CN112724697B - 一种高聚物改性沥青及加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性沥青及加工系统，涉及沥青技术领域，一种改性沥青包括4％‑5％重量份的苯乙烯‑丁二烯嵌段聚合物；1％‑2％重量份的低密度聚乙烯；其余为基质沥青；苯乙烯‑丁二烯嵌段聚合物为星型且颗粒度不大于4微米；低密度聚乙烯的溶度参数介于7.1‑8.35(卡/厘米3)1/2之间。一种改性沥青的制备系统，包括用于研磨苯乙烯‑丁二烯嵌段聚合物的研磨装置，研磨装置包括定子、转子、圆环槽、凸起、盖体、进料管、出料管以及温度维持机构。该改性沥青及制备系统，改性沥青的软化点、动稳定度显著提高，针入度减小；只需一次过磨，使至少97％的苯乙烯‑丁二烯嵌段聚合物粒径小于4微米，无需反复过磨，并且不会因研磨而温度过高导致性能下降。

Description

一种高聚物改性沥青及加工系统
技术领域
本发明涉及沥青技术领域，具体为一种高聚物改性沥青及加工系统。
背景技术
改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。改性沥青其机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。在改性沥青的生产过程中，其中重要的一个环节就是将添加了苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物(简称SBS)的高温基质沥青进行过胶体磨研磨的过程。
如申请公开号为CN206184569U，授权公告日为2017年5月24日，申请人为天津领先正华能源科技发展有限公司，名称为《一种用于制备SBS改性沥青的研磨系统及设备》的专利申请，其包括通过管道按沥青流向顺次连接的：换热器组，设于所述研磨系统的入口处；第一配料罐，经过基质沥青进料泵与所述换热器组相联通；胶体磨，经过改性沥青出料泵与所述配料罐的底部出口相连通；以及设于所述配料罐附近的SBS提升机，用于投放SBS物料进配料罐。解决了SBS改性沥青生产过程中，循环返复过磨导致的SBS改性沥青生产效率降低的问题。
现有技术中，SBS物理改性就是将SBS与沥青按一定的比例，在180℃左右搅拌溶涨，再通过多次剪切研磨，现有的研磨设备需要改性沥青通过胶体磨多次后，改性沥青进入发育阶段，从而导致改性沥青的制备效率不高，尽管如此，改性沥青的软化点、动稳定度仍不高；并且由于胶体磨研磨间隙非常小，SBS在被研磨时温度会显著升高，可达到200℃左右，使得SBS容易被氧化、焦化、分解、降解，造成使用性能下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种高聚物改性沥青，以解决上述现有技术中的不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高聚物改性沥青，包括：4％-5％重量份的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物；1％-2％重量份的低密度聚乙烯；其余为基质沥青；所述苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物为星型且颗粒度不大于4微米；所述低密度聚乙烯的溶度参数介于7.1-8.35(卡/厘米3)1/2之间。
进一步地，所述基质沥青的重量组分比例为：8％-12％饱和分；85-89％芳香分和胶质；3-7％沥青质。
进一步地，所述基质沥青的溶度参数介于8-9(卡/厘米3)1/2之间。
一种高聚物改性沥青的加工系统，包括用于研磨苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物的研磨装置，所述研磨装置包括定子、转子、盖体、进料管、出料管以及温度维持机构，其中，所述定子和转子之间形成轴截面为N形的研磨间隙，N形的所述研磨间隙从底部进料，从进料端到出料依次为一级研磨腔、二级研磨腔以及三级研磨腔；所述三级研磨腔的间隙厚度介于4-6微米之间；所述定子上位于所述一级研磨腔和二级研磨腔的侧壁上均设置有多个共轴的圆环槽，所述转子上位于所述一级研磨腔和二级研磨腔的侧壁上设置有与各圆环槽一一对应的凸起，所述凸起位于对应的圆环槽内；所述盖体固定安装在定子上并包覆所述转子，所述盖体与定子、转子间形成出料空腔；进料管设置于所述定子的底部中心，并与一级研磨腔底部连通；出料管设置于所述定子的侧面，并与二级研磨腔的出料空腔连通；温度维持机构用于对所述圆环槽的槽壁进行温度维持。
