复合改性范文（精选10篇）
复合改性 第1篇
如何有效改善沥青的路用性能一直都是道路界研究的热点和重点。聚合物改性沥青以其优良的高温性能和低温性能备受青睐，聚合物改性沥青是在沥青中加入某些高分子聚合物(如SBS、EVA、PE、SBR等)，通过剪切、搅拌等方法使聚合物均匀地分散于沥青中形成沥青———聚合物共混材料，利用聚合物良好的物理化学性能来弥补沥青本身的缺陷，从而改善沥青材料的路用性能，提高沥青路面的服务水平和使用寿命。本文提到的废胶粉-SBS复合改性沥青广义上讲也属于聚合物改性沥青范畴，只不过是同时在基质沥青中加入了一定配比的废胶粉和SBS两种改性剂而已。
2 沥青的化学组分分析
四组分法是最常用的石油沥青化学组分分析方法。四组分法将沥青分离为饱和分、芳香分、胶质和沥青质。这种分析方法是按沥青中各化合物的化学组成结构来进行分组的，所以它与沥青的路用性能最为密切。
2.1 沥青质
深褐色至黑色的无定形物质，含量为5%～25%。没有固定的熔点，加热时先膨胀，到300℃以上时，分解生成气体和焦炭。含沥青质高的沥青，其软化点高，针入度小，延度小，低温易脆裂。
2.2 胶质
也称为树脂，半固体或液体状的黄色至褐色粘稠状物质，粘结力好，含量为15%～30%，是沥青的扩散剂或胶溶剂，赋予沥青可塑性、流动性和粘结性，改善沥青的脆裂性和提高延度。其化学性质不稳定，易于氧化转变为沥青质。
2.3 饱和分、芳香分
芳香分占40%～65%，是深棕色的粘稠液体;饱和分占5%～20%，对温度较为敏感。芳香分和饱和分都为油分，在沥青中起着润滑和柔软作用。油分含量愈多，沥青的软化点愈低，针入度愈大，稠度降低。
2.4 蜡分
蜡有石蜡和地蜡之分，地蜡是微晶蜡，沥青中的蜡主要是地蜡。在常温下，蜡都是以固体的形式存在，蜡对沥青的胶体结构、流变性、低温延度、粘附性都有较大的影响[2]。
3 沥青的结构形态
3.1 化学结构
根据目前的研究成果，沥青的化学结构与其技术性质有关。通常烷碳率高、侧链根数少、平均侧链长度长的沥青具有较高的感温性;芳烃指数值高、芳香环数多的沥青具有较好的粘附性;饱和碳率高的沥青耐候性好;分子量和聚合度越大，沥青的粘度也就越大。
3.2 胶体结构
现代胶体理论认为：沥青材料是一种胶体分散系它以固态微粒的沥青质为分散相，以液态的饱和分和芳香分为分散介质，过渡性的胶质起保护物质的作用，使分散相能够很好地胶溶于分散介质中，形成稳定的胶体结构。
根据沥青中各组分的化学特性、相对含量和流变特性的不同，可以形成不同的胶体结构，通常分为胶溶型(Sol Type)、溶-凝胶型(Sol-gel Type)和凝胶型(Gel Type)，结构如图1所示。其中，溶凝胶型是最理想的结构，粘性和感温性较好[1]。
4 改性机理分析
4.1 SBS的结构特点
SBS是以1,3-丁二烯和苯乙烯为单体，四氢呋喃为活化剂，以正丁基锂为引发剂在环己烷溶剂中采用阴离子聚合法得到的线型或星型嵌段共聚物。每个丁二烯链段的末端都连接着一个苯乙烯链段，若干个丁二烯段偶联则形成线型或星型结构[3]。因此，SBS改性剂分线型和星型两种结构：
SBS结构式[3]：
线型结构：[CH2-CH(C6H5)n-[CH2-CH=CH-CH2]a-[CH(C6H5)-CH2]n
星型结构：{[CH3-CH(C6H5)]n-[CH2-CH=CH-CH2]n}4Si
4.2 废胶粉的结构特点
胶粉主要是由废旧轮胎破碎后经过化学或机械加工而制得，加工过程中其空间网络结构中的S-C键有部分被破坏，其交联密度降低，不如轮胎中的网络完整，其表面呈不规则的毛刺状且布满微观裂纹。胶粉按其粒径的大小可分为粉碎胶粉(12目～13目)、细碎胶粉(30目～47目)、精细胶粉(47目～200目)和超精细胶粉(200目以上)用来改性沥青的都是用的精细胶粉。
4.3 改性沥青加工工艺
沥青改性效果取决于改性剂和加工工艺，大多数改性剂都属于聚合物，分为树脂类和橡胶类。加工工艺大概分为：(1)直接投入法、(2)溶剂法、(3)高速剪切法。直接法是将改性剂直接投入正在搅拌的熔融(165～175℃)的沥青中，用普通搅拌器拌制成均匀的改性沥青产品;溶剂法是将改性剂加入到溶剂三氯乙烯中溶胀4h以上，加入到熔融的沥青中，用普通搅拌器搅拌60min，得到均匀的改性沥青;高速剪切法是利用高速剪切仪搅拌熔融(165～175℃)的沥青，一边搅拌一边加入改性剂，注意搅拌速率应由慢到快，半小时内增大到4000rpm。改性剂应慢慢投入。60min后，将加工出来的沥青放入165℃的烘箱内进行发育(48h)，从而得到改性沥青。
4.4 改性机理分析
沥青改性是一个物理共混过程，大分子聚合物加入沥青中后，通过溶胀与吸附可使沥青的组分构成发生一定的变化。我们知道聚合物改性剂由于其分子量比较大，与沥青之间的溶解性能较差，改性剂不可能以分子级分散于基质沥青中，基本上呈两相分布(改性剂相和沥青相)。改性剂颗粒和沥青之间的作用是通过相界面的分子间作用力来实现的，一部分小分子通过扩散运动可以进入改性剂内部，绝大部分沥青分子在相界面上与改性剂分子作用形成新的、区域性的结构，使SBS改性剂与基质沥青的界面性质逐渐产生过渡，形成良好的过渡结合，即SBS与基质沥青产生良好的相容作用。
SBS嵌段共聚物属于热塑性弹性体，具有多相结构，每个丁二烯链段(B)的末端都连接一个苯乙烯嵌段(S)，两端的苯乙烯嵌段聚合物在一起形成物理交联区域，成为分散相，而聚合在一起的丁二烯链段形成连续相，SBS通过聚苯乙烯的聚集形成一种三维结构，聚苯乙烯末端基团使沥青强度增加;PB和PS链段使SBS具有两个玻璃化温度：Tg1为-80℃左右，Tg2为90℃左右。两个玻璃化温度使沥青呈现出高弹性的特点，在高温下不软化，低温下不发脆。在SBS改性沥青的制备过程中，SBS与沥青在热状态混合下，原来的胶体结构平衡被破坏，SBS的端基产生软化，并产生一定的流动，中基则吸收沥青中的油分并形成体积增大许多倍的海绵状材料，发生溶胀现象，建立新的胶体结构体系，在沥青中形成弹性的网络结构，这种网络结构具有理想的弹性、塑性和延伸性，使沥青的性能得到全面改善。
废胶粉与沥青同属非极性材料，能溶解于沥青低分子油分中，所以沥青本身也是废胶粉再生的良好软化剂。目前一般认为胶粉在沥青改性过程中发生两种变化：
(1)橡胶粉微粒的膨胀;(2)橡胶中交联网络的降解。
胶粉粒子体积小，数量多，在低温时它们与沥青基体的模量不同，可产生高度的应力集中，诱发大量银纹和剪切带，银纹和剪切带的产生和发展消耗大量的能量，因此可提高沥青的冲击强度和可塑性;而较大的胶粉粒子能防止单个银纹的生长和断裂，使其不致于很快发展为破坏性裂纹，改善沥青的低温柔韧性。
5 结语
改性沥青的研究与应用已进入实质性大规模生产阶段，但从目前实际工程中改性沥青的使用情况来看，还是存在一些不尽如人意的地方。主要问题是改性沥青的离析问题，即改性沥青的存贮稳定性问题。因此，尽管改性沥青如今已经十分普遍，但是仍有很多问题需要大家进一步研究和解决。
摘要：文中从沥青的化学组分入手,对废胶粉-SBS复合改性沥青的改性机理进行了分析研究,以便今后更好的开展复合改性沥青的研究和应用。
复合改性 第2篇
利用激发剂改性钢渣粉煤灰复合水泥活性的研究
以钢渣、粉煤灰、水泥熟料为主要原料,掺入少量激发剂,制备了早强钢渣粉煤灰复合水泥.研究了复合水泥组分和 不同激发剂对水泥性能的.影响,并通过SEM 分析了激发剂对复合水泥硬化浆体结构的影响.结果表明,当钢渣粉煤灰复合水泥的组成范围为熟料30%、钢渣35%～40%、粉煤灰25%～35%、石膏5.0% 时,掺入激发剂2.75%,性能指标达到国家标准42.5 复合水泥要求;掺入激发剂可进一步提高钢渣、粉煤灰的水化活性,加快复合水泥的水化速度,提高水泥的力学性能,缩短复合水泥的凝结时间.
