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长安大学公路学院Yongxiang Ren等--石墨烯改性相变微胶囊对沥青混合料的改性机理及低温性能的提高
      本研究探讨了将商用石墨烯(CG)添加到改性相变微胶囊(MFPCM)的微胶囊壁材和改性沥青中的改性机理。为此,采用不同数量的CG和三聚氰胺甲醛(MF)树脂作为微胶囊壁材(正十四烷为芯材),制备了石墨烯改性相变微胶囊(CGMFPCM)样品。采用差示扫描量热仪(DSC)、同步热分析仪、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱仪对不同CG含量的MFPCM试样的微观结构和性能进行了表征。然后,采用高速剪切法制备不同含量正十四烷、MFPCM和CGMFPCM改性沥青试件。通过贯入试验、软化点试验和延性试验对改性沥青试件的常规性能进行了评价,通过SEM、FT-IR光谱仪和DSC对其微观结构和性能进行了研究。用电导仪测定了改性沥青和基体沥青的热力学特性。未发现添加的CG与MFPCM芯材或壁材发生化学反应。加入CG后,CGMFPCM试件结合了CG的高导热性能和MFPCM的相变性能。在MFPCM中添加0.45%的CG可以在不损害其热稳定性的情况下提高其热效率。相变材料对基础沥青的改性为物理改性,表明相变材料在基础沥青中简单分散,不发生化学反应。改性沥青制备过程中的高温加热和高速剪切降低了相变材料的有效含量。细观试验结果和宏观试验结果均证实了添加CGMFPCM后沥青的低温性能有所改善。
 
图1. 不同放大倍数下MFPCM微胶囊的SEM形貌。
  
图2. 不同放大倍数下CGMFPCM1微胶囊的SEM形貌。
  
图3. 不同放大倍数下CGMFPCM2微胶囊的SEM形貌。
  
图4. 不同放大倍数下CGMFPCM3微胶囊的SEM形貌。
 
 
图5. CG的FT-IR光谱。
 
 
图6. MFPCM的FT-IR频谱。
 
 
图7. CGMFPCM1的FT-IR频谱。
 
 
图8. CGMFPCM2的FT-IR频谱。
 
 
图9. CGMFPCM3的FT-IR频谱。
 
 
图10. CG和微胶囊FT-IR检测结果比较。
 
 
图11. 各微胶囊样品的DSC曲线:(a)第一次加热,(b)第一次冷却,(c)第二次加热。
 
 
图12. 微胶囊标本在不同范围内的TG曲线:(a) 30-550℃和(b) 180-350℃。
 
 
图13. 不同放大倍数下的基础沥青的SEM图像。
 
 
图14. 不同放大倍数下正十四烷改性沥青的SEM图像。
 
 
图15. MFPCM-改性沥青在不同放大倍数下的SEM图像。
 
 
图16. 不同放大倍数下CGMFPCM1改性沥青的SEM图像。
 
 
图17. 不同放大倍数下CGMFPCM2改性沥青的SEM图像。”
 
 
图18. 不同放大倍数下CGMFPCM3改性沥青的SEM图像。
 
 
图19. 基础沥青的FT-IR光谱。
 
 
图20. 正十四烷改性沥青的FT-IR光谱。
 
 
图21. MFPCM改性沥青的FT-IR光谱。
 
 
图22. CGMFPCM1改性沥青的FT-IR光谱。
 
 
图23. CGMFPCM2改性沥青的FT-IR光谱。
 
 
图24. CGMFPCM3改性沥青的FT-IR光谱。
 
 
图25. 基础沥青和改性沥青试样的DSC曲线:(a)第一次加热,(b)第二次加热。
 
 
图26. 基础沥青和改性沥青样本: (a)基础沥青; (b)正十四烷改性沥青; (c)MFPCM改性沥青; (d)CGMFPCM1改性沥青(CG质量占PCM壁材的0.15%); (e)CGMFPCM2改性沥青(CG质量占PCM壁材的0.3%); (f)CGMFPCM3改性沥青(CG质量占PCM壁材的0.45%)。
 
 
图27. 基础沥青和改性沥青试样的热导率。
 
 
图28. 基础沥青和改性沥青试件的比热容图。
 
       相关研究成果由长安大学公路学院Yongxiang Ren等人于2021年发表在Construction and Building Materials (https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.126301)上。原文:Modification mechanism and enhanced low-temperature performance of asphalt mixtures with graphene-modified phase-
change microcapsules。

转自《石墨烯研究》公众号

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