进一步地，所述一级研磨腔、二级研磨腔以及三级研磨腔研磨间隙依次减小。
进一步地，位于一级研磨腔内的所述环形槽上靠近一级研磨腔顶部的槽侧壁与槽底壁间的夹角为钝角，位于二级研磨腔内的所述环形槽上靠近二级研磨腔底部的槽侧壁与槽底壁间的夹角为钝角。
进一步地，所述转子上相对三级研磨腔的内壁上设置有环形槽，所述环形槽上连通有两管道，两所述管道与环形槽形成循环冷却系统。
进一步地，还包括螺旋杆，所述螺旋杆沿进料管轴向设置于进料管内，且螺旋杆与转子底部中心固定连接。
进一步地，还包括动力机构，其用于驱动转子自旋转。
进一步地，所述动力机构包括轴杆、第一带轮、第二带轮、皮带以及伺服电机，所述轴杆共轴连接在所述转子的顶部，并贯穿转动连接在所述盖体上，所述第一带轮共轴设置在轴杆顶部，所述伺服电机安装在固定基础上，所述第二带轮固定设置在伺服电机的转轴上，所述第二带轮与第一带轮通过皮带传动连接。
在上述技术方案中，本发明提供的一种高聚物改性沥青及加工系统，改性沥青的软化点、动稳定度显著提高，针入度减小，并且改性沥青依次经过一级研磨腔、二级研磨腔以及三级研磨腔，只需一次过磨即可使至少97％的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物粒径小于4微米，无需反复过磨，提高改性沥青制备效率；设置凸起与圆环槽配合，使苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物在被研磨时温度稍有升高后就进入圆环槽内被降温，然后再被凸起及后续的改性沥青从圆环槽内挤出到一级研磨腔(或二级研磨腔)内继续研磨，如此反复，使得苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物既被研磨充分，又不会因研磨而温度过高，使苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物在研磨过程中不会因温度过高而被氧化、焦化、分解、降解，显著提高了苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物的使用性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的各个实施例中改性沥青的每种组分占比示意图；
图2为本发明实施例提供不同研磨细度的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物与沥青混溶后性能示意图；
图3为本发明实施例提供的研磨装置结构示意图；
图4为本发明实施例提供的研磨装置结构正视图；
图5为本发明实施例提供的研磨装置结构剖视图；
图6为本发明实施例提供的图5中A处结构放大图；
图7为本发明实施例提供的定子及圆环槽结构俯视图；
图8为本发明实施例提供的转子及凸起结构示意图；
图9为本发明实施例提供的研磨装置结构爆炸图Ⅰ；
图10为本发明实施例提供的研磨装置结构爆炸图Ⅱ；
图11为本发明实施例提供的动力机构结构示意图。
附图标记说明：
1、定子；2、转子；3、盖体；4、进料管；5、出料管；6、螺旋杆；7、动力机构；7.1、轴杆；7.2、第一带轮；7.3、第二带轮；7.4、皮带；7.5、伺服电机；8.1、一级研磨腔；8.2、二级研磨腔；8.3、三级研磨腔；9、圆环槽；10、凸起；11、环形槽；12、管道；13、出料空腔。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
