彈性體及其復(fù)合材料改性瀝青的性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代交通事業(yè)的發(fā)展,高等級(jí)公路建設(shè)步伐加快,對(duì)高性能、低成本改性瀝青的需求越來越大。聚合物改性劑由于其可改善瀝青的高溫剛性、低溫柔性以及溫度敏感性,一直是人們研究的熱點(diǎn),但改性瀝青高溫貯存不穩(wěn)定、改性成本高等缺點(diǎn)限制了其推廣應(yīng)用。本文采用熔融共混法與種子乳液聚合法,分別制備了丁苯橡膠/蒙脫土(SBR/MMT)、丁苯嵌段共聚物/蒙脫土(SBS/MMT)復(fù)合材料改性劑和核殼結(jié)構(gòu)聚丁二烯粒子接枝苯乙烯(PB-g-PS)、聚丁二烯粒子接枝苯

2、乙烯及瀝青組分(PB-g-PS/Asphalt)的接枝聚合物改性劑,利用高速剪切法研制出力學(xué)性能好、高溫貯存穩(wěn)定的SBR/MMT改性瀝青、SBS/MMT改性瀝青、PB-g-PS改性瀝青及PB-g-PS/Asphalt與SBR協(xié)同改性瀝青,系統(tǒng)地研究了各種改性瀝青的物理機(jī)械性能、相態(tài)結(jié)構(gòu)、貯存穩(wěn)定性及流變學(xué)性質(zhì),探討了它們的改性機(jī)理,揭示了其貯存穩(wěn)定性和力學(xué)性能改善的內(nèi)在原因。
　　 第一,采用熔融插層法制備了SBR/MMT復(fù)合材

3、料改性劑,利用高速剪切法獲得了力學(xué)性能好、穩(wěn)定化、低成本的SBR/MMT改性瀝青。XRD、TEM研究表明,彈性體SBR與無機(jī)蒙脫土形成了插層型或剝離型結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料?？疾炝瞬煌|(zhì)量比SBR/MMT改性瀝青的結(jié)構(gòu)與性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)SBR與MMT的質(zhì)量比為3/5時(shí),改性瀝青的性能最好,剝離型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料對(duì)改性瀝青性能的改進(jìn)貢獻(xiàn)較大。熒光顯微鏡的形貌觀察顯示,SBR/MMT復(fù)合材料以微球形結(jié)構(gòu)、呈點(diǎn)陣狀分布在基質(zhì)瀝青中,形成了以改性劑為分散相,以

4、基質(zhì)瀝青為連續(xù)相的單相連續(xù)結(jié)構(gòu)。高溫貯存穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明,在一定SBR/MMT質(zhì)量比和摻量范圍內(nèi),SBR/MMT改性瀝青高溫貯存穩(wěn)定,離析差均小于2.5℃。尤其是,SBR/MMT改性瀝青具有較高的復(fù)數(shù)模量(G*)和較低的損耗因子(Tanδ),說明SBRfMMT復(fù)合材料改性劑改善了基質(zhì)瀝青的黏彈性,可使其在高溫下的彈性明顯增加,溫度敏感性減弱,高溫抗車轍能力提高。
　　 第二,研制了高性能、穩(wěn)定化的SBS/MMT復(fù)合材料改性瀝青。X

5、RD、TEM研究分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)SBS與MMT質(zhì)量比為5/1時(shí),形成剝離型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,其它比例為插層型復(fù)合材料。系統(tǒng)考察了不同質(zhì)量比的SBS/MMT復(fù)合材料對(duì)改性瀝青性能的影響,比較了SBS改性瀝青、SBS/MMT復(fù)合材料改性瀝青,SBS、MMT簡(jiǎn)單混合改性瀝青的結(jié)構(gòu)與性能,發(fā)現(xiàn)SBS與MMT形成復(fù)合材料以后能更顯著地提高改性瀝青的物理性能和改善貯存穩(wěn)定性。質(zhì)量比為5/5的SBS/MMT復(fù)合材料改性瀝青的各項(xiàng)物理性能最佳,高溫貯存穩(wěn)定性最

6、好,上下段軟化點(diǎn)的離析差僅為0.4℃。熒光顯微鏡分析發(fā)現(xiàn),SBS/MMT復(fù)合材料改性劑在基質(zhì)瀝青中分散效果良好,即在高溫貯存以后也沒有沉降和聚集現(xiàn)象發(fā)生。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn),SBR/MMT改性瀝青具有較高的復(fù)數(shù)模量(G*)和較低的損耗因子(Tanδ),同時(shí)復(fù)數(shù)模量(G*)隨溫度升高而下降、損耗因子(Tanδ)隨溫度的升高而上升的趨勢(shì)都趨緩,表明SBS/MMT復(fù)合改性劑改善了基質(zhì)瀝青的黏彈性。
　　 第三,采用種子乳液聚合法制備

7、了核殼結(jié)構(gòu)PB-g-PS接枝聚合物瀝青改性劑,并首次在PB-g-PS的聚合過程中引入瀝青成分合成了PB-g-PS/Asphalt聚合物粒子。對(duì)比考察了S/B不同質(zhì)量比的PB-g-PS、PB-g-PS/Asphalt改性瀝青的物理性能及貯存穩(wěn)定性,利用SEM進(jìn)行了改性瀝青的形貌觀察,并應(yīng)用示差掃描量熱法(DSC)對(duì)瀝青的改性效果進(jìn)行了定性分析。結(jié)果表明:核殼結(jié)構(gòu)接枝聚合物對(duì)瀝青的高溫性能改善效果顯著,對(duì)低溫性能的改善效果不明顯;當(dāng)S/B的

8、質(zhì)量比為30/70時(shí),核殼接枝聚合物對(duì)瀝青的改善效果最佳;PB-g-PS/Asphalt改性瀝青的高溫穩(wěn)定性要明顯好于PB-g-PS改性瀝青,說明瀝青成分的引入提高了核殼接枝聚合物與基質(zhì)瀝青的相容性。
　　 第四,以PB-g-PS/Asphalt聚合物粒子為增容劑,制備了高低溫性能均較好的PB-g-PS/Asphalt、SBR協(xié)同改性瀝青。通過對(duì)改性瀝青的物理性能、高溫貯存穩(wěn)定性和橡膠相分散狀態(tài)等的分析,發(fā)現(xiàn)PB-g-PS/As