本发明是一种高导热纳米碳纤维改性沥青制备方法，属于沥青路面材料制备领域。
背景技术：
沥青路面具有油耗低、噪音小、抗滑性好、车辆磨损小等优点，已被广泛应用于公路、城市道路、桥面铺装及机场跑道。我国高速公路中90％以上采用沥青路面。然而，我国幅员辽阔，冬季我国疆域普遍存在的道面积雪结冰问题，不仅降低了沥青路面行驶的安全性，更严重影响了国民经济的正常运行秩序，造成了巨大的经济损失。为解决严峻的冬季道面积雪结冰问题，最初采用撒铺氯盐融雪或撒铺碎石颗粒增大摩擦力，但很容易导致二次结冰或融雪后道面不安全的问题。
在此背景下，导电、导热沥青路面这类主动除冰融雪技术应运而生。传统的导电、导热沥青路面一般以石墨、炭黑、钢纤维、碳纤维、钢渣等材料作为填料，虽取得一定效果，但仍存在对沥青混合料路用性能产生不利影响、机理尚不明确等问题。随着纳米材料的发展，以纳米碳纤维为代表的新兴功能性材料在土木工程领域得到应用，可通过添加高导热纳米碳纤维来提高沥青及沥青混合料的导热性能。纳米碳纤维作为一种典型的纳米改性纤维，具备较高的强度和杨氏模量，较好的导电、导热、热稳定性及极好的表面尺寸效应。
纳米碳纤维结构细长，在平行于轴线与垂直于轴线方向上的导热性表现非常不同，纳米碳纤维平行于轴线方向的热传导性可以与具有最高的热传导率的金刚石相媲美，而垂直于轴线方向上，热传导率又非常小，利用这个特点，可在沥青中适当排列纳米碳纤维，以获得良好的各向异性热传导材料。此外，纳米碳纤维直径在50～200nm内而长度较长，是典型的一维纳米结构，当将纳米碳纤维作为沥青改性剂时，纳米碳纤维会在其中形成导热网链。同时，纳米碳纤维的存在促进了纤维之间的接触，使纤维在热流方向对齐，导热系数增加。综合以上优势，将纳米碳纤维作为改性剂时，改性沥青的导热性能将大大提高。
为了提高纳米材料改性沥青的导热性能，研究者们选用导热性能较好的纳米碳纤维作为改性剂，利用电磁感应导热技术或微波加热技术来进行道路的融雪化冰。但在制备改性沥青时，研究者们一般直接向沥青中加入纳米碳纤维制备纳米碳纤维改性沥青，并未考虑制备高导热纳米碳纤维作为改性剂，来制备高导热纳米碳纤维改性沥青，以提高沥青路面电磁感应加热及微波加热的效率。近年来，有部分学者发现，若利用纳米材料对纳米碳纤维进行修饰改性，可制得纳米复合碳纤维，制得的纳米复合碳纤维因具有纳米材料或特殊纳米结构所具有的独特性能，特定功能将会得到提升。为获得高导热纳米碳纤维，人们考虑综合各种材料的优点，鉴于填充型导热高分子材料具有成本低、操作简便、工业化方便等优点，人们选择无机纳米粒子，如添加纳米铝粉、纳米铜粉、泡沫金属等来进行高导热纳米复合碳纤维的制备，使制备高导热纳米碳纤维改性沥青成为可能，为提高沥青路面融雪化冰效率，保障人们出行安全打下基础。
因此，本发明根据纳米复合纤维的优势，选择纳米铜粉作为填料，制备出高导热纳米碳纤维作为改性剂用于沥青中，充分利用纳米碳纤维和导热高分子填料纳米铜粉优异的导热性能，使改性沥青导热性能提高，提高融雪化冰效率，保障人们出行安全，维护冬季交通秩序。
技术实现要素：
(1)技术问题
本发明目的是提供一种高导热纳米碳纤维改性沥青制备方法，解决目前仅考虑直接选用纳米碳纤维作为改性剂、未考虑利用高导热纳米碳纤维来制备改性沥青的问题，从而制备出高导热纳米碳纤维改性沥青，提高改性沥青电磁感应加热及微波加热的效率。
(2)技术方案
为了解决目前仅考虑直接选用纳米碳纤维作为改性剂、未考虑利用高导热纳米碳纤维来制备改性沥青的问题。本发明首先根据金属纳米粒子的高导热性，选取纳米铜粉修饰纳米碳纤维，制备铜/纳米碳纤维，然后将其作为改性剂制备高导热纳米碳纤维改性沥青，以提高改性沥青的导热性能，提供一种高导热纳米碳纤维改性沥青制备方法。本发明技术方案如下：采用静电纺丝法制得聚丙烯腈纳米纤维，经高温炭化、原位还原制得铜/纳米碳纤维，然后将铜/纳米碳纤维作为改性剂加入沥青中制得高导热改性沥青，并将改性沥青在模具中成型为表面平整光滑的圆柱形试样，最后应用快速导热系数测定仪对在室温下放置了2小时的试件进行导热系数的测定，以确定铜/纳米碳纤维的最佳掺杂量，进一步提高改性沥青的导热性能，提高沥青路面导热性，快速融雪除冰，改善冬季沥青路面行车环境。
