CN110423452A - 一种路用高强耐久快速修复材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种路用高强耐久快速修复材料及制备方法，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯、二异氰酸酯、超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯、杂环芳纶纤维、交联剂、硅烷偶联剂和消泡剂。该方法包括以下步骤：步骤一，优化超高分子量聚乙烯加工特性：步骤二，制备活泼聚乙烯复合粉体：步骤三，制备聚天冬氨酸酯‑聚乙烯复合粉体：步骤四，制备改性杂环芳纶纤维：步骤五，制备复合改性聚脲。本发明的修复材料能够大幅度缩短施工作业时间，快速修复路面局部破损；同时，该材料具有较高的强度和柔韧性，能够保障其与原有路面结合的长期稳定性，防止使用过程中二次破坏。
Description
技术领域
本发明属于道路材料领域，涉及路用材料，具体涉及一种路用高强耐久快速修复材料及制备方法。
背景技术
路面维修养护是当今道路工程领域面临的重要课题之一。据统计，近年来我国每年用于公路养护维修的经费就超过300亿元。随着我国公路交通网络逐渐完善，路面维修养护越来越受到重视。现有技术中，由于乳化沥青施工速度快、工艺简单，一般采用其作为路面局部破损修复材料，如授权公告号为CN102505601B的中国专利《一种沥青混凝土路面快速修复方法》等。然而，在实际应用中，乳化沥青修复材料的施工速度虽然比普通热沥青的要快，但仍然不能满足目前形势愈发严峻的路面养护需求。此外，乳化沥青修复材料的强度和耐冲击性较差，极易在车辆荷载的持续作用下与原有路面脱离，形成二次破坏。
发明内容
针对上述现有技术的不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种路用高强耐久快速修复材料及制备方法，解决现有技术中的修复材料的施工作业时间依旧较长，难以满足目前形势愈发严峻的路面养护需求的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种路用高强耐久快速修复材料，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯、二异氰酸酯、超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯、杂环芳纶纤维、交联剂、硅烷偶联剂和消泡剂。
本发明还具有如下技术特征：
所述的超高分子量聚乙烯的数均分子量为150～200万；所述的低分子量聚乙烯的数均分子量为1000～5000。
所述的杂环芳纶纤维的分子式为：聚合度为300～500。
所述的杂环芳纶纤维为长度2～4mm、直径10～15μm的短切纤维。
所述的聚天冬氨酸酯的聚合度为200～400；
所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的一种以上组合；
所述的交联剂为2，5-二甲基-2，5双过氧化叔丁基己炔-3或过氧化二异丙苯；
所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或烯丙基硅氧烷；
所述的消泡剂为乳化硅油。
具体的，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯35～40份、低分子量聚乙烯8～12份、杂环芳纶纤维52～60份、交联剂4～8份、硅烷偶联剂50～55份、消泡剂6～10份。
优选的，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36～38份、低分子量聚乙烯10～12份、杂环芳纶纤维56～60份、交联剂6～7份、硅烷偶联剂52～54份、消泡剂6～10份。
最优选的，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、低分子量聚乙烯10份、杂环芳纶纤维56份、交联剂6份、硅烷偶联剂52份、消泡剂8份。
本发明还保护一种路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法采用如上所述的路用高强耐久快速修复材料的配方，该方法包括以下步骤：
步骤一，优化超高分子量聚乙烯加工特性：
将超高分子量聚乙烯与低分子量聚乙烯两者进行物理熔融共混，在240℃～245℃之间进行短期加热，之后再冷却辊压成粉末状固体，制得聚乙烯复合粉体；
步骤二，制备活泼聚乙烯复合粉体：
用无水乙醇溶解交联剂，向含有交联剂的无水乙醇中加入聚乙烯复合粉体，搅拌的同时加热到65℃～70℃，超声分散混合均匀，然后挥发无水乙醇，干燥后制得含有交联剂的活泼聚乙烯复合粉体；
步骤三，制备聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体：
