475g质量分数2％多巴胺水溶液和475g去离子水，搅拌混合并置于室温下静置22h后，离心分离并收集下层沉淀，真空冷冻干燥，得改性芳纶纤维2；

热塑性弹性体纤维制备：取1500g热塑性弹性体并将其置于微量混合挤出机中，熔融纺丝处理并收集纺丝共混弹性体纤维，控制纺丝温度为165℃，绕卷温度为17r/min，螺杆转速为26r/min，收集直径为0.3mm的热塑性弹性体纤维2，所述热塑性弹性体为等质量混合的SBS树脂、TPV树脂和TPU树脂。

制备例3

改性芳纶纤维制备：取1000g芳纶纤维添加至8000g质量分数8％氯化钙溶液中，在80℃下保温反应5h，静置冷却至室温，用去离子水洗涤5次后，干燥得预处理芳纶纤维；再150g取预处理芳纶纤维、500g质量分数2％多巴胺水溶液和500g去离子水，搅拌混合并置于室温下静置24h后，离心分离并收集下层沉淀，真空冷冻干燥，得改性芳纶纤维3；

热塑性弹性体纤维制备：取2000g热塑性弹性体并将其置于微量混合挤出机中，熔融纺丝处理并收集纺丝共混弹性体纤维，控制纺丝温度为170℃，绕卷温度为18r/min，螺杆转速为28r/min，收集直径为0.5mm的热塑性弹性体纤维3，所述热塑性弹性体为等质量混合的SBS树脂、TPV树脂和TPU树脂。

实施例1

分别称量450g无水乙醇、30g热塑性弹性体纤维1、60g改性芳纶纤维1和10g硅烷偶联剂，混合并研磨过100目筛，得缠结改性纤维；取90号基质沥青进行预热处理，控制预热温度为175℃，保温预热25min后，在按质量比1:6，将1kgHDPE添加至预热后的6kg基质沥青中，保温溶胀10min，得混合溶胀料；分别称量450g混合溶胀料、100g缠结改性纤维和30g固含量15％硅溶胶置于搅拌装置中，搅拌剪切25min，收集剪切料并保温发育1h后，趁热将其浇覆至玻璃纤维布表面，控制浇覆厚度为0.8mm，待静置冷却至室温后，裁剪绕卷，即可制备得所述高强型应力吸收膜材料。

实施例2

分别称量475g无水乙醇、40g热塑性弹性体纤维2、80g改性芳纶纤维2和15g硅烷偶联剂，混合并研磨过100目筛，得缠结改性纤维；取90号基质沥青进行预热处理，控制预热温度为177℃，保温预热27min后，在按质量比1:7，将1kgHDPE添加至预热后的7kg基质沥青中，保温溶胀12min，得混合溶胀料；分别称量475g混合溶胀料、125g缠结改性纤维和40g固含量15％硅溶胶置于搅拌装置中，搅拌剪切27min，收集剪切料并保温发育1h后，趁热将其浇覆至玻璃纤维布表面，控制浇覆厚度为1mm，待静置冷却至室温后，裁剪绕卷，即可制备得所述高强型应力吸收膜材料。

实施例3

分别称量4500g无水乙醇、50g热塑性弹性体纤维3、100g改性芳纶纤维3和20g硅烷偶联剂，混合并研磨过100目筛，得缠结改性纤维；取90号基质沥青进行预热处理，控制预热温度为180℃，保温预热30min后，在按质量比1:8，将1kgHDPE添加至预热后的8kg基质沥青中，保温溶胀15min，得混合溶胀料；分别称量500g混合溶胀料、150g缠结改性纤维和50g固含量15％硅溶胶置于搅拌装置中，搅拌剪切30min，收集剪切料并保温发育2h后，趁热将其浇覆至玻璃纤维布表面，控制浇覆厚度为1.2mm，待静置冷却至室温后，裁剪绕卷，即可制备得所述高强型应力吸收膜材料。

实施例4

实施例4中只采用热塑性弹性体纤维为改性纤维，以制备应力吸收膜材料，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例5

实施例5中采用未改性的芳纶纤维与所述热塑性弹性体制备改性纤维，以制备应力吸收膜材料，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例6

实施例6中只采用30g纯SBS树脂制备的弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备应力吸收膜材料，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例7

实施例7中只采用30g纯TPV树脂制备的弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备应力吸收膜材料，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

