一种公路标识性组合材料及制备方法

技术领域

本发明属于公路标识性材料领域，具体涉及一种公路标识性组合材料及其制备方法。

背景技术

20世纪80年代以来，我国公路建设以前所未有的速度发展。至2019年底，全国公路通车总里程达到501.25万公里，其中高速公路14.26万公里，位居世界第一位。同时，汽车运输也开始进入一个快速发展的时期，交通量和轴载质量均显著增大。近年来，汽车货运有向大型重载方向发展的趋势，加上受经济利益的驱使，货运汽车轴载大幅度超限现象屡见不鲜。据调查，全国干线公路运输车辆中，超载车辆占满载车的50％以上，超载吨位一般为额定轴重的60～100％，特别是运煤车及矿业运输车超载吨位一般为额定轴重的50～200％；广西某二级公路连续抽样调查发现，中型载重货车和全挂车全部超载，超载10吨以上的占超载车辆的75％；天津市8吨以上载重车中超载车占30～70％，超载吨位一般为额定轴重的50～70％，最大达177％；天津津围公路车辆后轴重在10吨以上的载重汽车占31％，超载占25-40％，最大轴重达25吨。

随着交通量和车辆荷载的激增以及平均行车速度的提高，作为我国公路(特别是高等级公路)路面主要形式的沥青路面，早期损坏现象普遍存在，其中包括各种表现形式的水损坏、内部松散、坑洞、唧浆，车辙、泛油、不同类型的开裂等等，有功能性能方面的损坏，更有结构性能方面的损坏。而破坏产生的根本原因之一是重载和超载车数量的增大。因此，有效识别和限制超载车、控制路面行驶超载车数量是解决公路结构性损坏和早期损坏的有效手段。本发明针对公路重载及超载问题，提供一种公路标识性组合材料，辅助识别超载问题车辆，从而有效缓解公路沥青路面的结构性病害问题，为我国公路长寿命化发展提供相关依据。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种公路标识性材料标线组合物及制备方法，并将其应用公路工程中车辆荷载信息的接收和识别，填补公路运营过程中对于重载和超载车辆控制的空白，有效缓解由超重载车辆引起的道路结构性损伤和病害问题。

本发明提供了一种公路标识性组合材料，成分包括载体胶结材料、反光微珠材料、信息功能晶体材料、发光基质材料、敏化剂、疏水材料、电致变材料、辅助性材料及助剂。

优选的，本发明提供的一种公路标识性材料标线组合物，按重量份计，包括载体胶结材料30～42份、反光微珠材料10～18份、信息功能晶体材料10～20份、发光基质材料12～24份、敏化剂16～28份、疏水材料12～18份、电致变材料8～16份、辅助性材料6～12份及助剂4～10份。

更优的，按重量份计，包括载体胶结材料34～38份、反光微珠材料13～15份、信息功能晶体材料14～16份、发光基质材料16～20份、敏化剂20～24份、疏水材料14～16份、电致变材料10～14份、辅助性材料8～10份及助剂6～8份。

进一步优选，按重量份计，包括载体胶结材料36份、反光微珠材料14份、信息功能晶体材料15份、发光基质材料18份、敏化剂22份、疏水材料15份、电致变材料12份、辅助性材料9份及助剂7份。

优选的，所述的载体胶结材料为双组份道路标线涂料或热熔型标线材料中的一种。

更优的，载体胶结材料为双组份道路标线涂料。

优选的，所述的反光微珠材料为道路用玻璃珠，细度范围为30-80目，成圆率范围为90-95％。

更优的，反光微珠材料为细度为40目、成圆率为95％的道路用玻璃珠。

优选的，所述的信息功能晶体材料为偏锗酸锂、铌镁酸铅陶瓷或聚偏氟乙烯中的一种或多种的组合，材料的压电应变常数范围为800-1890pc/N，动态机电耦合系数范围为0.6-0.95。

更优的，信息功能晶体材料为压电应变常数为1890pc/N、动态机电耦合系数为0.89的铌镁酸铅陶瓷。

优选的，所述的发光基质材料为氧化钇、正磷酸钙或一铝酸钡中一种或多种的组合，紫外吸收波长范围为280～350nm，细度范围为300-400目。

更优的，发光基质材料为氧化钇、正磷酸钙二者的组合物。

优选的，所述的敏化剂为安息香甲基醚或2-异丙基硫杂蒽酮中的一种或多种的组合材料，紫外线吸收波长范围为252-386nm。

更优的，敏化剂为2-异丙基硫杂蒽酮。

优选的，所述的疏水材料为纳米二氧化硅或氢氧化锆一种或多种的组合，细度范围3-8nm，对水接触角范围为150-158°。

更优的，疏水材料为纳米二氧化硅和氢氧化锆的组合物。

优选的，所述的电致变材料为苯胺四聚体、氧化钨或3，4-乙撑二氧噻吩中的一种或几种，其中0V-8V条件下，材料的光学对比度范围为20-45％，着色响应时间范围为0.2-1.3s，褪色响应时间范围为。1.6-2.9s，着色效率范围为38-65cm