将配方比例三分之一的聚天冬氨酸酯在搅拌下均匀分散于无水乙醇中，然后加入活泼聚乙烯复合粉体制得悬浊液；然后将悬浊液加入球磨机的球磨罐中，球磨，球磨完成后挥发无水乙醇，干燥后制得聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体；
步骤四，制备改性杂环芳纶纤维：
将杂环芳纶纤维在无水乙醇中浸泡2h，再用蒸馏水洗涤除去纤维表面污渍，烘干；将烘干的杂环芳纶纤维加入二异氰酸酯中，然后超声分散，使得杂环芳纶纤维均匀分散于二异氰酸酯中，制得改性杂环芳纶纤维；
步骤五，制备复合改性聚脲：
向配方比例剩余三分之二的聚天冬氨酸酯依次加入步骤三制得的聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体和硅烷偶联剂，边加入边用玻璃棒搅拌至均匀分散；然后加热并维持溶液温度在75℃～80℃，然后加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和消泡剂，充分反应，最终制得复合改性聚脲，即路用高强耐久快速修复材料。
步骤一中，所述的短期加热的时间为15min～20min；
步骤二中，加热到65℃～70℃后持续搅拌5min；超声分散过程是通过超声波分散机超声分散30min；
步骤三中，所述的球磨过程中，按照球料质量比4:1的比例放入氧化锆球；
步骤四中，超声分散过程是通过超声波分散机超声分散30min。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的修复材料能够大幅度缩短施工作业时间，快速修复路面局部破损；同时，该材料具有较高的强度和柔韧性，能够保障其与原有路面结合的长期稳定性，防止使用过程中二次破坏。
(Ⅱ)本发明首次采用超高分子量聚乙烯和杂环芳纶纤维同时用于改性聚脲材料，首次制得固化快速、高强高韧耐冲击的路用修复材料。本发明的修复材料具有固化速度快、强度高、耐久性好等优异性能，将其应用于路面或桥面出现坑槽、裂缝等病害处，能够实现局部破损的快速修复，克服现有乳化沥青修复材料施工速度慢、耐久性差的的缺陷。
(Ⅲ)本发明使用超高分子量聚乙烯对聚脲进行优化处理时，区别于他人采用辐射、表面气相处理等复杂技术，通过先后采用低分子量聚乙烯、交联剂和硅烷偶联剂，实现了“熔融共混-激发活性-交联固化”这一优化工艺。具体如下：
首先，由于超高分子量聚乙烯的流动性、加工性较差，因此采用低熔点、低粘度的低分子量聚乙烯与超高分子量聚乙烯进行熔融共混，使得超高分子量聚乙烯的加工特性得到改善，从而能够更好地辊压成型为粉体材料后加入到聚天冬氨酸酯中。
其次，采用2，5-二甲基-2，5双过氧化叔丁基己炔-3或者过氧化二异丙苯作为交联剂，将其加热，使其受热分解为化学活性非常高的游离基，这些游离基能够夺取超高分子量聚乙烯分子中的氢原子，使超高分子量聚乙烯分子主链变为活性游离基，从而激发超高分子量聚乙烯活性，制得活泼超高分子量聚乙烯。
最后，将含有活泼超高分子量聚乙烯的聚天冬氨酸酯溶液与硅烷偶联剂、二异氰酸酯溶液混合。聚天冬氨酸酯与二异氰酸酯可以快速反应生成聚脲。与此同时，活泼超高分子量聚乙烯分子主链上含有活性游离基，能够与硅烷依次发生接枝、水解缩合反应，生成硅烷交联超高分子量聚乙烯。因为这两个反应同时进行，因此，硅烷交联超高分子量聚乙烯将完全均匀固化在聚脲中，改善聚脲的抗冲击强度。
(Ⅳ)本发明使用杂环芳纶纤维对聚脲进行优化处理时，采用超声分散机对杂环芳纶纤维进行处理，一方面可以使杂环芳纶纤维得表面杂质去除干净，另一方面可以使杂环芳纶纤维均匀分散在二异氰酸酯溶液中，之后当聚天冬氨酸酯与二异氰酸酯快速反应生成聚脲时，杂环芳纶纤维就可以快速被固化在聚脲中。由于杂环芳纶纤维以短切纤维的形式存在，因此聚脲快速固化时，均匀分散的杂环芳纶纤维能够在聚脲材料中形成紧密连接的网络模式，从而在结构和材料特性两方面共同改善聚脲的强度和柔韧性。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、低分子量聚乙烯10份、杂环芳纶纤维56份、交联剂6份、硅烷偶联剂52份、消泡剂8份。
本实施例中：
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的数均分子量为150～200万；低分子量聚乙烯(LMPE)的数均分子量为1000～5000。
杂环芳纶纤维的分子式为：聚合度为300～500。杂环芳纶纤维为长度2～4mm、直径10～15μm的短切纤维。
聚天冬氨酸酯的聚合度为200～400；
二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的一种以上组合，本实施例中具体优选甲苯二异氰酸酯。
交联剂为2，5-二甲基-2，5双过氧化叔丁基己炔-3或过氧化二异丙苯；
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或烯丙基硅氧烷；
消泡剂为乳化硅油。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，优化超高分子量聚乙烯加工特性：
将超高分子量聚乙烯与低分子量聚乙烯两者进行物理熔融共混，在240℃～245℃之间进行短期加热，之后再冷却辊压成粉末状固体，制得聚乙烯复合粉体；