作 者：万笃韬 李召峰 周宗辉 Wang Dutao Li Zhaofeng Zhou Zong 作者单位：济南大学材料科学与工程学院,250022刊 名：粉煤灰英文刊名：COAL ASH CHINA年，卷(期)：21(6)分类号：X757 TQ172.4+4关键词：激发剂 钢渣 粉煤灰 复合水泥
复合改性 第3篇
关键词：热稳定性；环氧树脂；改性纳米SiO2；介电性能
中图分类号： O631文献标识码：A
Abstract：The blending method was used to prepare nanoSiO2/epoxy composites， where nanoSiO2 was premodified using silane coupling agent. The influences of nanoSiO2 content on the microstructure， thermal stability and dielectric properties of SiO2/EP composites were studied by using IR， SEM， TGA， impedance analyzer et al. The microscopic mechanism of thermal stability and dielectric property evolutions of the SiO2/EP composites were also discussed. with the increase of nanoSiO2 content， the thermal stability of SiO2/EP composites gradually increased， while the dielectric constant and dielectric loss factor of the composites decreased first and then increased. When the content of nanoSiO2 equaled 4%， the nanoparticles exhibited a uniform dispersion in composite， its dielectric constant was 2.86， and its corresponding dielectric loss was 0.023 53.
Key words：thermal stability； epoxy resin； modified nanoSiO2； dielectric properties
随着信息产业的飞速发展， 人类社会正稳步朝着高度信息化的方向发展，信息处理与信息通讯正构成高度信息化科学技术领域发展中的两大技术支柱.以高速计算机、示波器、IC测试仪器为主体的信息处理技术追求信息处理的高速化、容量的增大化和体积的小型化；以手机、卫星通讯及蓝牙技术等为代表的信息通讯技术追求多通道数、高性能化和多功能化，使得使用频率不断提高，进入高频甚至超高频领域.在高频电路中，由于基板介电常数越低，信号传播得越快；基板的介电常数越小，损耗因数越小，信号传播的衰减越小[1]，因此，要实现高速传输、低能量损耗与小的传输延时，则对基板材料提出了更高的要求，即要求基板材料为低ε、低tanδ.此外，高的耐热性，低的吸水性和高的尺寸稳定性也是高频电路对基板材料的基本要求[2].传统的基板材料（FR4）所用的基体树脂主要为环氧树脂，因其成本低、工艺成熟而在印刷电路板中大量使用；但作为高频电路基板材料，却暴露出介电性能低劣、耐热性不佳、热膨胀率偏高、耐湿性差等缺陷.因此开发适合高频电路基板材料用的树脂体系是印刷电路板行业目前研究的一个重要方向，而对EP进行改性并借助EP较为成熟的生产和加工工艺研究、开发和制备新型的树脂体系，是制备高性能电路基板的一条非常经济有效的途径[3-5] .
研究表明，无机纳米粒子弥散分布的树脂基体材料，由于纳米粒子具有的表面特性和晶体结构使基体材料显示出一系列优异的性能[6-7]，其中纳米SiO2 改性树脂基体具有很多优异的性能[8-10]，但纳米SiO2表面存在大量的羟基使其表现为亲水性、易团聚，贮存稳定性差等缺点.因此纳米颗粒在树脂中的均匀分散是制备高性能纳米颗粒弥散分布有机树脂的一个重要环节[11].
本文采用硅烷偶联剂KH570改性纳米SiO2粉体，通过共混法制备了高性能SiO2EP树脂复合材料，并对其微观结构、热稳定性和介电性能进行研究.
1实验部分
1.1原料
纳米SiO2质量分数≥99.5%，粒径15 nm，杭州万景新材料有限公司；苯（A.R.）、二甲苯（A.R.）、无水乙醇、H2O2 （30 %，A.R.），γ2（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（A.R. KH570）、环氧树脂（E44，6101）（湖南三雄化工厂）、固化剂聚酰亚胺（低分子650）（湖南三雄化工厂）.
1.2SiO2改性环氧树脂复合材料的制备
参考文献[11]，采用 γ2（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570）对纳米SiO2进行表面改性处理得到亲油性纳米SiO2粉体.
SiO2改性环氧树脂复合材料的制备工艺如下（以2% SiO2EP为例）：取2 g亲油性SiO2粉体，超声分散于80 mL二甲苯中，然后加入49 g环氧树脂，搅拌均匀后再加入49 g的聚酰胺固化剂，超声分散搅拌均匀，最后将混合体系倾入铝制模具中，放置于烘箱中先于120 ℃预固化2 h，再升温至150 ℃固化3 h，最后于180 ℃固化1 h得最终试样.
为对比不同试样的性能，采用相同工艺制备了未添加纳米SiO2的EP.不同组成的试样编号如表1所示.
1.3性能测试
采用傅立叶变换红外光谱（FTIR，Avatar360，Nicolet）研究改性纳米SiO2前后，不同试样中化学键的变化，判断可能发生的反应.操作条件：采用KBr压片法制样，测量的波长范围为（4 000～400） cm-1.
采用扫描电子显微镜（SEM，JSM6700F，Jeol）表征微观形貌，观察纳米颗粒在复合材料中的分散情况.
用STA449C综合热分析仪研究试样的热稳定性.操作条件：样品质量为25～35 mg，Ar流量为50 mL·min-1，升温速率为10 ℃·min-1，温度变化范围为（0～800） ℃.
介电常数是指介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，在相同的原电场中某一介质中的电容率与真空中的电容率的比值. 介电损耗是电介质在交变电场中，由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象.SiO2改性环氧树脂复合材料的介电常数和介电损耗采用美国安捷伦公司生产的Agilent 4991A高频阻抗分析仪测试，测试频率为1 M～1 G，测试夹具为美国安捷伦公司生产的Agilent16453A介电性能测试夹具.
2结果与讨论
2.1FTIR分析
图1为3种试样的红外图谱.对改性纳米SiO2而言，位于1 103 cm-1左右的一个宽强峰及812 cm-1附近的一个尖峰属于Si-O-Si键的对称振动峰（νSi-O-Si） .波数为1 395 cm- 1 的吸收峰属于νSiO-H的伸缩振动峰；波数为1 637 cm-1 处的吸收峰属于νC = C 的伸缩振动峰，波数为1 606 cm-1 处的吸收峰归属于νC-C的收缩振动峰，这两种化学键均来自于硅烷偶联剂KH570，从这几个吸收峰来看，硅烷偶联剂已经成功地连接在SiO2表面[11-12].同时由于改性纳米SiO2中仍存在Si-OH键振动峰，表明偶联剂在纳米SiO2表面的反应进行得并不完全，偶联剂用量对SiO2改性效果的影响有待进一步研究.
由于聚酰亚胺固化EP材料的官能团较多，本文重点分析添加改性SiO2后，相应官能团的变化.对比添加改性纳米SiO2前后EP的红外吸收，可知纳米SiO2在1 395 cm- 1处的峰消失，同时EP材料中出现于1 628 cm-1处的δCO-H和1 405 cm-1处的δN-H的强度降低甚至消失，表明硅烷偶联剂和改性纳米SiO2与EP树脂材料发生了化学反应，导致δCO-H和δN-H吸收峰强度降低或者消失.
波数/cm-1
2.2纳米SiO2添加量对EP热稳定性能的影响
图2为不同样品在Ar气氛下的热重（TG）曲线和微分热重（DTG）曲线.从图2（a）所示TG曲线可以看出，不同组成的试样在Ar气氛中的热失重过程相似，在300～500 ℃，在相同的温度下，随SiO2含量的增加，失重率显著升高；而当失重率相同时，随SiO2含量的增加，复合树脂对应的温度升高，表明其热稳定性增加.表2给出了不同试样一定失重率对应的温度.
从图2（b）所示DTG曲线可以看出，0#试样有两个峰值，这表明EP基体的分解可大致分为两个步骤，这两个失重峰对应的分别是环氧树脂基体的热分解和裂解残碳的氧化[13-14].随着添加量的增加，第一个峰值逐渐变平缓直到最后消失，而失重速率最大时对应的峰值温度（见表2）则逐渐升高，这也表明随添加量的增加，偶联剂的官能团和改性纳米SiO2表面残留的Si-OH与基体树脂的官能团发生了化学反应，从而提高了树脂基体的“牢固度”[15].添加量越多，“牢固度”增加的程度越大，从而导致基体材料的热稳定性逐渐提高.
由于环氧树脂及其固化剂含有较多的氧，因此尽管在惰性气氛中进行热分解研究，但其裂解后的残炭量几乎完全消失，残余质量与添加在其中的SiO2量相一致[14].