更优的，电致变材料为苯胺四聚体与3，4-乙撑二氧噻吩的组合物。

优选的，所述的辅助性材料为表面活性剂，具体为椰油基葡糖苷或脂肪酸山梨坦中的一种或多种组合，活性物含量范围为50-95％，重金属含量范围(以铅计)为3-20mg/kg。

优选的，所述的助剂为乙酸正丁酯、甲基异丁基酮或环己酮中的一种或多种组合，有效含量＞99.3％，有害挥发物质浓度范围为10-50mg/m

本发明还提供了包括以上任意一项所述的标识性材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将信息功能晶体材料、电致变材料与发光基质材料进行预混合，混合采用交融性剪切混合方式，即采用助剂溶解后进行剪切混合，完成剪切混合后的溶液进行低温真空干燥，获得组合物1；

(2)在组合物1中添加敏化剂，并进行超声波震荡混合后获取组合物2；

(3)采用疏水材料和辅助材料对组合物2及反光微珠材料进行疏水化和和表面改性处理，处理后进行真空干燥，获得组合物3和疏水反光微珠；

(4)在离型纸表面涂布载体胶结材料基底，干燥10-20分钟后，采用高压喷射装置将混合物3均匀喷布于基底材料表面，并撒布第一遍疏水反光微珠，覆盖度应达到90％以上，然后静置5-10分钟后，表面喷布一层透明色双组份标线涂料，然后再次均匀撒布疏水反光微珠，带涂料固化后即可完成制备。

(5)本发明制备的标识性材料去掉底部离型纸，涂抹胶结材料后可直接敷设在公路相应位置进行应用。

本发明提供了一种公路标识性材料标线组合物，主要由载体胶结材料、反光微珠材料、信息功能晶体材料、发光基质材料、敏化剂、疏水材料、电致变材料、辅助性材料及助剂等材料组成。本发明的作用机制主要如下：

信息功能晶体材料和电致变材料作为压力感知和信息转化的核心成分组成了本发明的压力信息感知和处理体系，当受到外界车辆荷载作用下，表层的反光微珠会直接接触车辆轮胎，将轴载由轮胎面作用转化为多点状作用，并传递至其下部的压力感知处理体系，信息功能晶体材料在受到多点状荷载作用后，其表面后产生局部的轴心偏移，引起电荷的正负失衡，从而导致电荷的定向移动形成微电流作用，而在其周围分布的电致变材料会通过辅助材料形成的螺旋式痕迹通道接收微电流传导，电流传导作用会诱发电致变材料的分子定向运动，从而产生颜色变化效应，而颜色变化引起的粒子效应会触发发光基质材料的吸光性作用，同时在敏化剂的配合和激发下，发光基质材料会持续转化电致变材料的粒子，而反光微珠则通过自身的光线折射和反射作用，将发光基质材料释放的光线传递至观察者的眼中，从而完成外界荷载作用信息的感知、处理及传递。同时，疏水材料不但可以阻止外界水分侵入标识材料，还可提高信息的传递效率，降低降水作用对于荷载作用信息传递的不良影响。而助剂主要控制材料制备过程中其内部的粒子碰撞和固化进程。

具体实施方式

本发明提供了一种公路标识性组合材料，通过添加载体胶结材料、反光微珠材料、信息功能晶体材料、发光基质材料、敏化剂、疏水材料、电致变材料、辅助性材料及助剂形成稳定的道路荷载检测标识体系，有效地解决现有技术针对重载和超载车辆检测技术不足的技术问题，缓解道路因重载和超载引起的永久性结构病害。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下就本发明实施例提供的一种公路标识性材料标线组合物做进一步说明。

实施例1

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括热熔型标线材料30份、道路用玻璃珠10份、偏锗酸锂10份、氧化钇12份、安息香甲基醚16份、纳米二氧化硅12份、氧化钨8份、椰油基葡糖苷6份及乙酸正丁酯4份。

