一种压电路面材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种压电路面材料的制备方法，属于新材料技术领域。本发明专利技术采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纤维，经过预氧化和炭化处理制备出聚丙烯腈碳纤维，在碳纤维表面均匀涂覆一层导电银胶，即得压电材料，进行碳化时，还会发生脱氮反应形成更为规整的碳纤维结构，从而压电材料的力学性能；本发明专利技术将混凝土和压电材料混合，制备出压电路面材料，在沥青混合料中掺加导电石墨粉，有效提高沥青混合料的导电性能，且其路用性能能够满足规范要求；集料采用粗、细集料混合，主要起骨架作用和减小由于沥青材料在冷却硬化过程中所引起的体积变化，同时还作为沥青材料的廉价填充料，粗集料起骨架作用，细集料起锁紧和减少空隙的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种压电路面材料的制备方法
本专利技术涉及一种压电路面材料的制备方法，属于新材料

技术介绍
当车辆行驶经过路面时，通过压电陶瓷路面材料将动能转变为可利用的电能。其除了在公路上使用，同样也用于铁路、机场和车流量大的停车场，甚至人流量大的广场上。压电材料掺入路面材料中，制作成压电型路面材料，在满足交通功能的基础上进行发电，并可以收集到可观的电量，用于路面附属设施用电和电车的充电。利用路面的振动和变形可以实现高效、清洁能源的生产，还可以减小路面的振动和变形，延长路面的使用功能和寿命。此外，压电式振动发电是一种绿色环保技术，能够满足环境自适应供电的要求，具有长寿命、免维护等优点，应用前景广阔。但是现有的压电材料和沥青路面的兼容性差的问题，易导致路面的开裂和损坏。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有的压电材料和沥青路面的兼容性差的问题，易导致路面的开裂和损坏的问题，提供了一种压电路面材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，进行磁力搅拌处理，即得纺丝原液，将纺丝原液进行静电纺丝处理，即得复合纤维，将复合纤维置于温度为70～80℃的烘箱中干燥2～3h，即得干燥纤维，将干燥纤维进行预氧化处理，即得预氧化纤维，将预氧化纤维进行碳化处理，即得碳化纤维，在碳化纤维表面均匀涂覆上一层导电银胶，即得压电材料；（2）取沥青、压电材料、复合集料、钛酸钡，将沥青在温度为150～160℃下加热10～15min，即得基料，在基料中加入压电材料，进行高速剪切处理，即得混合物，在混合物中加入复合集料和钛酸钡，继续搅拌3～5min，即得前驱体，将前驱体置于涂有凡士林的模具中，进行荷载处理，冷却至室温，脱模即得坯体，将坯体进行极化处理，冷却至室温，即得压电路面材料。步骤（1）所述的将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，进行磁力搅拌处理的步骤为：按质量比1∶5∶1将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，在温度为40～50℃，搅拌速度为400～500r/min下磁力搅拌1～3h。步骤（1）所述的将纺丝原液进行静电纺丝处理的步骤为：将纺丝原液进行静电纺丝处理，选用12号针头，推进速度为1～2mL/h，接收距离为15～20cm，正压为14～14.5kV，负压为0.5～1kV，温度为25～27℃。步骤（1）所述的将干燥纤维进行预氧化处理步骤为：升温至300～350℃下将干燥纤维预氧化30～40min。步骤（1）所述的将预氧化纤维进行碳化处理步骤为：继续升温至1200～1300℃下将预氧化纤维碳化1～2h。步骤（2）所述的复合集料的制备步骤为：按质量比1∶2将粗集料玄武岩和细集料机制砂混合均匀，即得复合集料。步骤（2）所述的沥青、压电材料、复合集料、钛酸钡之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取40～50份沥青、20～30份压电材料、5～10份复合集料、1～10份钛酸钡。步骤（2）所述的在基料中加入压电材料，进行高速剪切处理步骤为：在基料中加入压电材料，在剪切速度为4000～5000r/min下高速剪切20～30min。步骤（2）所述的将前驱体置于模具中，进行荷载处理步骤为：将前驱体置于涂有凡士林的模具中，在压力为5～10MPa下荷载保持3～5min。步骤（2）所述的将坯体进行极化处理步骤为：将坯体在温度为50℃，电压为3kV/mm下极化10min。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术采用静电纺丝技术将导电石墨粉和聚丙烯腈共混进N,N-二甲基甲酰胺中，制备出导电性能良好的聚丙烯腈复合纤维，经过预氧化和炭化处理制备出聚丙烯腈复合碳纤维，在碳纤维表面均匀涂覆一层导电银胶，即得压电材料，在碳化过程中，已稳定化的聚丙烯腈发生脱水、脱氢和脱氮，在400～600℃和惰性气体存在下，氧化聚丙烯腈的含氧官能团发生脱水交联反应，形成稳定的梯形结构，这种梯形分子再经脱氢反应而联结成石墨类似的结构，当温度升高至600℃以上，进行碳化时，还会发生脱氮反应形成更为规整的碳纤维结构，从而提高压电材料的力学性能；聚丙烯腈纤维具有良好的耐气候性和防霉、防蛀等性能，同时具有良好的耐环境性和耐热性；（2）本专利技术将混凝土和压电材料混合，制备出压电路面材料，集料采用粗、细集料混合，主要起骨架作用和减小由于沥青材料在冷却硬化过程中所引起的体积变化，同时还作为混合材料的廉价填充料，粗集料提供骨架作用，细集料提供锁紧和减少空隙的作用；沥青是一种具有粘弹性的胶凝材料，它在混合料中起到粘结剂的作用，从而将不同尺寸规格的集料粘结在一起，并具有一定的力学强度，对沥青路面的一些破坏性能如抗裂性能、抗疲劳性能、抗老化性能等能起到重要的作用；（3）本专利技术中聚丙烯腈具有较大的偶极矩，偶极矩的大小将直接影响高分子材斜的压电性能，偶极矩越大，压电性能才可能越好；3螺旋构象是一种类“弹簧”的结构，氢键的存在抵消了一部分氰基的偶极矩，而平面锯齿构象却可以保存一个完整的氰基的偶极矩；所以相比较3螺旋构象而言，平面锯齿构象具有更大的偶极矩；聚丙烯腈主要具有平面锯齿和3螺旋两种构象；在静电纺丝过程中，电场为会对每一根聚丙烯腈纳米纤维进行拉伸，拉伸作用可使聚丙烯腈纤维由3螺旋构象转变为平面锯齿构象，平面锯齿构象相比较3螺旋构象更有利于聚丙烯腈产生压电效应，且平面锯齿构象含量的增多可以提高聚丙烯腈的介电常数和输出电压，提高压电路面材料的压电性能。