2.3纳米SiO2添加量对EP微观形貌的影响
图3为添加不同纳米SiO2颗粒的SiO2/EP复合材料的微观形貌图谱.从图3（a）中可以看出，未添加SiO2的试样断面较为粗糙；从图3（b）～（e）可以看出，随SiO2添加量的增加，其在EP中的分布由分散均匀，团聚少（图3（b） 和3（c）），逐步改为团聚明显，分散均匀性差（图3（d） 和3（e））.当添加量为4%时，纳米SiO2均匀地分散在EP基体中，粒径约为30 nm，对比原始SiO2尺寸，纳米颗粒还存在微弱的团聚现象.随添加量的增加，纳米SiO2团聚现象明显增加，当添加量增加到16%时，纳米颗粒出现严重的团聚现象，这将影响其介电性能.这种团聚一方面是由于纳米颗粒有很高的比表面积，同时由于偶联剂与纳米SiO2颗粒表面Si-OH反应得并不完全，导致纳米颗粒表面仍存在Si-OH，这些官能团彼此之间可以发生缩合反应导致颗粒团聚.
2.4纳米SiO2添加量对EP基体介电性能的影响
2.4.1纳米SiO2添加量对EP介电常数的影响
图4为不同试样的介电常数与测试频率的关系曲线图.从图4可以看出，5组试样的介电常数均随着频率的升高呈下降趋势.同时随着纳米SiO2添加量的增加，试样的介电常数呈先降低后升高的趋势.当添加量为4%时，试样的介电常数具有最低值.
log（f/Hz）
析认为，当纳米SiO2的添加量小于4%时，纳米SiO2添加到树脂基体后，形成了“ 核壳过渡层”结构，以“核”作为交联点使得复合材料的交联度提高，其极性基团取向活动变得困难， 因而复合材料的介电常数下降.而当纳米SiO2的添加量大于4%时，纳米SiO2本身介电性能较高的影响超过了其对树脂基体极性基团的“束缚”作用而产生了介电性能降低效应，这就导致复合材料介电常数的增加[16].
2.4.2纳米SiO2添加量对EP介电损耗的影响
图5为5种试样的介电损耗随频率的变化曲线.从图5可以看出，试样的介电损耗均随测试频率的增加先升高后降低；随着纳米SiO2加入量的增多呈现先降低后升高的趋势.同一测试频率下，当纳米SiO2的添加量为4%时，材料的介电损耗最低；当纳米SiO2的添加量为6%时，材料的介电损耗开始增加；当纳米SiO2的添加量为16%时，材料的介电损耗接近纯EP试样的介电损耗.
分析认为，复合材料的介电损耗取决于环氧树脂极性基团的松弛损耗和极性杂质电导损耗的共同作用.加入纳米SiO2后，一方面改性纳米SiO2表面的官能团可以与聚酰亚胺固化EP中的官能团反应，束缚了树脂基体中极性基团的运动，从而降低了松弛损耗；另一方面，改性后的纳米颗粒表面不可避免地存在一些极性基团，这些基团同时增加了电导损耗，复合材料的介电损耗正是这二者共同作用的结果.当纳米SiO2的添加量小于6%时，试样的松弛损耗的降低效果高于电导损耗的增加效果，所以试样的介电损耗均比纯EP的小.而当纳米SiO2的添加量为16%时，纳米SiO2出现明显的团聚现象，这就导致松弛损耗的效果迅速降低，从而导致试样总体的介电损耗接近纯EP试样[17].
3结论
利用硅烷偶联剂对纳米SiO2进行表面改性，通过共混法制备了不同纳米SiO2含量的SiO2/EP纳米复合材料，研究了SiO2的添加对复合材料微观结构、耐热性和介电性能的影响.结论如下：
1 ） 当纳米SiO2含量在0～16%时，随着纳米SiO2含量的增加，SiO2/EP纳米复合材料的热稳定性逐渐升高.
2） SiO2/EP纳米复合材料的介电性能随着测试频率的升高呈下降趋势.同一测试频率下，随着纳米SiO2添加量的增加，试样的介电常数呈先降低后升高趋势.
3）当纳米SiO2含量为4%时，复合材料的综合性能最优.其耐热性较好，介电性能最优（频率为1 GHz时，介电常数为2.86，介电损耗为0.023 53）.
参考文献
[1]祝大同. 高频基板材料的新技术发展[J].印制电路信息， 2001（8）：15- 19.
ZHU Datong. Development of new technology in high frequency PCB[J]. Printed Circuit Information， 2001（8）：15-19.（In Chinese）
[2]祝大同. 印制电路板制造技术的发展趋势[J].印制电路信息， 2003（12）：14 -21.
ZHU Datong. Developing trends of manufacturing technology for PCB [J]. Printed Circuit Information， 2003（12）：14-21.（In Chinese）
[3]孟季茹，梁国正. 聚苯醚改性环氧树脂基覆铜板的研制[J].复合材料学报， 2003， 20（1）： 74-78.
MENG Jiru， LIANG Guozheng. Preparation of the copper clad laminate based on modified epoxy with poly （2，6dimethyl1，4phenylene ether [J]. Acta Materiae Compositae Sinica， 2003， 20（1）：74-78. （In Chinese）
[4]赵立英， 马会茹，官建国. 聚醚链段长度对氨基聚醚环氧树脂力学性能的影响[J]. 高等学校化学学报， 2009， 30（7）： 1454-1458.
ZHAO Liying， MA Huiru， GUAN Jianguo. Influence of polyether segment length on mechanical properties of cured epoxy resins based on aminoterminated Poly（ethylene glycol） and diglycidyl ether of bisphenol [J]. Chemical Journal of Chinese Universities， 2009， 30（7）：1454-1458.（In Chinese）
[5]钱军民，李旭祥. 环氧树脂改性研究进展[J].工程塑料应用， 2001， 29 （10）： 50-53.
QIAN Junmin， LI Xuxiang. Advances in modification of epoxy[J]. Engineering Plastics Application， 2001，29（10）：50-53.（In Chinese）
[6]WANG Zhengzhi，GU Ping， WU Xiaoping，et al. Micro/nanowear studies on epoxy/silica nanocomposites [J]. Composites Science and Technology， 2013， 79： 49-57.
[7]LIN Jing， WU Xu， ZHENG Cheng，et al. Synthesis and properties of epoxypolyurethane/silica nanocomposites by a novel sol method and insitu solution polymerization route[J]. Applied Surface Science， 2014， 303： 67-75.
[8]柯昌美，段辉.环氧树脂基纳米复合材料研究进展[J]. 武汉科技大学学报：自然科学版， 2003（6）： 120-121.
KE Canmei， DUAN Hui. Research progress in epoxynanocomposites[J]. Journal of Wuhan Yejin University of Science and Technology：Natural Sciences，2003（6）：120-121.（In Chinese）
[9]MATEJKA L，DUSEK K， PLESTIL J，et al. Formation and structure of the epoxy silica hybrids [J].Polymer， 1998，40：171-181.
[10]张小华，徐伟箭.无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用[J]. 高分子通报， 2005， 6： 100-112.
ZHANG Xiaohua， XU Weijian. Application of inorganic nanoparticals in epoxy resin toughening[J]. Polymer Bulletin， 2005， 6： 100-112.（In Chinese）
[11]张祺，毕成，李耀刚，等. 纳米SiO2表面改性及其分散性能研究[J] 化工新型材料， 2008， 36（5）： 41-42.
ZHANG Qi， BI Cheng， LI Yaogang，et al. Study on surface modification of the SiO2 nanoparticles and dispersion[J].New Chemical Materials， 2008， 36（5）： 41-42.（In Chinese）
[12]常建华， 董绮功. 波谱原理及解析[M].2版.北京：科学出版社，2006：2.
CHANG Jianhua， DONG Yigong. The principle and analysis of spectrum[M].2nd ed. Beijing： Science Press， 2006：2.（In Chinese）
[13]陈敏孙，江厚满，刘泽金. 玻璃纤维/环氧树脂复合材料热分解动力学参数的确 定[J]. 强激光与粒子束， 2010， 22（9）： 1969-1972.
CHEN Minsun， JIANG Houman， LIU Zejin. Determination of thermal decomposition kinetic parameters of glassfiber /epoxy composite [J]. High Power Laser and Particle Beams， 2010， 22（9）：1969-1972.（In Chinese）
[14]WANG Xin， HU Yuan， SONG Lei，et al. Thermal degradation mechanism of flame retarded epoxy resins with a DOPOsubstitued organophosphorus oligomer by TGFTIR and DPMS[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis， 2011， 92： 164-170.
[15]LIN Chinghsuan，FENG Chenchia，HWANG Tingyu. Preparation， thermal properties， morphology， and microstructure of phosphorus containing epoxy/SiO2 and polyimide/SiO2 nanocomposites[J]. European Polymer Journal， 2007， 43： 725-742.
[16]徐曼，曹晓珑，俞秉莉. 纳米SiO2/环氧树脂复合体系性能研究— （SymbolIA@ ）复合材料的性介电特性和力学特性[J]. 高分子材料科学与工程，2005，21（1）：156-159.