道路用玻璃珠细度为30目，成圆率为90％，偏锗酸锂的压电应变常数为800/N，动态机电耦合系数为0.6，氧化钇细度为300目，氧化钨着色效率为45cm

实施例2

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括热熔型标线材料34份、道路用玻璃珠13份、偏锗酸锂14份、氧化钇16份、安息香甲基醚20份、纳米二氧化硅14份、氧化钨10份、椰油基葡糖苷8份及乙酸正丁酯6份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为90％，偏锗酸锂的压电应变常数为800/N，动态机电耦合系数为0.6，氧化钇细度为300目，氧化钨着色效率为45cm

实施例3

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括热熔型标线材料36份、道路用玻璃珠14份、偏锗酸锂15份、氧化钇18份、安息香甲基醚22份、纳米二氧化硅15份、氧化钨12份、椰油基葡糖苷9份及乙酸正丁酯7份。

道路用玻璃珠细度为50目，成圆率为95％，偏锗酸锂的压电应变常数为800/N，动态机电耦合系数为0.6，氧化钇细度为300目，氧化钨着色效率为45cm

实施例4

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括热熔型标线材料38份、道路用玻璃珠15份、偏锗酸锂16份、氧化钇20份、安息香甲基醚24份、纳米二氧化硅16份、氧化钨14份、椰油基葡糖苷10份及乙酸正丁酯8份。

道路用玻璃珠细度为60目，成圆率为95％，偏锗酸锂的压电应变常数为800/N，动态机电耦合系数为0.6，氧化钇细度为300目，氧化钨着色效率为45cm

实施例5

本实施例制备的标识组合材料，按重量份计，包括热熔型标线材料42份、道路用玻璃珠18份、偏锗酸锂20份、氧化钇24份、安息香甲基醚28份、纳米二氧化硅18份、氧化钨16份、椰油基葡糖苷12份及乙酸正丁酯10份。

道路用玻璃珠细度为80目，成圆率为95％，偏锗酸锂的压电应变常数为800/N，动态机电耦合系数为0.6，氧化钇细度为300目，氧化钨着色效率为45cm

实施例6

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料30份、道路用玻璃珠10份、聚偏氟乙烯10份、一铝酸钡12份、安息香甲基醚16份、氢氧化锆12份、3，4-乙撑二氧噻吩8份、椰油基葡糖苷6份及甲基异丁基酮4份。

道路用玻璃珠细度为30目，成圆率为90％，聚偏氟乙烯的压电应变常数为890pc/N，动态机电耦合系数为0.8，一铝酸钡细度为400目，3，4-乙撑二氧噻吩着色效率为54cm

实施例7

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料34份、道路用玻璃珠13份、聚偏氟乙烯14份、一铝酸钡16份、安息香甲基醚20份、氢氧化锆14份、3，4-乙撑二氧噻吩10份、椰油基葡糖苷8份及甲基异丁基酮6份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为90％，聚偏氟乙烯的压电应变常数为890pc/N，动态机电耦合系数为0.8，一铝酸钡细度为400目，3，4-乙撑二氧噻吩着色效率为54cm

实施例8

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料36份、道路用玻璃珠14份、聚偏氟乙烯15份、一铝酸钡18份、安息香甲基醚22份、氢氧化锆15份、3，4-乙撑二氧噻吩12份、椰油基葡糖苷9份及甲基异丁基酮7份。

道路用玻璃珠细度为50目，成圆率为95％，聚偏氟乙烯的压电应变常数为890pc/N，动态机电耦合系数为0.8，一铝酸钡细度为400目，3，4-乙撑二氧噻吩着色效率为54cm

实施例9

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、道路用玻璃珠15份、聚偏氟乙烯16份、一铝酸钡20份、安息香甲基醚24份、氢氧化锆16份、3，4-乙撑二氧噻吩14份、椰油基葡糖苷10份及甲基异丁基酮8份。

道路用玻璃珠细度为60目，成圆率为95％，聚偏氟乙烯的压电应变常数为890pc/N，动态机电耦合系数为0.8，一铝酸钡细度为400目，3，4-乙撑二氧噻吩着色效率为54cm

实施例10

本实施例制备的标识组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料42份、道路用玻璃珠18份、聚偏氟乙烯20份、一铝酸钡24份、安息香甲基醚28份、氢氧化锆18份、3，4-乙撑二氧噻吩16份、椰油基葡糖苷12份及甲基异丁基酮10份。

道路用玻璃珠细度为80目，成圆率为95％，聚偏氟乙烯的压电应变常数为890pc/N，动态机电耦合系数为0.8，一铝酸钡细度为400目，3，4-乙撑二氧噻吩着色效率为54cm

实施例11

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料30份、道路用玻璃珠10份、铌镁酸铅陶瓷10份、正磷酸钙12份、2-异丙基硫杂蒽酮16份、纳米二氧化硅12份、苯胺四聚体8份、脂肪酸山梨坦6份及环己酮4份。