一种高聚物改性沥青，包括：4％-5％重量份的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物；1％-2％重量份的低密度聚乙烯；其余为基质沥青；苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物为星型且颗粒度不大于4微米；低密度聚乙烯的溶度参数介于7.1-8.35(卡/厘米3)1/2之间。
进一步地，基质沥青的重量组分比例为：8％-12％饱和分；85-89％芳香分和胶质；3-7％沥青质。
进一步地，基质沥青的溶度参数介于8-9(卡/厘米3)1/2之间，与低密度聚乙烯的溶度参数接近，相容性好。
实施例一
本实施例给出一种高聚物改性沥青，参阅图1，由以下原料制成：4％重量份的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物，1％重量份的低密度聚乙烯，95％重量份的基质沥青，在180℃左右搅拌溶涨后剪切研磨，然后进入发育阶段，得到改性沥青成品，测得当量软化点为88℃，25℃针入度为6mm，动稳定度为5000次/mm。
实施例二
本实施例给出一种高聚物改性沥青，参阅图1，由以下原料制成：5％重量份的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物，2％重量份的低密度聚乙烯，93％重量份的基质沥青，在180℃左右搅拌溶涨后剪切研磨，然后进入发育阶段，得到改性沥青成品，测得当量软化点为91℃，25℃针入度为5.5mm，动稳定度为6000次/mm。
实施例三
本实施例给出一种高聚物改性沥青，参阅图1，由以下原料制成：4.5％重量份的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物，1.5％重量份的低密度聚乙烯，94％重量份的基质沥青，在180℃左右搅拌溶涨后剪切研磨，然后进入发育阶段，得到改性沥青成品，测得当量软化点为92℃，25℃针入度为5.3mm，动稳定度为6600次/mm。
对比例
本实施例给出一种高聚物改性沥青，参阅图1，由以下原料制成：3％重量份的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物，1％重量份的低密度聚乙烯，96％重量份的基质沥青，在180℃左右搅拌溶涨后剪切研磨，然后进入发育阶段，得到改性沥青成品，测得当量软化点为86℃，25℃针入度为6.6mm，动稳定度为4000次/mm。
根据上述三个实施例与对比例可得出：本发明制备得到的改性沥性能优于现有技术及对比例，改性沥青的软化点、动稳定度显著提高，并且针入度减小；在苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物重量份为4.5％，低密度聚乙烯重量份为1.5％，基质沥青重量份为94％时，本发明得到的改性沥青性能改善尤为明显。
进一步地，在苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物重量份为4.5％，低密度聚乙烯重量份为1.5％，基质沥青重量份为94％时，针对不同研磨细度下苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物与基质沥青混溶后的试验结果，如图2所示，随着苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物粒度的减小，25℃针入度、软化点以及5℃延度性能均得到改善。
为此，本发明还提供上述的一种高聚物改性沥青的加工系统，参阅图3-11，包括用于研磨苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物的研磨装置，研磨装置包括定子1、转子2、盖体3、进料管4、出料管5以及温度维持机构，其中，定子1和转子2之间形成轴截面为N形的研磨间隙，N形的研磨间隙从底部进料，从进料端到出料依次为一级研磨腔8.1、二级研磨腔8.2以及三级研磨腔8.3；三级研磨腔8.3的间隙厚度介于4-6微米之间；定子1上位于一级研磨腔8.1和二级研磨腔8.2的侧壁上均设置有多个共轴的圆环槽9，转子2上位于一级研磨腔8.1和二级研磨腔8.2的侧壁上设置有与各圆环槽9一一对应的凸起10，凸起10位于对应的圆环槽9内；盖体3固定安装在定子1上并包覆转子2，盖体3与定子1、转子2间形成出料空腔13；进料管4设置于定子1的底部中心，并与一级研磨腔8.1底部连通；出料管5设置于定子1的侧面，并与二级研磨腔8.2的出料空腔13连通；温度维持机构用于对圆环槽9的槽壁进行温度维持。