步骤二，制备活泼聚乙烯复合粉体：
用无水乙醇溶解交联剂，向含有交联剂的无水乙醇中加入聚乙烯复合粉体，搅拌的同时加热到65℃～70℃，超声分散混合均匀，然后挥发无水乙醇，干燥后制得含有交联剂的活泼聚乙烯复合粉体；
步骤三，制备聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体：
将配方比例三分之一的聚天冬氨酸酯在搅拌下均匀分散于无水乙醇中，然后加入活泼聚乙烯复合粉体制得悬浊液；然后将悬浊液加入球磨机的球磨罐中，球磨，球磨完成后挥发无水乙醇，干燥后制得聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体；
步骤四，制备改性杂环芳纶纤维：
将杂环芳纶纤维在无水乙醇中浸泡2h，再用蒸馏水洗涤除去纤维表面污渍，烘干；将烘干的杂环芳纶纤维加入二异氰酸酯中，然后超声分散，使得杂环芳纶纤维均匀分散于二异氰酸酯中，制得改性杂环芳纶纤维；
步骤五，制备复合改性聚脲：
向配方比例剩余三分之二的聚天冬氨酸酯依次加入步骤三制得的聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体和硅烷偶联剂，边加入边用玻璃棒搅拌至均匀分散；然后加热并维持溶液温度在75℃～80℃，然后加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和消泡剂，充分反应，最终制得复合改性聚脲，即路用高强耐久快速修复材料。
上述制备方法中：
步骤一中，短期加热的时间为15min～20min；
步骤二中，加热到65℃～70℃后持续搅拌5min；超声分散过程是通过超声波分散机超声分散30min；
步骤三中，球磨过程中，按照球料质量比4:1的比例放入氧化锆球；
步骤四中，超声分散过程是通过超声波分散机超声分散30min。
实施例2：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯35份、低分子量聚乙烯12份、杂环芳纶纤维55份、交联剂7份、硅烷偶联剂55份、消泡剂8份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
实施例3：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯37份、低分子量聚乙烯9份、杂环芳纶纤维52份、交联剂5份、硅烷偶联剂53份、消泡剂8份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
实施例4：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯40份、低分子量聚乙烯8份、杂环芳纶纤维54份、交联剂5份、硅烷偶联剂52份、消泡剂10份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
实施例5：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯35份、低分子量聚乙烯10份、杂环芳纶纤维60份、交联剂6份、硅烷偶联剂51份、消泡剂7份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
实施例6：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯38份、低分子量聚乙烯11份、杂环芳纶纤维60份、交联剂7份、硅烷偶联剂54份、消泡剂6份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
实施例7：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、低分子量聚乙烯12份、杂环芳纶纤维57份、交联剂6份、硅烷偶联剂53份、消泡剂10份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
实施例8：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯39份、低分子量聚乙烯10份、杂环芳纶纤维58份、交联剂4份、硅烷偶联剂55份、消泡剂7份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
实施例9：
本实施例给出一种路用高强耐久快速修复材料，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯37份、低分子量聚乙烯11份、杂环芳纶纤维54份、交联剂8份、硅烷偶联剂50份、消泡剂6份。
本实施例中各原料的选择和规格要求与实施例1相同。
本实施例还给出上述路用高强耐久快速修复材料的制备方法，该方法与实施例1中的路用高强耐久快速修复材料的制备方法相同。