道路用玻璃珠细度为30目，成圆率为90％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

实施例12

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料34份、道路用玻璃珠13份、铌镁酸铅陶瓷14份、正磷酸钙16份、2-异丙基硫杂蒽酮20份、纳米二氧化硅14份、苯胺四聚体10份、脂肪酸山梨坦8份及环己酮6份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为90％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

实施例13

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料36份、道路用玻璃珠14份、铌镁酸铅陶瓷15份、正磷酸钙18份、2-异丙基硫杂蒽酮22份、纳米二氧化硅15份、苯胺四聚体12份、脂肪酸山梨坦9份及环己酮7份。

道路用玻璃珠细度为50目，成圆率为95％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

实施例14

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、道路用玻璃珠15份、铌镁酸铅陶瓷16份、正磷酸钙20份、2-异丙基硫杂蒽酮24份、纳米二氧化硅16份、苯胺四聚体14份、脂肪酸山梨坦10份及环己酮8份。

道路用玻璃珠细度为60目，成圆率为95％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

实施例15

本实施例制备的标识组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料42份、道路用玻璃珠18份、铌镁酸铅陶瓷20份、正磷酸钙24份、2-异丙基硫杂蒽酮28份、纳米二氧化硅18份、苯胺四聚体16份、脂肪酸山梨坦12份及环己酮10份。

道路用玻璃珠细度为80目，成圆率为95％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

实施例16

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、道路用玻璃珠15份、铌镁酸铅陶瓷16份、正磷酸钙20份、2-异丙基硫杂蒽酮24份、氢氧化锆16份、苯胺四聚体14份、脂肪酸山梨坦10份及环己酮8份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为95％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

对比例1(无信息功能晶体材料)

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、道路用玻璃珠15份、正磷酸钙20份、2-异丙基硫杂蒽酮24份、氢氧化锆16份、苯胺四聚体14份、脂肪酸山梨坦10份及环己酮8份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为95％，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

对比例2(无电致变材料)

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、道路用玻璃珠15份、铌镁酸铅陶瓷16份、正磷酸钙20份、2-异丙基硫杂蒽酮24份、氢氧化锆16份、脂肪酸山梨坦10份及环己酮8份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为95％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，脂肪酸山梨坦活性物含量为95％。

对比例3(无发光基质材料)

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、道路用玻璃珠15份、铌镁酸铅陶瓷16份、2-异丙基硫杂蒽酮24份、氢氧化锆16份、苯胺四聚体14份、脂肪酸山梨坦10份及环己酮8份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为95％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，苯胺四聚体着色效率为65cm

对比例4(无敏化剂)

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、道路用玻璃珠15份、铌镁酸铅陶瓷16份、正磷酸钙20份、氢氧化锆16份、苯胺四聚体14份、脂肪酸山梨坦10份及环己酮8份。

道路用玻璃珠细度为40目，成圆率为95％，铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

对比例5(无玻璃珠和疏水材料)

本实施例制备的公路标识性组合材料，按重量份计，包括双组份标线涂料38份、铌镁酸铅陶瓷16份、正磷酸钙20份、2-异丙基硫杂蒽酮24份、苯胺四聚体14份、脂肪酸山梨坦10份及环己酮8份。

铌镁酸铅陶瓷的压电应变常数为1890pc/N，动态机电耦合系数为0.95，正磷酸钙细度为400目，苯胺四聚体着色效率为65cm

综上所述，依据交通行业标准《路面标线涂料》(JT/T 280-2004)和国家标准《道路交通标线质量要求和检测方法》(GB/T 16311-2005)对实施例和对比例制备的标识组合材料进行相关性能测试。实施例1～16及对比例1～5的性能测试数据如下表1～3所示。

表1 实施例1～8的性能测试结果

表2 实施9～16的性能测试结果

表3 对比例1～5的性能测试结果

备注：″一″代表标识材料承受外部荷载后无颜色变化。

由上表测试数据对比分析可知，在信息功能晶体材料、发光基质材料及电致变材料组成的荷载感知体系的作用下，本发明涉及的标识性材料可以实现对于荷载数据的转化和直观体现，而敏化剂激发和保证了信息转化的效率，反光微珠材料保证了信息的输出，疏水材料、辅助性材料及助剂则保证了整个标识体系的功效发挥稳定性，载体胶结材料将不同组分胶结为一个整体系统，从而保证本发明″压力感知一信息转化一信息传输″整个荷载判别过程的稳定和顺利，为道路重载及超载智能化快速识别提供新的途径。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。