具体的，进料管4设置于定子1的底部中心，并与一级研磨腔8.1底部连通，该一级研磨腔8.1底部即为N形的研磨间隙的底部，进料管4的开放端与改性沥青制备设备中现有的磨前泵的出料口连通，磨前泵将待研磨物料通过进料管4泵入一级研磨腔8.1底部，然后进入一级研磨腔8.1进行一级研磨，一级研磨腔8.1研磨过后的物料再进入二级研磨腔8.2进行二级研磨，二级研磨腔8.2研磨后的物料再进入三级研磨腔8.3进行三级研磨，在一级研磨及二级研磨过程中，由于在定子1上位于一级研磨腔8.1和二级研磨腔8.2的侧壁上设置有多个共轴的圆环槽9，在一级研磨腔8.1内，物料被研磨后温度提高，然后会被后续物料推进圆环槽9内，此时圆环槽9内的物料能够进行短暂的冷却，在转子2上的凸起10及后续的物料持续进料的情况下，圆环槽9内的物料被重新挤到该圆环槽9斜上方的一级研磨腔8.1内继续研磨，然后紧接着进入下一个环形槽11降温，再被此时的圆环槽9内的凸起10及后续物料挤到一级研磨腔8.1内继续研磨，如此反复，使得物料在一级研磨腔8.1内反复地研磨，同时升温，紧接着进入圆环槽9降温，再研磨再降温，直至物料从一级研磨腔8.1出来并进入二级研磨腔8.2内，物料在二级研磨腔8.2内的研磨过程与以及研磨腔内的研磨过程近似，从而防止物料再研磨过程中温度一味地升高而其导致性能降低。
温度维持机构设置于定子1内部(图中未画出)，其可以是现有技术中的定子1冷却结构，如水冷结构，其作用是对圆环槽9的槽壁进行温度维持，防止圆环槽9温度过高，一方面，物料进入圆环槽9内即脱离研磨，圆环槽9内的物料温度不再因研磨而持续升高，且略有降低，另一方面，温度维持机构的设置，能够带走定子1上的热量，尤其是圆环槽9内的热量，使圆环槽9内的物料在再次进入被研磨前温度降低到约180℃。
盖体3固定安装在定子1上并包覆所述转子2，由于转子2的高速旋转，盖体3能够防止研磨完成的物料飞溅，同时盖体3与定子1、转子2间形成出料空腔13，三级研磨腔8.3的出料进入出料空腔13中，出料管5设置于定子1的侧面，其一端与出料空腔13连通，另一端与改性沥青制备设备中现有的成品发育罐的进料口连通。
在上述技术方案中，本发明提供的一种高聚物改性沥青及加工系统，改性沥青的软化点、动稳定度显著提高，针入度减小，并且改性沥青依次经过一级研磨腔8.1、二级研磨腔8.2以及三级研磨腔8.3，只需一次过磨即可使至少97％的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物粒径小于4微米，无需反复过磨，提高改性沥青制备效率；同时设置圆环槽9，使苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物在被研磨时温度稍有升高后就进入圆环槽9内被降温，然后再被后续的改性沥青从圆环槽9内挤出继续研磨，如此反复，使得苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物被研磨充分，又不会因研磨而温度过高，保证了苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物不会被氧化、焦化、分解、降解，显著提高了苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物的使用性能。