对比例1：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，只有消泡剂、聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯，不添加其他物质，即聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯两者直接反应合成聚脲，不进行超高分子量聚乙烯和杂环芳纶纤维的复合改性。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、消泡剂8份。
本实施例中原料的选择和规格与实施例1相同。
本对比例的修复材料的制备方法：将聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯两者直接混合。
对比例2：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，在聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯合成聚脲的过程中，只对其进行杂环芳纶纤维的改性，不对其进行超高分子量聚乙烯的改性。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、杂环芳纶纤维56份、消泡剂8份。
本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。
本对比例的修复材料的制备方法：只进行实施例1中的步骤四和步骤五，但步骤五中采用的是普通的未经改性的聚天冬氨酸酯，而不是聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体。
对比例3：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，在聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯合成聚脲的过程中，只对其进行超高分子量聚乙烯的改性，不对其进行杂环芳纶纤维的改性。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、消泡剂8份。
本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。
本对比例的的制备方法：只进行实施例1中的步骤三和步骤五，但步骤三中采用的是普通的未经改性的超高分子量聚乙烯，而不是活泼聚乙烯复合粉体制得悬浊液。且步骤五中不加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和硅烷偶联剂。
对比例4：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，在聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯合成聚脲的过程中，只对其进行普通分子量聚乙烯的改性，不对其进行杂环芳纶纤维的改性。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、普通分子量聚乙烯36份、消泡剂8份。
本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。所述的普通分子量聚乙烯的数均分子量为10～20万。
本对比例的修复材料的制备方法：只进行实施例1中的步骤三和步骤五，但步骤三中采用的是普通的未经改性的普通分子量聚乙烯，而不是活泼聚乙烯复合粉体制得悬浊液。且步骤五中不加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和硅烷偶联剂。
对比例5：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，在聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯合成聚脲的过程中，只对其进行超高分子量聚乙烯的改性，不对其进行杂环芳纶纤维的改性。此处的超高分子量聚乙烯经过加工特性的优化。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、低分子量聚乙烯10份、消泡剂8份。
本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。
本对比例的修复材料的制备方法：只进行实施例1中的步骤一、三和步骤五，但步骤三中采用的是步骤一制得的聚乙烯复合粉体，而不是活泼聚乙烯复合粉体制得悬浊液。且步骤五中不加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和硅烷偶联剂。
