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长余辉路面自发光涂料研究及应用
2019年01月21日    阅读量:2315    新闻来源: 沥青路面  |  投稿
长余辉路面自发光涂料研究及应用 中国沥青网,sinoasphalt.com

摘要:将自发光、反应型高分子材料在一定相容剂作用下进行强制搅拌融合,并配合使用定量助剂,可形成一种用于道路建设的长余辉自发光涂料。该涂料白天吸收太阳光能量储能,晚上可自发光6h,主要应用于彩色化城市慢行步道系统装饰,湿地公园、山区公路等特殊路面的警示。目前该材料已在重庆市万盛区旅游大道和柳州市新柳大道试验段得到铺筑,效果显著中国沥青网sinoasphalt.com

 

关键词:自发光材料;长余辉涂料;荧光路面

 

近年来,随着城市道路交通的不断发展,人们对路面的安全警示、景观人文特色等要求不断提高,使得特殊路面铺装材料的研究日益深入。为此,一种既能够满足公路夜间安全警示和景观效果,又能够节约能源的长余辉自发光涂料便成为当今道路工程的研究热点。该材料是一种新型发光材料,兼具安全、美观、节能等诸多优势。这种新型材料在国内外已有许多尝试性研究,但目前仅对发光材料研究较多,对路面发光性能的研究却较少。2013年,英国剑桥太阳能发光公司在荷兰修筑了第1条镶嵌式发光路面和标线漆形式的荧光路面。2014年,国外报道标线漆路面效果不太理想,且荧光路面普遍存在发光强度较低、发光时间较短的问题。

 

针对以上问题,本文将对一种夜晚发光时间较长、冷施工的高分子聚合物自发光涂料进行研究。自发光涂料技术利用水性反应性聚合物的粘结与冷施工,以及荧光材料的发光作用,使自发光涂料具有较高的路用性能、施工性能以及满足特殊路面的功能化、景观化功能。本文主要基于水性高分子聚合物涂料技术,并结合荧光材料应用于道路铺筑的具体要求,通过试验对材料的性能进行研究,且通过组合设计来确定荧光材料的粘结性、耐磨性、抗滑性和老化性能。

 

自发光涂料组成研究

 

自发光涂料研究分为自发光材料试验和涂料性能试验2个部分,自发光材料试验研究发光材料的粒度、辉度性能;涂料性能试验研究胶结料与发光材料混合后的力学性能。

 

自发光材料试验

 

自发光材料选择及测试方法。试验时,选用了市面上发光强度与余辉时间较长的3类自发光材料,3类材料型号分别为ZX-1、ZX-2、ZX-3。

 

试样制备程序如下:将3种不同规格自发光材料置于DIN67510光源并激发10min后,测试其发辉度与时间的变化曲线;用蒸馏水将自发光材料按照1∶100的比例进行稀释,然后将稀释溶液加入激光粒度仪样品池中;打开循环系统,将样品混合均匀后进行测试,并以体积平均粒径来表征粒度大小。3类材料分别测试3次,中值粒径取平均值。

 

自发光材料性能测试。本文从粒度分布、辉度以及发光特性方面对自发光材料性能进行研究。

 

可知,ZX-1类材料粒径中值最小,累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径为24.302μm,辉度也明显强于ZX-2、ZX-3类。根据量子力学的基本原理,荧光材料吸收光能后跃迁到激发态,激发态会释放多出的全部能量而回到基态,这个过程会造成材料发光。由于ZX-1类材料粒径小、颗粒多,产生的散射光角就大,从而吸收、释放能量的强度也就越大,因此ZX-1类材料适合于荧光路面的性能研究。

 

试验时,对ZX-1类发光材料的粒度及发光特性曲线进行了测试。可以看出,ZX-1类材料的粒径较小,且较为集中,能够在低粘度高分子材料基体中分散且不沉降。可以看出,ZX-1类材料激发完成后辉度可达到10000mcd/m2以上,60min时辉度为107mcd/m2,480min后辉度为6.5mcd/m2,而肉眼可见的辉度为0.38mcd/m2,因此该类材料可满足GB/T24981.2—2010《稀土长余辉荧光粉试验方法》规范要求。

 

涂料性能试验

 

材料组成。反应型高分子聚合物材料(简称胶结料)由A、B双组分组成,A组分由主树脂、填料及其相容剂(MS-1)组成,该组分为乳白色均相稠状液体;B组分为专用透明固化剂(G-1)。将A、B组分按规定比例混合得到乳白色均相稠状液体,具有触变流动性。发光材料选用A类自发光材料。

 

试样制备。胶结料:将主树脂置于分散皿中,按比例加入填料,分散均匀;添加一定重量比例的MS-1相容剂,均匀分散15min;完成后即得到A组分;将A组分与B组分按照比例混合即得到胶结料。胶结料经7h反应后可固化成型。

 

自发光涂料:按胶结料∶自发光材料=2∶1的比例混合均匀,采用喷涂的形式制备测试用试件。

 

胶结料性能测试。本文主要从外观、拉伸强度、断裂伸长率、粘结强度、胶凝时间、固化时间等6个方面对胶结料进行性能,胶结料固化后性能指标见表2。

 

可知,胶结料为乳白色粘稠液体,固化后形成透明无色固体,可保证太阳光直射穿透,使得混合在胶结料中的荧光材料能够吸收和释放光源,从而达到夜间发光的目的。同时,胶结料还具有较好的力学性能,其强度高、柔韧性好、热固性能良好,是适用于荧光路面的优良材料。

 

自发光涂料路用性能研究。为深入了解自发光涂料的路用性能,基于拉拔试验、旋转耐磨试验、紫外老化试验等对荧光胶结料性能进行测试,主要考察荧光胶结料的粘结性能、耐磨性、抗滑性、老化性能和发光时间等,并通过路面设计试铺进行评价。

 

可知,自发光涂料的粘结强度在2.5MPa以上,质量损失小于0.1%,抗滑值大于路面规范要求,发光时间大于6h。

 

可知,荧光材料胶结料各项性能在紫外线老化后有明显降低,尤其是发光时间缩短了一半。分析其原因:紫外光照的介入使材料内部能力增加,自发光材料在紫外光照下易分解,分解后的自发光材料其储存光源的能力减弱,从而导致发光时间降低。另外,拉伸强度及断裂伸长率都有不同程度的降低,键力较小的部位发生断裂或重新结合,形成老化,导致胶结料性能衰变。

 

路面设计试铺

 

选择重庆市万盛区旅游大道和柳州市新柳大道绿化区作为荧光路面的试铺路段。万盛区试验段面积300m2,长150m,宽2m,采用荧光标线漆与荧光图案组合方案铺筑。试验段铺筑完成后,进行了发光时间检测试验。试验结果表明,材料养护12h后初步形成强度且可以开放交通,夜晚在无任何灯光情况下荧光路面发光时间约为6h。试验段完成半年后再次对其进行了检测,发现除路面表层污染外,路面完整度良好,无坑槽、脱落现象,无病害发生。柳州市试验段采用了荧光标线漆与荧光道钉、发光道钉混合搭配方案铺筑,试验段整体效果良好。

 

结论

 

1)采用透明反应型高分子材料与自发光材料复合制备的自发光涂料路用性能良好,具有一定的发光性能,适用于道路景观及警示铺装。

 

2)自发光材料属于新兴道路材料,其价格昂贵且应用范围较窄,作为一种景观装饰材料可小范围铺筑以点缀效果,不建议大面积推广应用。

 

3)发光涂料可作为一种警示材料应用于特殊路段,既满足公路夜间景观效果,又能够节约能源,且具有较好的发展前景。


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