XU Man， CAO Xiaolong ，YU Bingli. Study on properties of nanoSiO2/epoxy resin composite—（Ⅱ） electrical and mechanical properties[J]. Polymer Materials Science & Engineering， 2005， 21（1）：156-159.（In Chinese）
复合改性 第4篇
通常情况下,湿法改性是行之有效的白炭黑改性方法,将白炭黑与有机溶剂制成浆液,再与改性剂组成反应体系进行反应,进而制得改性白炭黑。在制备白炭黑的过程中直接对其进行改性,不仅工艺流程简单便捷,产品成本降低,而且有利于杂质离子的清洗,提高产品的分散性[13]。本实验采用复合改性剂对白炭黑进行改性,将少量改性剂加入到反应体系中,制备-改性同时进行,即可达到较好的改性效果。
1 实验部分
1.1 原料
水玻璃溶液,自制;丙酸、酒石酸钠,均为分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;邻苯二甲酸二丁酯(分析纯),沈阳东兴试剂厂;十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、正辛醇、聚乙二醇-6000(PEG-6000),乙醇,均为分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司。
1.2 实验方法
将水玻璃溶液稀释至合适的浓度后加入2%酒石酸钠作为稳定剂,置于1000mL三口烧瓶中,在70℃恒温条件下进行搅拌,使反应体系均匀,加入如表1所示的改性剂,然后控制丙酸的滴加速度,至pH=7时,反应停止,陈化24h,然后进行抽滤,利用无水乙醇离心洗涤5~7次,80℃下干燥24h,然后处理样品。
2 结果与讨论
2.1 红外光谱(FT-IR)分析
图1为不同改性剂对白炭黑改性的FT-IR谱图,图中4条曲线均出现了白炭黑的特征峰,分别在471、801、960和1102cm-1处,对应Si—O—Si的弯曲振动峰、对称伸缩振动峰、弯曲振动峰和反对称伸缩振动峰。3449cm-1附近的宽峰是—OH反对称伸缩振动峰,1636cm-1附近的峰为水的H—OH弯曲伸缩振动峰[14,15]。样品谱图与标准水合二氧化硅谱图一致。同时,3449cm-1附近的—OH反对称伸缩振动峰由于加入复合改性剂而显得不那么明显,特别是三者并用的复合改性剂制出的样品在3449cm-1附近的—OH反对称伸缩振动峰与1636cm-1附近的峰为水的H—OH弯曲伸缩振动峰明显减弱,这说明此样品表面的—OH数量大大减少了,改性效果最好。
2.2 X射线衍射(XRD)分析
如图2所示,a、b、c、d分别为用4类改性剂所得样品的XRD谱图,由图可知,4种样品仅在23°左右出现了一个弥散峰,可见所制备的样品均是非晶结构,产品为无定形非晶态的白炭黑粉末。曲线d是正辛醇/CTAB/PEG-6000并用时所得样品的XRD谱图,图中的弥散峰更加平缓,说明产品性能最好。这是因为改性剂延缓原生粒子结晶成核,从而呈现出明显的非晶态结构。
2.3 扫描电镜(SEM)分析
如图3所示,(a-b)分别为用4种改性剂所得样品的SEM图,图3(a)是采用PEG-6000/正辛醇作为改性剂,其团聚非常明显,几乎没有单独的颗粒,改性效果非常不明显。图3(b-c)分别为正辛醇/CTAB和CTAB/PEG-6000作为改性剂所得样品的SEM图,两图中团聚明显改善,可以找到单独的粒子。图3(d)为正辛醇/CTAB/PEG-6000并用制备的样品,可以看到颗粒分散较均匀,颗粒尺寸较小,这可能因为正辛醇的存在,将四面体的顶氧隔离脱水,极性分子靠与氧形成氢键来阻碍四面体的顶氧形成硅-氧联结,抑制颗粒的增长[16],同时PEG与CTAB的复配体系可以降低表面张力,CTAB可以吸附并覆盖在微粒上,抑制结晶的发生,从而控制粒径的大小。
[(a)PEG-6000/正辛醇;(b)正辛醇/CTAB;(c)CTAB/PEG-6000;(d)正辛醇/CTAB/PEG-6000]
2.4 吸油值(DBP)分析
用邻苯二甲酸二丁酯测定样品的吸油值(DBP),DBP是衡量白炭黑聚集程度的基本指标。DBP越高,其在复合材料中的分散性越好。本实验测试采用HG/T 3062—2008标准进行测定。DBP增大,在复合材料中的分散性也会提高。由图4可以看出正辛醇/CTAB/PEG-6000并用时DBP最高,疏水性最好。
3 结论
(1)由FT-IR分析可知,采用CTAB/正辛醇/PEG-6000并用改性效果更加明显,Si—O特征峰增强,疏水性增强。
(2)用CTAB/正辛醇/PEG-6000并用时,所得样品在XRD谱图中弥散峰更加平缓,非晶态明显,改性效果最好。
(3)SEM显示,CTAB/正辛醇/PEG-6000并用团聚明显改善,颗粒分散较均匀,粒子尺寸较小。
复合改性 第5篇
介孔材料SBA-15改性的复合凝胶聚合物电解质的制备及性能
以聚(甲基丙烯酸甲酯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯)(P(MMA-PEGDMA))共聚物为基体,介孔硅分子筛SBA-15为无机填料制备了复合凝胶聚合物电解质.采用原子力显微镜(AFM)、热重分析(TG)和交流阻抗(AC)等技术对其形貌、热稳定性及电化学性能进行了研究.结果表明:无机填料SBA-15与聚合物基体有较好的相容性;SBA-15的加入改善了聚合物电解质的热稳定性,提高了离子电导率,当W(SBA-15)=0.03时,离子电导率达最大值3.68×lO-3S/cm;并且掺杂SBA-15后,聚合物电解质的`电化学稳定性得到了提高,其电化学稳定窗口为4.9V(vs Li+/Li),可满足高性能锂离子电池的要求.
作 者：李秀琴 王先友 李娜 曹俊琪 胡涛 LI Xiu-qin WANG Xian-you LI Na CAO Jun-qi HU Tao 作者单位：湘潭大学化学学院,湖南湘潭,411105 刊 名：功能高分子学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF FUNCTIONAL POLYMERS 年，卷(期)： 21(3) 分类号：O631 关键词：聚合物电解质 SBA-15 离子电导率 电化学窗口 交流阻抗浅谈高粘复合改性橡胶沥青 第6篇
1.1 常规橡胶沥青技术的研究与应用发展
目前国内使用的橡胶沥青是将废旧轮胎加工成为橡胶粉, 高温状态下通过特定工艺流程将胶粉与沥青进行混合反应制成橡胶沥青, 具有粘附性好、抗老化性强、脆点低、高温粘度大等优点, 应用在道路铺设中, 起到了改善道路性能, 促进资源再利用的作用。我国橡胶沥青的应用技术起步较晚, 由于种种原因, 橡胶沥青的研发与应用时断时续。直到2003年, 引进美国和南非的技术和设备后, 在全国各地开始铺筑了一些试验路, 取得了良好效果。
我省于2008年在滨海路丹东段、省道本溪本桓线等工程项目中进行了路用性能测试。自引进橡胶沥青技术以来, 在全省普通公路系统共配备了橡胶沥青生产设备18套, 并制定《橡胶沥青设计施工技术指南》, 目前在县以上公路共计应用橡胶沥青混凝土路面640km, 橡胶沥青碎石封层680km。另外也逐步引入到高速公路建设中, 在沈吉、西开、丹通高速公路项目中分别在路面下封层和路面结构层中开展了试验应用。
1.2 常规橡胶沥青技术在目前条件下推广应用的主要问题
橡胶沥青技术在实际生产过程中也逐步暴露出一些限制其在现有条件下进一步推广应用的主要问题:
(1) 由于常规橡胶沥青高温状态下施工粘度衰减过快, 一般情况下要求必须在生产加工完成后6h内用完, 使得应用半径受时间限制大大缩小, 而普通公路生产条件落后, 运距相对较远, 行车干扰严重等因素影响, 通常满足不了6h的时限要求;
(2) 必须在现场加工橡胶沥青, 需要采购或租用橡胶沥青加工设备, 当用户的使用量较小时, 设备运行与拆装费将增加路用成本, 单位工程经济性不好;
