杜仲胶改性沥青形状记忆性能的评价方法与流程

本发明是一种杜仲胶改性沥青形状记忆性能的评价方法，属于沥青路面材料技术领域。

背景技术：

近年来，由于科技发展和应用需求，各种新型材料得到了大力发展。形状记忆聚合物因为优异的形状记忆效应，在诸多领域得到了广泛应用，研究发现，形状记忆聚合物都具有两相结构，即记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相。这其中，聚合物的交联结构、部分结晶结构、聚合物的玻璃态、超高分子链的缠绕等为固定相，而产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相或发生玻璃态与橡胶态可逆转变(玻璃化温度tg)的相结构则为可逆相。形状记忆聚合物既可以是单一组分的聚合物，也可以是软化温度不同，但相容性良好的两种组分的共聚物或混合物。

聚合物本身具有复杂的微观结构特性。分子链的长度与直径相差悬殊，链柔软而易于互相缠结，每个分子链的长短不一，难以形成规整的完全晶体结构；且高聚物未经交联时，一旦加热温度超过其结晶熔点，就表现为暂时的流动性质，观察不出记忆特性；此外，研究与应用过程中，形状记忆性能又受到诸多因素的影响与制约。因此，很难对聚合物的形状记忆性能进行准确的量化与评价，难以找到有效的方法来提高某种材料的形状记忆性能。

近年来，中国经济发展迅速，导致人们出行量增多，车辆行驶里程加大，此外，大型货车以及超载车辆增多，给沥青路面带来了较大的负载，由此产生了严重的开裂病害，甚至破坏路面结构，影响沥青路面使用的耐久性和美观性。因此，道路研究人员希望将形状记忆材料加入到沥青中，赋予沥青路面形状记忆性能，同时，提出有效的方法来评价其形状记忆性能。

目前，研究人员对形状记忆性能通常用形状固定率、形状回复率、形状恢复速率等指标进行表征。形状固定率是指将形状记忆聚合物加热到变形温度，用外力对其实施变形，在外力约束下冷却到室温，除去外力后，材料在室温下其保持的形变量与受热时外力作用下的形变量之比。形状回复率是指形状记忆聚合物受热后平衡回复的形变与材料原固定的形变之比。形状回复速率是指形状记忆聚合物的形状回复率在10％～90％的温度范围内，单位时间热致形状记忆聚合物完成变形回复的百分比。形状记忆聚合物的固定率、回复率以及回复速率越高，形状记忆效果越好。

查阅文献发现，将形状记忆聚合物加入沥青，赋予沥青路面形状记忆性能研究较少，对沥青路面形状记忆性能的测试方法及表征手段较为单一，更多的研究集中在形状记忆聚合物本身，如种类的开发、改性的应用、多种驱动方式的扩展等。

本发明提供了一种不同于以往沥青路面进行拉伸、压缩以及剪切的形状记忆性能的测试方式，改为扭转试验，其表征手段也有了一定变化，利用扭转角变化比值进行形状记忆性能表征，不仅丰富了形状记忆性能的评价方法，还具有良好的可操作性。

技术实现要素：

(1)技术问题

本发明目的是提供一种杜仲胶改性沥青形状记忆性能的评价方法，解决目前杜仲胶改性沥青的形状记忆性能的测试方法的单一、表征方法的缺少，难以确定具有形状记忆性能的杜仲胶改性沥青最佳配方问题。

(2)技术方案

为了解决目前杜仲胶改性沥青的形状记忆性能的测试方法的单一、表征方法的缺少，难以确定具有形状记忆性能的杜仲胶改性沥青最佳配方问题。本发明提供一种杜仲胶改性沥青的形状记忆性能的评价方法，其技术方案如下：首先制备杜仲胶改性沥青，将其加工成立长方体试件，对测试形状记忆性能的扭转试验装置中部上端内边缘进行润滑后，将试件放入装置凹槽中，握住上部旋转把手，当装置上部(顶盖)旋转到一定角度时，用固定棒固定，记录扭转角θ1；然后在室温下维持试件在此扭转变形，取下固定棒和移除装置上部，让试件自由回转一段时间后，记录扭转角θ2，将试件放入烘箱中，使其充分发挥形状记忆性能进行回复，采用光学显微镜观察，测量回复后试件扭转角θ3，最后计算杜仲胶改性沥青的固定率、回复率，评价其形状记忆性能，并进一步优化杜仲胶改性沥青的配方和制备工艺。