实施例8

实施例8中只采用30g纯TPU树脂制备的弹性体纤维代替实施例1中的弹性体纤维，以制备应力吸收膜材料，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

性能检测试验

分别对实施例1～8制备的应力吸收膜力学性能进行检测。

检测方法/试验方法

（1）水泥板的成型：采用车辙板成型机碾压成型水泥稳定基层，经碾压成型。湿养2天后才可以拆模，水泥板厚度为5cm。

（2）在已经制成的水泥板上加铺2cm的应力吸收层。

（3）之后在利用加厚式车辙板实验在应力吸收层上面加铺实施例中的应力吸收膜。冷却48小时后拆模。

（4）最后运用直径为的钻芯机取芯进行试验，测定应力吸收膜力学性能。

具体检测结果如下表表1所示：

表1实施例1～8应力吸收膜性能检测表

参考表1的性能检测对比可以发现：

将实施例1～3进行性能对比，实施例2的力学性能明显提高，说明本申请实施例2这组分比例比较适合，通过本申请制备的应力吸收膜材料具有良好的力学性能。

将实施例1和实施例4进行性能对比，由于实施例4只采用热塑性弹性体纤维为改性纤维，以制备应力吸收膜材料，且实施例4性能显著降低，这说明本申请技术方案在应力吸收膜材料中再添加了芳纶纤维加以改性，有效分散应力膜所受到的压力，从而均匀分散并有效卸力，进一步改善了应力吸收膜材料力学性能。

将实施例1和实施例5进行性能对比，由于实施例5中采用未改性的芳纶纤维与所述热塑性弹性体制备改性纤维，以制备应力吸收膜材料，且实施例5性能显著降低，这说明本申请技术方案改性芳纶纤维，通过包覆有聚多巴胺涂层的纤维，有效改善其与沥青的结合强度，从而有效改善了应力吸收膜材料力学性能。

将实施例1和实施例6～8进行性能对比，由于实施例6～8中采调整了热塑性弹性体的组成，以制备应力吸收膜材料，且实施例5性能显著降低，这说明本申请技术方案采用多组分混合制备的方案，显著改善了应力吸收膜材料力学性能。

对比例

对比例1

对比例1中直接采用芳纶纤维替代本申请实施例1中的改性纤维，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例2

对比例2中在应力吸收膜材料的制备过程中，采用100目热塑性弹性体颗粒作为改性纤维的替代材料，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例3

对比例3中在应力吸收膜材料的制备过程中，未添加硅溶胶，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例4

对比例4中调节了剪切料浇覆厚度为0.5mm，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

对比例5

对比例5中调节了剪切料浇覆厚度为1.5mm，其余条件和组分均和实施例1的组分比例相同。

具体检测结果如下表表2所示：

表2对比例1～5性能检测表

参考表2的性能检测对比可以发现：

由对比例1与实施例1进行对比，从表2中可发现，对比例1力学性能均显著下降，可以说明，本申请通过将改性后的芳纶纤维与弹性体纤维有效缠结，并辅助硅烷偶联剂为改性材料，通过弹性纤维作为良好的应力卸载纤维，使整体的应力吸收膜具有良好的使用强度，同时后续浇覆在基体布表面，有效稳定了应力吸收膜材料的结构强度，从而有效改善了应力吸收膜材料力学性能和耐久性能。

将对比例2和实施例1进行对比可以发现，由于对比例2在应力吸收膜材料的制备过程中，采用100目热塑性弹性体颗粒作为改性纤维的替代材料，且由表2中可以看出，其力学性能显著下降，这说明本申请通过弹性纤维作为良好的应力卸载纤维，使整体的应力吸收膜具有良好的使用强度，从而有效改善了应力吸收膜材料力学性能和耐久性能。

将对比例3与实施例1进行性能对比可以发现，由于对比3在应力吸收膜材料的制备过程中，未添加硅溶胶，且其力学性能略有降低，这说明通过硅溶胶加以改性，有效改善了应力吸收膜材料的内部结构，从而有效提高了应力吸收膜材料力学性能和耐久性能。

将对比例4～5和本申请实施例1进行对比，由于对比例4～5调整了剪切料的浇覆厚度，导致力学性能有所下降，这说明本申请通过优化剪切料浇覆厚度，防止其厚度过高导致吸收层和基布层之间的结合强度不佳，易在高强压力作用下产生离析的现象，同时也能有效阻止吸收层过薄降低了整体应力吸收膜材料的力学强度，进而有效改善了应力吸收膜材料的耐久性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。