(3) 有效粘度不可控, 对于不同路面结构或路面封层, 常规橡胶沥青难以准确匹配其施工粘度要求。
2 高粘复合改性橡胶沥青的反应机理与制备工艺
2.1 反应机理
高粘复合改性橡胶沥青是将轮胎橡胶粉粒和废旧塑料及添加剂形成的母料与基质沥青在充分预混的高温条件下 (180℃以上) 经过胶体磨剪切研磨形成的改性沥青胶结材料。制成的高粘复合改性橡胶沥青能显著表现出橡塑的物理力学性能。
室内分别对普通橡胶沥青、高粘复合改性橡胶沥青的橡胶颗粒分布情况在显微镜下放大40倍后, 进行镜像观察对比。可以看出:常规橡胶沥青颗粒较大, 离散分布;高粘复合改性橡胶沥青即经过剪切研磨工艺后, 橡胶颗粒发生化学胶溶, 颗粒相对变小;由于胶粉的密度比沥青大, 易在沥青中沉淀下来, 而塑料的密度小于沥青, 易在沥青中上浮, 胶粉和塑料通过有机助剂结合而成的大分子物质的密度和沥青的密度差别极小, 因而制成的“母料颗粒”在沥青中溶解后几乎不离析。同时, 在体系中加入特殊助剂, 使“母料颗粒”中断裂的硫键与沥青在特殊助剂的作用下进一步紧密结合, 因此整个橡胶改性沥青体系更加稳定。
2.2 制备加工
2.2.1 材料准备
(1) 基质沥青
用于加工橡胶沥青的基质沥青的选择, 原则上可以按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004划分的气候区域来选择, 我省属于2-2-2即夏热冬寒湿润区, 按照气候分区和多年的工程实践经验选择辽河石化生产的90#石油沥青, 其PG分级为58-22。
(2) 橡胶粉
按照我省普通公路《改性沥青市场准入管理制度》中对橡胶粉的技术指标要求准备橡胶粉, 其技术指标如表1。
(3) 塑料颗粒和化学有机助剂
属于化学领域研究范围和商业机密, 对材料要求不做探讨。
2.2.2 生产加工
(1) 制备高粘复合改性橡胶沥青母料。在载重卡车轮胎橡胶粉中加入塑料颗粒和微量的有机助剂、交联剂等物质, 在高混机中充分混合。充分混合的物料由供料装置均匀地进入一个特制的长径比很大的双螺杆挤出机中, 在高温剪切强力挤压下, 橡胶粉和塑料聚乙烯等高聚物发生分子间位移, 产生一些不饱和键, 发生化学接枝反应, 从而使母料产生极性, 更容易与沥青等胶接材料紧密结合。从挤出机中挤出的熔融状的物料经过冷却, 再造粒制成“母料胶粉颗粒”。
(2) 将制成的“母料颗粒”按比例 (18%~22%) 投到加热温度为190℃的90号基质沥青中, 进行搅拌预混, 之后进入胶体磨进行强力剪切研磨, 母料颗粒均匀溶解分散在基质沥青中, 在180℃的温度下反应45min至1h之后, 就生成稳定的高粘复合改性橡胶沥青。
高粘复合改性橡胶沥青的粘度控制由有机助剂的掺加量来控制, 可以根据不同要求制备不同粘度需要的“母料”, 用于制备成品改性沥青。
2.3 高粘复合改性橡胶沥青的主要技术指标
2.3.1 成品沥青实验室指标
从试验结果认定, 该沥青达到了PG分级的82-28等级指标。
2.3.2 与常规橡胶沥青的性能指标对比
(1) 软化点:分别为74.4和97.7, 均高于现行《指南》给出的大于50、58、65。
说明:高温性能优于常规橡胶沥青。
(2) 延度:分别为38.2和34.6, 均高于现行《指南》给出的大于10和5。
说明:低温性能优于常规橡胶沥青。
(3) 弹性恢复:分别为98.8和98均高于现行《指南》给出的大于50、55、60。
说明:抗疲劳性能优于常规橡胶沥青。
(4) 粘度 (180℃旋转粘度) :分别为7.325和2.357, 其粘度范围大于现行《指南》给出的1~5指标。
说明:可根据给出的不同要求生产各种粘度要求产品。
(5) 稳定性:经实验室对所取样品在180℃高温条件下持续7d的检测, 其粘度指标没有衰减 (如图2) 。
说明:材料稳定性优异, 能够满足一定施工周期内的储存与运输要求。
2.3.3 与SBS改性沥青 (I-C、I-D级) 对比
(1) 技术指标均优于SBS改性沥青。
(2) 较SBS改性沥青节省300元/t左右。
4 结论与展望
终上所述, 高粘复合改性橡胶沥青体现出了比较理想的室内试验指标, 应用前景广阔。
(1) PG分级指标大幅度提高, 延展了改性沥青的路用性能范围。对于普通公路而言, 由于投资条件的限制, 一直采取偏薄的路面典型结构, 因此在使用性能方面如何提高抗疲劳和抗开裂性能是应对路面早期破损、提高使用寿命的首要课题, 而高粘复合改性橡胶沥青在PG分级路用性能方面的提高, 无疑将有助于我们在这一领域的进步。
(2) 施工稳定性大幅度提高。可以保持较长时间存储稳定性, 为实现一定区域的工厂化生产, 拓展施工半径奠定了基础。同时降低了橡胶沥青加工对现场加工设备的依赖, 可以大大节约设备投入成本。
(3) 施工便易性大大提高。随着“胶粉母料”加工技术的不断成熟和后期中试工作开展的经验积累, 将可以实现不同工艺条件下的粘度调节需求, 使施工便易性和质量可控性大大提高。
(4) 随着粘度范围的大大拓展, 为新技术的应用加大了材料选择空间。比如今后的钢桥面铺装和长大纵坡路段的路面结构与材料设计等。
(5) 降低了产品价格, 提高了经济适用性。
摘要：阐述了高粘复合改性橡胶沥青的反应机理与制备工艺, 并介绍了其主要技术指标。
复合改性 第7篇
关键词：泡沫石膏,复合助剂,改性,保温性能,导热系数
近年来, 有机保温材料外墙保温系统火灾事故时有发生, 给人们的生命财产带来了很大的损失, 开发低碳与不燃型保温材料迫在眉睫。建筑石膏具有质轻、防火、保温的优良特性, 但是由于建筑石膏制品的吸水率高, 强度低、凝结快和耐水性差, 使其应用范围受到限制。孔隙是影响材料保温性能的主要因素, 在石膏中添加水泥、甲级纤维素、卡拉胶、硅胶颗粒、多孔树脂等组分可以通过发泡使石膏的导热系数大大降低, 表现出具有防火性保温材料的一些性能[1—6]。现以探索制备防火、耐水、现场拌制易于连续铺贴以消除冷桥和热桥、低碳环保、保温性能良好的外墙保温材料为目的, 采用传统绿色环保的建筑石膏为基材, 以发泡、调凝、耐水改性为技术途径, 探索制备石膏基外墙保温材料的配制参数和方法, 这对于推动外墙保温材料的低碳环保型革新具有重要意义。
1 原材料与试验方案
1.1 原材料
石膏:宁夏盐池县青山库石膏厂生产的β型建筑石膏, 强度等级为2.0, 初凝6 min, 终凝30 min。
水泥:宁夏赛马牌P·O 42.5R水泥。
差皂粉:黄色粉末, 加入水中高速搅拌即可起泡。
引气剂:上海麦斯特MICRO-AIR202引气剂, 棕色液体。
铝粉膏:银白色粉末, 山东文登市鑫成铝粉膏厂生产。
1.2 试验方案
采用四因素、三水平的正交试验方案L9 (34) , 选定水泥、差皂粉、引气剂和铝粉膏掺量四因素作为参数, 各因子及其水平分布以及正交方案设计分别如表1和表2所示。差皂粉掺量是指其质量占石膏和水泥总质量的百分比;水泥掺量为其质量占石膏和水泥总质量的百分比;引气剂, 先用水稀释成质量浓度为2%的稀释液, 其掺量是2%的稀释液质量占所有拌合水的质量的百分比;铝粉膏掺量是指其质量与石膏和水泥总质量之比。由于在相同的稠度条件下石膏和水泥的用水量不同, 所以经过多次试拌确定在合理的稠度条件下水泥掺量为20%的三组 (A、B、C组) 水胶比定为0.5, 水泥掺量为30%的三组 (D、E、F组) 的水胶比定为0.48, 水泥掺量为40%的三组 (H、G、I组) 的水胶比定为0.45。
石膏导热系数采用平板稳定法测定 (GB/T10294—2008) 。
2 试验结果与讨论
2.1 导热系数
表3列出了9组泡沫石膏的干表观密度及导热系数。从表3的数据可以看出, 9组泡沫石膏的表观密度分布在631~902kg/m3之间, 孔隙率最高达到了58%;9组泡沫石膏的导热系数分布在0.088~0.129W/ (K·m) 之间, 可见四组分组成的复合助剂对石膏具有好的保温效果, I组的导热系数最小, 达到了0.088 W/ (K·m) , 与EPS保温板的导热系数已经很接近了, A组的导热系数最大, 为0.129 W/ (K·m) 。
2.2 导热系数正交分析
对各组泡沫石膏导热系数进行正交极差分析, 结果示于表4。