(3)有益效果

形状记忆聚合物作为形状记忆材料，具有记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相两相结构，将其作为改性剂加入到沥青及其混合料中，能够赋予沥青形状记忆性能，起到自愈合效果，减少沥青路面开裂病害。但其复杂微观结构特性，有时难以观察出记忆特性；此外，研究与应用过程中，形状记忆性能又受到诸多因素的影响与制约。

因此，本发明提供一种不同于以往形状记忆聚合物进行拉伸、压缩以及剪切的形状记忆性能的测试方式，改为扭转试验，对沥青的形状记忆性能进行准确的量化与评价，不仅丰富了形状记忆性能的评价方法，增加了表征手段，还具有良好的可操作性。

附图说明

图1测试杜仲胶改性沥青形状记忆性能的扭转试验装置

1——装置上部(顶盖)2——装置中部(套筒)3——装置下部(底座)

4——圆形固定棒5——360°刻度线6——装置中部挖空区

7——旋转把手8——试件上凹槽9——试件

10——固定桩口11——固定桩12——固定棒插口

13——试件下凹槽

具体实施方式

本发明提供一种杜仲胶改性沥青形状记忆性能的评价方法，具体实施步骤如下：

(1)制备杜仲胶改性沥青，将其加工成长度为15mm，宽度为15mm，高度为60mm的长方体试件，对测试形状记忆性能的扭转试验装置中部上端内边缘进行适当润滑，减少摩擦力，方便上部旋转，将试件放在测试形状记忆性能的扭转试验装置凹槽中；

(2)在室温下握住上部旋转把手进行缓慢旋转，当装置上部(顶盖)旋转到一定角度时，停止旋转，将固定棒从装置上部(顶盖)贯穿插入装置中部(套筒)的固定棒插口中进行固定，记录此时试件的扭转角θ1；

(3)在室温下维持试件在此扭转变形，静置1h后，取下固定棒，将装置上部(顶盖)从装置中部(套筒)上面移除，让试件能够自由回转，放置24h后，记录此时试件的扭转角θ2；

(4)将试件放入与沥青路表面最高使用温度一致的烘箱中回复1h，使其充分发挥形状记忆性能进行回复，采用光学显微镜观察回复状况，并测量回复后试件的扭转角θ3；

(5)计算杜仲胶改性沥青试件的固定率(θ2/θ1)和回复率((θ2-θ3)/θ2)，评价杜仲胶改性沥青的形状记忆性能，据此进一步优化杜仲胶改性沥青的配方和制备工艺。

技术特征：

技术总结
本发明是一种杜仲胶改性沥青形状记忆性能的评价方法，属于沥青路面材料技术领域，为了解决目前杜仲胶改性沥青的形状记忆性能的测试方法的单一、表征方法的缺少、相关试验操作繁琐及难以确定其最佳配方问题。本发明首先制备出杜仲胶改性沥青，将其加工成长方体试件；然后利用测试形状记忆性能的扭转装置进行试验，测量在经过不同操作步骤后，杜仲胶改性沥青由扭转到回复后的扭转角；最后计算杜仲胶改性沥青的固定率、回复率，评价其形状记忆性能，据此进一步优化杜仲胶改性沥青配方和制备工艺。本发明提供的形状记忆性能评价方法，即解决了目前缺少杜仲胶改性沥青的形状记忆性能的测试方法，又丰富了形状记忆聚合物的形状记忆性能评价方法。

技术研发人员：李宁;许涛;许俊杰;袁峻
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2019.08.13
技术公布日：2019.10.18