对比例6：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，在聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯合成聚脲的过程中，只对其进行超高分子量聚乙烯的改性，不对其进行杂环芳纶纤维的改性。此处的超高分子量聚乙烯是经过改性优化的活泼聚乙烯复合粉体。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、低分子量聚乙烯10份、交联剂6份、硅烷偶联剂52份、消泡剂8份。
本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。
本对比例的修复材料的制备方法：只进行实施例1中的步骤一、二、三和步骤五，但步骤五中不加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和硅烷偶联剂。
对比例7：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，在聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯合成聚脲的过程中，只对其进行超高分子量聚乙烯的改性，不对其进行杂环芳纶纤维的改性。此处的超高分子量聚乙烯是经过改性优化的活泼聚乙烯复合粉体，且质量扩大。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯92份、低分子量聚乙烯10份、交联剂6份、硅烷偶联剂52份、消泡剂8份。
本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。
本对比例的修复材料的制备方法：只进行实施例1中的步骤一、二、三和步骤五，但步骤五中不加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和硅烷偶联剂。
对比例8：
本对比例给出一种修复材料，本对比例与实施例1不同之处在于，在聚天冬氨酸酯和二异氰酸酯合成聚脲的过程中，只对其进行杂环芳纶纤维的改性，不对其进行超高分子量聚乙烯的改性。此处，杂环芳纶纤维的质量增大。
本对比例以重量份数计，由以下原材料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、杂环芳纶纤维92份、消泡剂8份。
本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。
本对比例的修复材料的制备方法：只进行实施例1中的步骤四和步骤五，但步骤五中采用的是普通的未经改性的聚天冬氨酸酯，而不是聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体。
性能测试结果：
为验证路用高强耐久快速修复材料的相关性能，根据《公路工程水泥混凝土用快速修补材料第2部分：聚合物修补材料》(征求意见稿)、《树脂浇注体性能试验方法》(GB/T2567-2008)、《塑料悬臂梁冲击强度的测定》(GB/T1843-2008)等的相关规定，对本发明实施例及对比例中所制得修复材料进行常温下(25℃)拉伸强度、断裂伸长率及抗剪切、抗拉拔和抗冲击强度等基本性能试验和室内模拟试验，结果如表1所示。
表1各实施例和对比例的性能试验结果
从表1中可知：
(1)分析实施例1～9和对比例1～4的各项指标，可以发现与未经改性处理的聚脲相比，普通分子量聚乙烯基本无法改善聚脲的强度和韧性，而超高分子量聚乙烯和杂环芳纶纤维则分别能显著改善聚脲的强度和韧性。随着超高分子量聚乙烯的增加，修复材料的拉拔强度、抗剪切强度、抗冲击强度等强度指标逐渐增大，拉伸强度和断裂伸长率等柔韧性指标略微减小，凝胶时间逐渐增长，但幅度不大。随着杂环芳纶纤维的增加，修复材料的拉伸强度和断裂伸长率等柔韧性指标逐渐增大，幅度较大；拉拔强度、抗剪切强度、抗冲击强度等强度指标逐渐增大，幅度较小；凝胶时间逐渐增长，幅度较大。
(2)分析对比例1、2、3、8的各项指标，可以发现与未经改性处理的聚脲相比，杂环芳纶纤维能较好的改善聚脲的强度和韧性，但主要集中在材料的柔韧性与层间黏结性能改善方面。在此基础上，再与实施例1～9进行对比，可以发现杂环芳纶纤维在对聚脲的韧性改善方面，要强于超高分子量聚乙烯，但是凝胶时间大大增加，这是由于杂环芳纶纤维采用短切纤维形式添加于聚脲中，相比于超高分子量聚乙烯粉体形式，其比表面积小，与溶液接触及反应时间要相对长一些。
(3)分析对比例1～8的各项指标，可以发现与未经改性处理的聚脲相比，超高分子量聚乙烯能较好的改善聚脲的强度和韧性，但主要集中在材料的强度，尤其是抗冲击强度的改善方面。在此基础上，再与实施例1～9进行对比，可以发现添加了低分子量聚乙烯后，可以降低修复材料的胶凝时间，这表明通过将低分子量聚乙烯与超高分子量聚乙烯熔融共混后能够改善超高分子量聚乙烯的加工特性。此外，添加交联剂和硅烷偶联剂后，形成交联超高分子量聚乙烯，修复材料的强度进一步增大。
(4)对比实施例1～9和对比例1～8的各项指标，可以发现综合各项性能指标实施例1性能最佳优异，最佳原材料组成为：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、低分子量聚乙烯10份、杂环芳纶纤维56份、交联剂6份、硅烷偶联剂52份、消泡剂8份。