注:K1, K2, K3为分别为水平1、水平2、水平3下导热系数之和;k1, k2, k3为平均值;R为极差。
从表4中极差可以看出, 四因素对导热系数的影响顺序是差皂粉掺量>铝粉膏掺量>引气剂掺量>水泥掺量;差皂粉对导热系数的极差最大, 表明差皂粉对泡沫石膏导热系数影响最大;铝粉膏、引气剂、水泥的极差与差皂粉相比较小, 尤其是水泥的极差最小, 为差皂粉的1/10, 表明铝粉膏、引气剂、水泥对导热系数的影响与差皂粉相比较小, 水泥对泡沫石膏导热系数几乎没有影响。因此, 要想进一步降低泡沫石膏的导热系数, 应主要调节差皂粉的掺量。
四因素水平变化对泡沫石膏导热系数的影响如图1所示, 从图上可以看出, 随着水泥掺量的增加, 试件的导热系数减小, 但是减小的幅度很小;随着差皂粉掺量的增加, 试件的导热系数减小, 从曲线的趋势上来看, 差皂粉惨量在0.25%~0.3%范围内时, 导热系数下降显著, 当差皂粉掺量继续增加时, 泡沫石膏的导热系数降低幅度明显趋缓;可见差皂粉对泡沫石膏导热系数的影响存在一个最佳值;随着差皂粉掺量的增加, 试件的孔隙率增加, 从而降低了导热系数。随着引气剂掺量的增加, 试件的导热系数先减小后增大, 引气剂溶液的掺量为拌合水的一半时, 试件的导热系数最小, 当所有拌合水都用引气剂溶液时, 试件的导热系数又增大, 但是与不掺引气剂的试件导热系数相近, 可见引气剂对泡沫石膏导热系数的影响存在一个最佳值。随着铝粉膏的增加, 试件的导热系数减小。当复合助剂的组成为水泥掺量30%, 差皂粉掺量0.35%, 引气剂掺量50%, 铝粉膏掺比1/1 300时, 泡沫石膏的导热系数为0.088W/ (K·m) , 保温性能较优。
2.3 表观密度和导热系数的关系
泡沫石膏的干表观密度和导热系数的相互关系如图2所示, 从图上可以看出, 随着表观密度的增加, 泡沫石膏的导热系数呈增大趋势。表观密度在700 kg/m3以下时, 泡沫石膏的导热系数小于0.10W/ (K·m) 。表观密度大于700 kg/m3以后, 导热系数则有显著增大。为了描述表观密度与导热系数的关系, 根据试验结果进行Boltzmannn函数拟合分析, 可知泡沫石膏的导热系数y与表观密度x之间的关系可用指数函数描述
式 (1) 中R为线性相关系数, 其R2值为0.942, 回归系数A1为0.091 6, A2为0.125, x0为741.547 68, dx为1.387 55。
整理后, 得出
从相关系数的数值可以看出, R (0.985) >R0.01, 9 (0.798) , 表明泡沫石膏的导热系数y与表观密度x之间的指数函数关系式在显著性平α=0.01下显著。
3 结论
(1) 复合助剂能有效地降低石膏的导热系数, 采用复合助剂改性的泡沫石膏的导热系数分布在0.088~0.129 W/ (K·m) , 保温性能较优。
(2) 当复合助剂的组成为水泥掺量30%, 差皂粉掺量0.35%, 引气剂掺量50%, 铝粉膏掺量1/1 300时, 泡沫石膏的保温性能最好, 其导热系数为0.088 W/ (K·m) 。
(3) 差皂粉对导热系数的影响最大, 其次是铝粉膏, 再次是引气剂, 水泥最小, 且引气剂、铝粉膏和水泥对泡沫石膏导热系数的影响与差皂粉相比均较小。随着差皂粉掺量的增加, 使泡沫石膏的表观密度低于700 kg/m3时, 导热系数大幅度下降, 且低于0.10 W/ (K·m) 。
(4) 泡沫石膏的导热系数y与表观密度x之间的数值关系可以用指数函数y=0.125-0.033{1+exp[ (x-741.548) /1.388]}来描述, 且其相关关系显著。
参考文献
复合改性 第8篇
关键词：碳纳米管/橡胶,沥青,常规性能
废旧轮胎橡胶改性沥青以其优异路用性能及良好的环境效益得到道路建设者的广泛关注[1,2]。近年来,随着碳纳米管/橡胶轮胎技术的成熟和推广[3],势必会出现大量废旧碳纳米管复合橡胶,而关于使用碳纳米管复合橡胶对沥青进行改进的研究目前还处于空白状态。
鉴于此,本文制备碳纳米管/橡胶复合沥青和普通橡胶沥青,分别研究其常规性能,评价其在道路建设中应用的可行性。
1 试验材料与步骤
1.1 试验材料
基质沥青为70号道路石油沥青;碳纳米管橡胶由70%橡胶和30%碳纳米管组成。其中,碳纳米管橡胶和普通橡胶均为母粒。
1.2 制备流程
利用油浴箱(180℃)对基质沥青进行加热,缓慢加入母粒,利用高速剪切机(5 000 r/min)搅拌2 h,之后将改性沥青置于120℃烘箱中静置1 h。其中碳纳米管/橡胶和普通橡胶掺量均为5%。
1.3 试验步骤
1)测试基质沥青及2种改性沥青的针入度、软化点和延度,分别评价其常温稠度、高温稳定性及低温延展性。
2)测试基质沥青及2种改性沥青的黏度,评价其施工和易性。
3)采用动态剪切流变试验评价基质沥青及2种改性沥青的流变性能,评价其高温抗车辙能力[4]。
2 试验结果
2.1 三大指标结果对比
不同橡胶对沥青三大指标的影响如图1所示。2种橡胶均能降低基质沥青的针入度,提高其软化点和延度。这表明碳纳米管/橡胶改性沥青和橡胶沥青的高低温性能均得到了有效提升。但是在相同掺量条件下,碳纳米管橡胶和普通橡胶对基质沥青性能改善的幅度并不相同,其中前者对基质沥青针入度、软化点改变幅度大于后者,而普通橡胶改性沥青则具有更好的延展性。这一差异的原因在于碳纳米管增强复合材料的劲度,但是对其变形能力不利;而橡胶则能有效增强沥青的低温变形能力,因此碳纳米管/橡胶复合改性沥青的延度介于基质沥青与普通橡胶改性沥青之间。
2.2 黏度结果对比
不同橡胶对基质沥青黏度(135℃)的影响如图2所示。可以发现2种橡胶改性沥青的黏度均远大于基质沥青黏度,而碳纳米管/橡胶改性沥青的黏度增强效果更为显著。这一现象由于碳纳米管在微观尺度的纤维增强橡胶抵抗外力作用,大幅提高沥青的黏度。
虽然黏度试验结果表明碳纳米管/橡胶复合沥青具有更好的抗车辙能力,但是过高的黏度将使沥青在泵送和拌合过程中消耗更多的能量,进而排放更多的温室气体,不利于环境。
2.3 流变性能对比
利用动态剪切流变试验获取沥青一系列高温流变参数,其中车辙因子(G*/sinδ)用以评价沥青抗车辙能力(见图3)。
图3a)列出3种沥青的抗车辙因子随温度的变化。可以发现2种橡胶均提高基质沥青的抗车辙能力,而碳纳米管/橡胶改性沥青的高温性能更为优越。这是因为:一方面分散于沥青中橡胶吸收沥青中的轻质组分,在高温下提高沥青的模量,另一方面以橡胶为载体的碳纳米管以纤维方式提高沥青抵抗剪切作用。因此,综合来看,碳纳米管/橡胶复合改性沥青的高温抗车辙能力不仅优于基质沥青,还高于相同掺量的橡胶沥青。
图3b)展示3种沥青相位角随温度变化的规律。通常相位角越小表明沥青中弹性成分越多,从图3b)中可以看出碳纳米/橡胶改性沥青相位角均小于另2种沥青,而基质沥青相位角最大。这说明基质沥青在高温条件下更易于流动,黏性成分更多;而碳纳米管/橡胶改性沥青弹性成分最多,抵抗车辙变形能力更强。
3 结语
研究对比基质沥青、碳纳米管/橡胶复合改性沥青和普通橡胶沥青的常规性能,得出以下结论。
1)碳纳米管/橡胶和普通橡胶均有效改善基质沥青的三大指标,其中,碳纳米管橡胶对沥青的针入度、软化点改善更为明显,而普通橡胶对基质沥青的延度改善更为明显。
2)碳纳米管/橡胶和普通橡胶均提高基质沥青的黏度,在相同掺量条件下,前者对黏度的提升效果更为明显。
3)碳纳米管/橡胶对基质沥青高温流变性能的影响大于普通橡胶对基质沥青的影响,其中碳纳米管/橡胶改性沥青的抗车辙因子更高,相位角更小,在剪切荷载作用下具备更多的弹性成分。
4)2种橡胶性能的差异来自于是否掺加碳纳米管,试验结果表明碳纳米管/橡胶对沥青高温性能的提升更为显著。
参考文献
[1]何亮,马育,马涛.橡胶沥青及其老化特性研究[J].建筑材料学报,2013,16(2):370-374.
[2]何亮,黄晓明,马育,等.橡胶改性沥青储存稳定性试验研究[J].东南大学学报,2011,41(5):1086-1091.
[3]冯春芳.天然橡胶/碳纳米管复合材料高性能化研究[D].海口:海南大学,2010.