(3)有益效果
沥青路面因具有油耗低、噪音小等优点被广泛运用于我国道路建设中，但我国幅员辽阔，冬季疆域的沥青路面普遍存在道面积雪结冰问题，不仅降低了沥青路面行驶的安全性，更严重影响了国民经济的正常运行秩序，造成了巨大的经济损失。本发明提供一种高导热纳米碳纤维改性沥青制备方法，根据沥青的导热系数确定高导热纳米碳纤维的最佳掺杂量，制备的铜/纳米碳纤维可用于沥青的改性，制备高导热纳米碳纤维改性沥青，对提高沥青路面冬季融雪化冰效率，保证车辆出行安全，维护正常交通秩序具有十分重要的现实意义。
具体实施方式
本发明提供一种高导热纳米碳纤维改性沥青制备方法，具体实施步骤如下：
(1)称取一定量的聚丙烯腈粉末溶于n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，并于恒温磁力搅拌器上搅拌至聚丙烯腈粉末完全溶解，配成质量分数为10％的纺丝液，用注射器抽取配置好的纺丝液，于静电纺丝装置上进行纺丝，针头接电源正极，滚筒接电源负极，并调节接收距离为20cm，流速为2ml/h，电压为20kv，制得聚丙烯腈纳米纤维；
(2)将适量的聚丙烯腈纳米纤维加入盐酸羟胺溶液中，于45℃水浴2h，用去离子水和无水乙醇洗涤后浸入0.5mol/l的cucl2溶液中反应12h，再次用去离子水和无水乙醇清洗干净，并放在真空烘箱中烘干；
(3)将完全干燥的聚丙烯腈纳米纤维放入真空管式炉中，在空气中以5℃/min从室温加热至270℃，保温4小时后在氮气中以5℃/min从270℃加热到800℃，保温1h，再将煅烧后的纳米纤维浸入水合肼溶液中进行原位还原，并室温超声分散1h，然后将纳米纤维取出放于真空烘箱中在30℃下烘干，制得铜/纳米碳纤维；
(4)将沥青加热至160℃，按照一定比例称取铜/纳米碳纤维，逐渐加入沥青中，用高速剪切乳化机剪切1h，冷却至室温，制得高导热纳米碳纤维改性沥青；
(5)将70ml改性沥青放入模具中成型为表面平整光滑的圆柱形试样，在室温下放置2h后用快速导热系数测定仪对试件进行导热系数的测定，经反复试验，调整铜/纳米碳纤维的添加量，使制得的铜/纳米碳纤维改性沥青导热率最高，确定铜/纳米碳纤维最佳掺量，提高沥青导热性能。
1.一种高导热纳米碳纤维改性沥青制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
(1)称取一定量的聚丙烯腈粉末溶于n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，并于恒温磁力搅拌器上搅拌至聚丙烯腈粉末完全溶解，配成质量分数为10％的纺丝液，用注射器抽取配置好的纺丝液，于静电纺丝装置上进行纺丝，针头接电源正极，滚筒接电源负极，并调节接收距离为20cm，流速为2ml/h，电压为20kv，制得聚丙烯腈纳米纤维；
(2)将适量的聚丙烯腈纳米纤维加入盐酸羟胺溶液中，于45℃水浴2h，用去离子水和无水乙醇洗涤后浸入0.5mol/l的cucl2溶液中反应12h，再次用去离子水和无水乙醇清洗干净，并放在真空烘箱中烘干；
(3)将完全干燥的聚丙烯腈纳米纤维放入真空管式炉中，在空气中以5℃/min从室温加热至270℃，保温4小时后在氮气中以5℃/min从270℃加热到800℃，保温1h，再将煅烧后的纳米纤维浸入水合肼溶液中进行原位还原，并室温超声分散1h，然后将纳米纤维取出放于真空烘箱中在30℃下烘干，制得铜/纳米碳纤维；
(4)将沥青加热至160℃，按照一定比例称取铜/纳米碳纤维，逐渐加入沥青中，用高速剪切乳化机剪切1h，冷却至室温，制得高导热纳米碳纤维改性沥青；
(5)将70ml改性沥青放入模具中成型为表面平整光滑的圆柱形试样，在室温下放置2h后用快速导热系数测定仪对试件进行导热系数的测定，经反复试验，调整铜/纳米碳纤维的添加量，使制得的铜/纳米碳纤维改性沥青导热率最高，确定铜/纳米碳纤维最佳掺量，提高沥青导热性能。