彈性體及其復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,高等級公路建設步伐加快,對高性能、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,但改性瀝青高溫貯存不穩(wěn)定、改性成本高等缺點限制了其推廣應用。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)復合材料改性劑和核殼結構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械性能、相態(tài)結構、貯存穩(wěn)定性及流變學性質,探討了它們的改性機理,揭示了其貯存穩(wěn)定性和力學性能改善的內在原因。
　　 第一,采用熔融插層法制備了SBR/MMT復合材

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

4、基質瀝青為連續(xù)相的單相連續(xù)結構。高溫貯存穩(wěn)定性實驗表明,在一定SBR/MMT質量比和摻量范圍內,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數(shù)模量(G*)和較低的損耗因子(Tanδ),說明SBRfMMT復合材料改性劑改善了基質瀝青的黏彈性,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復合材料改性瀝青。X

5、RD、TEM研究分析發(fā)現(xiàn),當SBS與MMT質量比為5/1時,形成剝離型結構復合材料,其它比例為插層型復合材料。系統(tǒng)考察了不同質量比的SBS/MMT復合材料對改性瀝青性能的影響,比較了SBS改性瀝青、SBS/MMT復合材料改性瀝青,SBS、MMT簡單混合改性瀝青的結構與性能,發(fā)現(xiàn)SBS與MMT形成復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。質量比為5/5的SBS/MMT復合材料改性瀝青的各項物理性能最佳,高溫貯存穩(wěn)定性最

6、好,上下段軟化點的離析差僅為0.4℃。熒光顯微鏡分析發(fā)現(xiàn),SBS/MMT復合材料改性劑在基質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。動態(tài)力學性能分析發(fā)現(xiàn),SBR/MMT改性瀝青具有較高的復數(shù)模量(G*)和較低的損耗因子(Tanδ),同時復數(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都趨緩,表明SBS/MMT復合改性劑改善了基質瀝青的黏彈性。
　　 第三,采用種子乳液聚合法制備

7、了核殼結構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。對比考察了S/B不同質量比的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進行了改性瀝青的形貌觀察,并應用示差掃描量熱法(DSC)對瀝青的改性效果進行了定性分析。結果表明:核殼結構接枝聚合物對瀝青的高溫性能改善效果顯著,對低溫性能的改善效果不明顯;當S/B的

8、質量比為30/70時,核殼接枝聚合物對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