复合改性 第9篇
关键词：SBS/橡胶复合改性沥青,SBS改性沥青,经济比较
随着我国社会经济的高速发展, 人民生活水平显著提高, 国民汽车保有量迅速增加。随之而来的便是无法回避的关于大量废旧轮胎的处理问题。废旧橡胶属于热固性聚合物材料, 自身很难降解, 它们的大分子分解到不影响土壤中植物生长的程度需要数百年时间, 不仅恶化自然生态环境、破坏植物生长, 而且在潮湿的环境下极易滋生蚊虫、传播疾病。此外, 每一条轮胎中含有相当4. 5L汽油的物质, 堆积的废轮胎极易自燃, 形成大火, 并向大气释放大量的黑烟和有毒物质, 是一个很难处理的固体污染问题。随着我国经济的高速发展, 节约资源与保护环境已引起广泛重视。对公路行业来说, 要充分利用废旧轮胎资源, 提高废旧轮胎的循环利用率, 改变目前的状况, 以节约资源, 减少废旧轮胎污染。
将废旧轮胎通过各种工艺加工成橡胶粉是国内外通用的废胎再生处理方法, 其中废旧胶粉在公路行业中的使用是废旧轮胎处理的重要途径。橡胶沥青可以改善沥青路面使用品质、延长使用寿命、降低工程造价。高性能、低成本的橡胶沥青路面材料如果能大量运用于道路工程中, 将形成环境保护、废物利用、延长道路寿命、降低路面工程造价的多赢局面, 具有极大的现实意义。
SBS俗称热塑性丁苯橡胶, 是较早应用于改性沥青的聚合物之一。经过SBS改性后沥青高温性能和低温性能都能够得到改善; 废橡胶粉改性沥青具有生产成本低, 节能环保等优点, 但橡胶粉改性沥青存在黏度高、贮存稳定性差、低温延展性差等性能缺陷, 限制了其在高速公路中的推广应用。针对目前改性沥青现状, 通过采用SBS与废橡胶粉对普通沥青进行复合改性, 使橡胶粉和SBS两种改性剂取长补短, 既能更多更好地利用废弃物, 又能提高改性沥青的性能, 同时减少SBS的用量, 降低成本。
1 SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料技术性能比较
对比沥青混合料, SBS /橡胶粉复合改性沥青混合料在以下几个方面较密级配SBS改性沥青混合料 ( AC类) 具有明显优势:
( 1) 优良的黏弹性和坚韧性, 改善混合料路用性能;
( 2) 提高路面耐久性和抗疲劳寿命;
( 3) 一般采用骨架密实- 间断结构, 具有良好的抗滑性能;
(4) 提高沥青路面降噪能力, 行车舒适性好;
(5) 后期使用路面美观, 视觉效果好。
同时, 也具有一定的缺点与局限性:
(1) 黏度相对较高;
( 2) 施工温度相对较高;
( 3) 储存稳定性要求较高。
几种典型沥青混合料的级配范围及路用性能, 见表1、表2。
2 SBS / 橡胶复合改性沥青与SBS改性沥青经济比较
SBS / 橡胶粉复合改性沥青采用内掺法, 其主要材料比例一般为: 78% 基质沥青+ 20% 橡胶粉+ 2%SBS改性剂。
根据河北省交通造价信息网公布的5 月份保定市沥青、抗滑石料 ( 玄武岩) 、矿粉、机制砂等主要材料的采购价格, 对SBS改性沥青与SBS /橡胶粉复合改性沥青进行经济比较。现将AC - 13C SBS改性沥青混凝土及ARHM - 13SBS /橡胶粉复合改性沥青混凝土成本费用分析如下:
2. 1 SBS改性沥青与SBS / 橡胶粉复合改性沥青费用比较
70#道路石油沥青为3700 元/ t ( 计算综合单价为3838 元/t) , SBS改性沥青5000 元/t ( 计算综合单价为5170 元/t) ; 橡胶粉1800 元/t, SBS改性剂15000 元/ t。
SBS / 橡胶粉复合改性沥青单价分析如下:
78% × 3838 + 20% × 1800 + 2% × 15000 + 800 ( 添加剂、加工费等费用) = 4454 元/t
每吨SBS /橡胶粉复合改性沥青较SBS改性沥青费用减少5170 - 4454 = 716 元/t
2. 2 SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料单价分析
SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料油石比按5.34% ( 沥青含量5. 07% ) 考虑, SBS改性沥青混合料油石比按4. 6% ( 沥青含量4. 40% ) 考虑。同时由于SBS /橡胶粉复合改性沥青混合料采用与SMA混合料相类似的间断级配, 其16. 0 ~ 4. 75mm之间的粗集料用量达到70% 以上, 矿粉用量达到了8% 左右; 而SBS改性沥青混合料由于采用连续级配, 其16. 0 ~ 4. 75mm之间的粗集料用量只有55% 左右, 矿粉用量仅为3% 左右。根据表3 的单价分析对比, 虽然橡胶粉复合改性沥青的单价较SBS改性沥青便宜, 但由于矿料级配和用油量的缘故, 造成SBS / 橡胶粉复合改性混合料的单价略高于连续密级配的改性沥青混合料。
2. 3 防水黏结层单价分析
防水黏结层沥青撒布量均按1. 9kg /m2考虑, 碎石采用与沥青黏结力好的与罩面层相同岩性的9. 5~ 13. 2mm单一粒径玄武岩碎石, 设计撒布量为8 ±1kg / m2, 覆盖率应控制在60% 。两种改性沥青防水黏结层单价分析见表4。
3 工程实例
河北省某高速公路2007年12月建成通车, 现有路面结构为: 4cm细粒式改性沥青混凝土 ( AC -13Ⅰ) + 6cm中粒式改性沥青混凝土 ( AC - 20Ⅰ) +8cm粗粒式沥青混凝土 ( AC - 25 Ⅰ) + 18cm水泥稳定碎石+ 18cm二灰稳定碎石+ 18cm二灰稳定土, 路面总厚度为72cm, 设计弯沉值为22. 1 ( 0. 01mm) 。该高速公路于2015 年对全线路面进行4cm厚预防性养护罩面, 罩面层下设防水黏结层, 罩面面积共计2, 428, 151m2。该高速公路原设计罩面方案为全线进行4cm AC - 13C改性沥青混凝土罩面, 罩面层下设SBS改性沥青防水层。后经专家论证, 将该高速公路罩面材料调整为ARHM - 13SBS /橡胶粉复合改性沥青混凝土, 防水黏结层沥青调整为SBS /橡胶粉复合改性沥青。
3. 1 项目用沥青混合料配合比设计结果
( 1) SBS /橡胶粉复合改性沥青检测结果
( 2) 集料掺配比例
( 3) 合成级配
合成级配及试验结果见表7~表9。
3.2工程变更后费用对比
项目施工费用对比见表10。
根据上述经济比较, 该高速公路罩面养护工程沥青材料变更后, 其工程施工费用增加825, 571 元。4 结论
SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料具有优良的黏弹性和坚韧性, 良好的抗滑性和行车舒适性。其各项技术指标不亚于沥青玛蹄脂碎石混合料 ( SMA) , 与SMA相比具有明显的价格优势。
SBS / 橡胶粉复合改性沥青将废旧轮胎得以再生利用, 并改善沥青路面使用品质、延长使用寿命、降低工程造价。SBS /橡胶粉复合改性沥青的推广应用, 将形成环境保护、废物利用、延长道路寿命、降低路面工程造价的多赢局面, 具有极大的现实意义。
参考文献
[1]河北省质量技术监督局.DB13/T 1013-2009废轮胎橡胶沥青及混合料技术标准[S].2009.
[2]黄成武.废胎胶粉SBS制备高性能复合改性沥青的研究[D].广州:暨南大学, 2014.