Claims (10)
1.一种路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯、二异氰酸酯、超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯、杂环芳纶纤维、交联剂、硅烷偶联剂和消泡剂。
2.如权利要求1所述的路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯的数均分子量为150～200万；所述的低分子量聚乙烯的数均分子量为1000～5000。
3.如权利要求1所述的路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，所述的杂环芳纶纤维的分子式为：聚合度为300～500。
4.如权利要求1所述的路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，所述的杂环芳纶纤维为长度2～4mm、直径10～15μm的短切纤维。
5.如权利要求1所述的路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，所述的聚天冬氨酸酯的聚合度为200～400；
所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的一种以上组合；
所述的交联剂为2，5-二甲基-2，5双过氧化叔丁基己炔-3或过氧化二异丙苯；
所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或烯丙基硅氧烷；
所述的消泡剂为乳化硅油。
6.如权利要求1所述的路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯35～40份、低分子量聚乙烯8～12份、杂环芳纶纤维52～60份、交联剂4～8份、硅烷偶联剂50～55份、消泡剂6～10份。
7.如权利要求6所述的路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36～38份、低分子量聚乙烯10～12份、杂环芳纶纤维56～60份、交联剂6～7份、硅烷偶联剂52～54份、消泡剂6～10份。
8.如权利要求7所述的路用高强耐久快速修复材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：聚天冬氨酸酯100份、二异氰酸酯55份、超高分子量聚乙烯36份、低分子量聚乙烯10份、杂环芳纶纤维56份、交联剂6份、硅烷偶联剂52份、消泡剂8份。
9.一种路用高强耐久快速修复材料的制备方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1至8任一权利要求所述的路用高强耐久快速修复材料的配方，该方法包括以下步骤：
步骤一，优化超高分子量聚乙烯加工特性：
将超高分子量聚乙烯与低分子量聚乙烯两者进行物理熔融共混，在240℃～245℃之间进行短期加热，之后再冷却辊压成粉末状固体，制得聚乙烯复合粉体；
步骤二，制备活泼聚乙烯复合粉体：
用无水乙醇溶解交联剂，向含有交联剂的无水乙醇中加入聚乙烯复合粉体，搅拌的同时加热到65℃～70℃，超声分散混合均匀，然后挥发无水乙醇，干燥后制得含有交联剂的活泼聚乙烯复合粉体；
步骤三，制备聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体：
将配方比例三分之一的聚天冬氨酸酯在搅拌下均匀分散于无水乙醇中，然后加入活泼聚乙烯复合粉体制得悬浊液；然后将悬浊液加入球磨机的球磨罐中，球磨，球磨完成后挥发无水乙醇，干燥后制得聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体；
步骤四，制备改性杂环芳纶纤维：
将杂环芳纶纤维在无水乙醇中浸泡2h，再用蒸馏水洗涤除去纤维表面污渍，烘干；将烘干的杂环芳纶纤维加入二异氰酸酯中，然后超声分散，使得杂环芳纶纤维均匀分散于二异氰酸酯中，制得改性杂环芳纶纤维；
步骤五，制备复合改性聚脲：
向配方比例剩余三分之二的聚天冬氨酸酯依次加入步骤三制得的聚天冬氨酸酯-聚乙烯复合粉体和硅烷偶联剂，边加入边用玻璃棒搅拌至均匀分散；然后加热并维持溶液温度在75℃～80℃，然后加入步骤四制得的改性杂环芳纶纤维和消泡剂，充分反应，最终制得复合改性聚脲，即路用高强耐久快速修复材料。
10.如权利要求9所述的路用高强耐久快速修复材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述的短期加热的时间为15min～20min；
步骤二中，加热到65℃～70℃后持续搅拌5min；超声分散过程是通过超声波分散机超声分散30min；
步骤三中，所述的球磨过程中，按照球料质量比4:1的比例放入氧化锆球；
步骤四中，超声分散过程是通过超声波分散机超声分散30min。
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