具体实施方式按质量比1∶5∶1将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，在温度为40～50℃，搅拌速度为400～500r/min下磁力搅拌1～3h，即得纺丝原液，将纺丝原液进行静电纺丝处理，选用12号针头，推进速度为1～2mL/h，接收距离为15～20cm，正压为14～14.5kV，负压为0.5～1kV，温度为25～27℃，即得复合纤维，将复合纤维置于温度为70～80℃的烘箱中干燥2～3h，即得干燥纤维，升温至300～350℃下将干燥纤维预氧化30～40min，即得预氧化纤维，继续升温至1200～1300℃下将预氧化纤维碳化1～2h，即得碳化纤维，在碳化纤维表面均匀涂覆上一层导电银胶，即得压电材料；按质量比1∶2将粗集料玄武岩和细集料机制砂混合均匀，即得复合集料；按重量份数计，分别称取40～50份沥青、20～30份压电材料、5～10份复合集料、1～10份钛酸钡，将沥青在温度为150～160℃下加热10～15min，即得基料，在基料中加入压电材料，在剪切速度为4000～5000r/min下高速剪切20～30min，即得混合物，在混合物中加入复合集料和钛酸钡，继续搅拌3～5min，即得前驱体，将前驱体置于涂有凡士林的模具中，在压力为5～10MPa下荷载保持3～5min，冷却至室温，脱模即得坯体，将坯体在温度为50℃，电压为3kV/mm下极化10min，冷却至室温，即得压电路面材料。实例1将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，进行磁力搅拌处理，即得纺丝原液，将纺丝原液进行静电纺丝处理，即得复合纤维，将复合纤维置于温度为70℃的烘箱中干燥2h，即得干燥纤维，将干燥纤维进行预氧化处理，即得预氧化纤维，将预氧化纤维进行碳化处理，即得碳化纤维，在碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电路面材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将聚丙烯腈、N,N‑二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，进行磁力搅拌处理，即得纺丝原液，将纺丝原液进行静电纺丝处理，即得复合纤维，将复合纤维置于温度为70～80℃的烘箱中干燥2～3h，即得干燥纤维，将干燥纤维进行预氧化处理，即得预氧化纤维，将预氧化纤维进行碳化处理，即得碳化纤维，在碳化纤维表面均匀涂覆上一层导电银胶，即得压电材料；（2）取沥青、压电材料、复合集料、钛酸钡，将沥青在温度为150～160℃下加热10～15min，即得基料，在基料中加入压电材料，进行高速剪切处理，即得混合物，在混合物中加入复合集料和钛酸钡，继续搅拌3～5min，即得前驱体，将前驱体置于涂有凡士林的模具中，进行荷载处理，冷却至室温，脱模即得坯体，将坯体进行极化处理，冷却至室温，即得压电路面材料。

【技术特征摘要】
1.一种压电路面材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，进行磁力搅拌处理，即得纺丝原液，将纺丝原液进行静电纺丝处理，即得复合纤维，将复合纤维置于温度为70～80℃的烘箱中干燥2～3h，即得干燥纤维，将干燥纤维进行预氧化处理，即得预氧化纤维，将预氧化纤维进行碳化处理，即得碳化纤维，在碳化纤维表面均匀涂覆上一层导电银胶，即得压电材料；（2）取沥青、压电材料、复合集料、钛酸钡，将沥青在温度为150～160℃下加热10～15min，即得基料，在基料中加入压电材料，进行高速剪切处理，即得混合物，在混合物中加入复合集料和钛酸钡，继续搅拌3～5min，即得前驱体，将前驱体置于涂有凡士林的模具中，进行荷载处理，冷却至室温，脱模即得坯体，将坯体进行极化处理，冷却至室温，即得压电路面材料。2.根据权利要求1所述的一种压电路面材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，进行磁力搅拌处理的步骤为：按质量比1∶5∶1将聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺和导电石墨粉混合，在温度为40～50℃，搅拌速度为400～500r/min下磁力搅拌1～3h。3.根据权利要求1所述的一种压电路面材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将纺丝原液进行静电纺丝处理的步骤为：将纺丝原液进行静电纺丝处理，选用12号针头，推进速度为1～2mL/h，接收距离为15～20cm，正压为14～14.5kV，负压为0.5～1kV，温度为25～27℃。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭春容，
申请(专利权)人：常州万博金属构件厂，
类型：发明
国别省市：江苏,32