复合改性 第10篇
本文主要以脱硫石膏为主要材料,通过掺加矿物外加剂和化学激发剂对其改性,使之形成一种新型的脱硫石膏基复合胶结材(FGD体系),从而实现3种工业废渣经济、有效的资源化利用,具有利废、节地、节能、环保等多重社会效益和良好的经济效益。
1 实验
1.1 原材料
脱硫石膏:取自济南黄台电厂,主要成分为Ca SO4·2H2O;水泥:山东水泥厂产东岳牌32.5R水泥;粉煤灰:济南黄台电厂Ⅱ级粉煤灰;矿粉、生石灰、FDN萘系减水剂(阴离子型)、硫酸钠、硅酸钠、乳胶粉(BATREFT'-1405)、羧甲基纤维素醚(CMC)、絮状纤维素,均为市购。
1.2 试验方法
以脱硫石膏为基体,掺入矿物掺合料(粉煤灰和矿粉)以及减水剂、早强剂、保水剂、生石灰、水泥、乳胶粉、硅酸钠等外加剂对其进行改性,并对各种因素、各种配比下的试样进行了性能测试,试件均采用标准养护制度养护。
实验的基本配比见表1,各添加剂掺量对FGD体系的影响都在基本配比的基础上进行,后面的实验根据前面所确定的配比继续进行,直到确定各添加剂的最佳配比。
FGD体系的标准稠度用水量、凝结时间按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间检验方法》进行测试;强度按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》进行测试。
2 结果与讨论
2.1 减水剂掺量对FGD体系性能的影响
减水剂可使脱硫石膏拌合物在保持良好工作性的条件下明显减小水灰比,从而降低石膏硬化体内的孔隙率,有利于提高其强度和耐水性。FDN萘系减水剂不影响混凝土的凝结时间、引气量低、能大幅度降低混凝土的水灰比[3],其对FGD体系性能的影响见表2。
从表2可以看出,随着FDN萘系减水剂掺量的增加,FGD的标准稠度用水量降低,凝结时间延长。为了保证正常凝结并从经济方面考虑,FDN萘系减水剂的适宜掺量确定为0.8%,以下实验中FDN萘系减水剂掺量均为0.8%。
2.2 早强剂对FGD体系凝结时间和强度的影响
粉煤灰、矿粉在碱与硫酸盐激发下形成的钙矾石与水化硅酸钙覆盖在矿粉、粉煤灰颗粒的表面,并形成阻碍其进一步水化的包覆层,从而影响复合胶结材的凝结时间和早期强度。加快胶结材凝结硬化的关键是创造离子扩散通过包覆层的条件,促使包覆膜破灭,为此,需选用适宜的早强剂[4]。本研究采用硅酸钠作为激发早强剂,其掺量对FGD性能的影响见表3。
由表3可见,硅酸钠对FGD体系具有一定的激发作用,有助于FGD早期强度的提高。硅酸钠同时可以明显减少泛霜现象。综合考虑,选用硅酸钠作为早强剂掺入到FGD体系中,其适宜掺量为2.0%,此时FGD的14 d抗折、抗压强度与空白样相比分别提高150%和30.6%,凝结时间也控制在较小范围。
2.3 激发剂对FGD体系性能的影响
二水石膏无自硬性,因此激发剂的活性激发对胶结材水化硬化以及强度发展起关键作用。在以往的大量研究实验中,经常用的激发剂是石灰和水泥。石灰及水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙水化形成的Ca CO3与矿粉、粉煤灰中的活性组分Si O2、Al2O3作用生成大量的钙矾石与水化硅酸钙,而硬化体强度的发展主要依靠钙矾石与水化硅酸钙。
2.3.1 生石灰的激发作用
由于生石灰经磨细后的比表面积大约是消石灰比表面积的1/100,因此在表面润湿上它需要的水比消石灰少得多,这样在水灰比较小的情况下也可以获得高强度。单掺石灰5%时,体系的抗压强度与未掺石灰的基准样比有很大程度的提高,3 d强度为基准样7 d强度的3~5倍,7 d强度提高5~9倍,28 d强度提高271%~423%。当石灰掺量由5%增至10%时,3 d、7 d强度有所下降(除FGD∶FA=2∶8这组外),但28 d强度有不同程度的提高;当石灰掺量继续增加时,不论是早期强度还是后期强度,都呈下降的趋势[4]。这是因为:在低掺量时,石灰的加入提高了体系的碱度,而碱的存在能打破粉煤灰的玻璃体结构,激发粉煤灰的活性,生成更多的水化产物,从而提高体系的强度。水泥在水化生成C-S-H凝胶的同时也生成Ca(OH)2,但在5%掺量时石灰比水泥的激发效果更好,这一方面说明此时体系碱度仍不足,还不能达到激发粉煤灰活性的最佳要求,另一方面也说明此时碱对体系强度发展的贡献比水泥水化产物直接产生强度的贡献更大。当石灰掺量增到10%左右时,体系的碱度就已经足够激发体系的活性,再继续增加石灰掺量,体系所含的脱硫石膏与粉煤灰的量相对减少,因此,它们反应生成的水化产物也就减少,FGD的强度随之降低[4]。图1为生石灰掺量对FGD 14 d强度的影响。
从图1可以看出,生石灰的加入对FGD 14 d强度影响较大,掺量从0增大到2.0%时,FGD的14 d强度显著增大,但当生石灰的掺量继续增加时,强度反而下降。因此,生石灰的适宜掺量为2.0%,此时FGD体系的抗折、抗压强度分别较未掺生石灰的样品提高63.64%和154.4%。
2.3.2 水泥的激发作用
脱硫石膏基复合胶结材中各因素对强度影响程度的大小为:水泥>石膏>粉煤灰>养护制度>防水剂。水泥对强度的贡献最明显,且随掺量的增加强度提高较快[5]。随着水泥掺量的增加,胶结材的后期强度提高,早期强度增加明显[6]。在脱硫石膏-粉煤灰复合体系中,水泥能较好地激发复合体系的水化活性,促进体系的早期水化,提高体系的抗压强度。图2为水泥掺量对脱硫石膏基复合胶结材力学性能的影响。
由图2可知,水泥掺量在0~12%内增加时,FGD的抗压强度提高,但水泥掺量超过10%时,抗压强度的增加幅度有所降低,而抗折强度下降。水泥掺量过高不经济,综合考虑,水泥的适宜掺量为10%,此时体系的抗折、抗压强度分别较未掺生石灰时提高109.09%和208.77%。
FGD体系应采用石灰和水泥复合碱激发。这样,生石灰快速溶于水中,可在水化初期提供较高碱度,有利于FGD活性的快速激发[7]。水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙不断水化,能较长时间维持一个有利于钙矾石形成的碱度,而又不至于是液相石灰浓度过高。总之,对FGD体系存在一个适宜的碱度范围,碱度太低,粉煤灰和矿粉反应不充分,硬化体强度低易碳化;碱度过高形成钙矾石团聚分布,具有膨胀作用,对硬化体产生不利的结构破坏作用。结合石灰和水泥的激发效果,后面的实验中生石灰掺量均为2%、水泥掺量均为10%。
2.4 不同保水剂对FGD体系泌水和泛霜现象的改善
在上述实验中,所有试件均出现了较严重的泌水和泛霜现象,因此需要掺加有助于提高试件保水性能的保水剂。本实验分别采用了羧甲基纤维素醚(CMC)、絮状纤维素和乳胶粉(BATREFT'-1405型)提高FGD的保水性,其对FGD的作用效果见表4。其中,F3、F4、F5分别为掺加羧甲基纤维素醚、絮状纤维素和乳胶粉的复合胶结材。
从表4可以看出,随着羧甲基纤维素醚(CMC)用量的增加,泌水和泛霜现象有所减轻,但影响还是存在,羧甲基纤维素醚会使FGD的凝结时间延长,从而使其早期强度过低,不利于施工操作。
随着絮状纤维素掺量的逐渐增加,泌水和泛霜现象逐渐减轻甚至消失,但掺加絮状纤维素后FGD的凝结时间过长,不符合实际施工操作的要求。
乳胶粉(BATREFT'-1405型)掺入FGD体系后,会使体系的黏度略微增大,但标准稠度用水量明显比使用羧甲基纤维素醚和絮状纤维素时要小。掺加乳胶粉可以有效减轻泌水和泛霜现象,且FGD的凝结时间也并未过分延长,掺量为0.2%时,FGD的凝结时间符合实际要求。从经济角度考虑,乳胶粉(BATREFT'-1405型)适宜掺量为0.2%。
2.5 基本配比的确定
单掺粉煤灰的胶结材凝结时间较长,且抗折和抗压强度都很低,此外,试件在标准稠度时存在严重的泌水现象,且在其硬化体上发现存在较严重的泛霜现象;单掺矿粉的脱硫石膏胶结材其强度明显比单掺粉煤灰的胶结材要高。因此,本实验用粉煤灰取代部分矿粉与脱硫石膏组成胶结材,粉煤灰与矿粉复合掺加,会因胶结材的不同配比使FGD的各项性能有较大差别,胶结材配比对FGD体系性能的影响见表5。
由表5可见,当脱硫石膏掺量不变时,随着粉煤灰与矿粉比例的增大,FGD硬化体的强度下降。综合考虑,FGD的适宜基本配比为m(脱硫石膏)∶m(粉煤灰)∶m(矿粉)=40∶20∶40。该配比及各种激发剂的掺量均是在考虑凝结时间、抗折和抗压强度以及经济效益的情况下确定的,符合试验中研究低成本复合激发剂,提高石膏建材的耐水性和强度,从而实现脱硫石膏基复合材料经济、有效的资源化利用的目标。
3 结论
(1)选用的阴离子型FDN萘系减水剂对FGD体系的减水效果明显,其适宜掺量为0.8%。
(2)为避免硫酸盐类早强剂引起的泛霜现象,选用硅酸钠作为早强剂掺入到FGD体系中,其适宜掺量为2.0%,此时FGD的早期抗折、抗压强度与空白样相比分别提高150%和30.6%,凝结时间得到有效控制。
(3)采用石灰和水泥复合碱性激发,适宜掺量为生石灰2%、水泥10%,激发效果显著。
(4)乳胶粉(BATREFT'-1405型)的保水性优于羧甲基纤维素醚(CMC)和絮状纤维素,不仅泌水和泛霜现象得到了明显改善,而且凝结时间无延长现象。
(5)将粉煤灰与矿粉复合掺入胶结材中,强度和经济效益都得到保证,综合考虑,胶结材的适宜配比为m(脱硫石膏)m(粉煤灰)∶m(矿粉)=40∶20∶40。
参考文献
[1]周娜,柏玉婷,李国忠.脱硫石膏/粉煤灰复合胶结材性能研究[J].非金属矿,2008,31(2):49-50.
[2]黄孙恺,俞新浩.用烟气脱硫石膏制备建筑石膏的工艺技术[J].新型建筑材料,2005(1):27-28.
[3]瞿金东.减水剂对建筑石膏性能的影响与作用机理研究[D].重庆:重庆大学,2002.
[4]刘巧玲.钛石膏杂质分析及其建材资源化研究[D].重庆:重庆大学,2004.
[5]冯启彪,任增茂,田斌守,等.石膏-水泥-粉煤灰系复合胶凝材料的研究[J].新型建筑材料,2009(6):14-16.
[6]王方群,原永涛,齐立强.脱硫石膏性能及其综合利用[J].粉煤灰综合利用,2004(1):41-44.