作为本实施例进一步优选的技术方案，一级研磨腔8.1、二级研磨腔8.2以及三级研磨腔8.3研磨间隙依次减小，即二级研磨腔8.2整体的研磨间隙大于一级研磨腔8.1整体的研磨间隙但是小于三级研磨腔8.3的整体研磨间隙，具体的有两者种情况，第一种为一级研磨腔8.1、二级研磨腔8.2以及三级研磨腔8.3研磨间隙依次减小，但是各级研磨腔自身的研磨间隙相等；第二种为一级研磨腔8.1、二级研磨腔8.2以及三级研磨腔8.3研磨间隙依次减小，且各级研磨腔自身的研磨间隙沿着研磨方向也在减小，研磨方向为物料的整体走向，即一级研磨腔8.1的研磨方向为该锥形腔体的母线从下往上的方向，二级研磨腔8.2的方向为该圆台形腔体的母线从上往下的方向；由于一级研磨腔8.1、二级研磨腔8.2以及三级研磨腔8.3的研磨面积是依次增大的，而物料经过N形的研磨间隙的流速是恒等的，固一级研磨腔8.1、二级研磨腔8.2以及三级研磨腔8.3研磨间隙依次减小能够在使物料在成N形的研磨间隙内不堵塞且流速不减小的情况下对物料进行充分研磨。
本发明提供的另一个实施例中，位于一级研磨腔8.1内的所述圆环槽9上靠近一级研磨腔8.1顶部的槽侧壁与槽底壁间的夹角为钝角，与该圆环槽9相适配的凸起10在该圆环槽9内转动过程中，将该圆环槽9内的物料推进斜上方的一级研磨腔8.1内继续研磨，此时该槽侧壁能够对该圆环槽9内的物料起到导向导流的作用，促进物料往研磨方向流动，位于二级研磨腔8.2内的所述圆环槽9上靠近二级研磨腔8.2底部的槽侧壁与槽底壁间的夹角为钝角，其中原理及作用与一级研磨腔8.1一致。
本发明提供的再一个实施例中，转子2上相对三级研磨腔8.3的内壁上设置有环形槽11，环形槽11上连通有两管道12，两管道12与环形槽11形成循环冷却系统，冷却液从其中一个管道12进入环形槽11内，然后经环形槽11从另一管道12流出，循环冷却系统能够对三级研磨腔8.3的定子1内壁进行冷却降温，使得物料不会在三级研磨时而温度过高降低性能。
本发明提供的再一个实施例中，还包括螺旋杆6，螺旋杆6沿进料管4轴向设置于进料管4内，且螺旋杆6与转子2底部中心固定连接，螺纹杆能够辅助进料管4内的物料进入一级研磨腔8.1内。
本发明提供的再一个实施例中，还包括动力机构7，其用于驱动转子2自旋转，动力机构7为电机及传动机构、燃油机及传动机构或现有技术出众其他驱动、传动结构。
作为本实施例优选的技术方案，动力机构7包括轴杆7.1、第一带轮7.2、第二带轮7.3、皮带7.4以及伺服电机7.5，轴杆7.1共轴连接在转子2的顶部，并贯穿转动连接在盖体3上，第一带轮7.2共轴设置在轴杆7.1顶部，伺服电机7.5安装在固定基础上，第二带轮7.3固定设置在伺服电机7.5的转轴上，第二带轮7.3与第一带轮7.2通过皮带7.4传动连接，伺服电机7.5带动第二带轮7.3转动，第二带轮7.3通过皮带7.4带动第一带动转动，从而使轴杆7.1转动，轴杆7.1与盖体3动密封连接，轴杆7.1带动转动转子2旋转，从而配合定子1对N形的研磨间隙内的改性沥青中的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物进行研磨。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (6)

1.一种改性沥青的加工系统，所述改性沥青包括：4%-5%重量份的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物，1%-2%重量份的低密度聚乙烯，其余为基质沥青；所述苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物为星型且颗粒度不大于4微米，所述低密度聚乙烯的溶度参数介于7.1-8.35（卡/厘米3）1/2之间，其特征在于，包括用于研磨苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物的研磨装置，所述研磨装置包括：
定子；
转子，所述定子和转子之间形成轴截面为N形的研磨间隙，N形的所述研磨间隙从底部进料，从进料端到出料依次为一级研磨腔、二级研磨腔以及三级研磨腔；所述一级研磨腔、二级研磨腔以及三级研磨腔研磨间隙依次减小，所述三级研磨腔的间隙厚度介于4-6微米之间；
所述定子上位于所述一级研磨腔和二级研磨腔的侧壁上均设置有多个共轴的圆环槽，所述转子上位于所述一级研磨腔和二级研磨腔的侧壁上设置有与各圆环槽一一对应的凸起，所述凸起位于对应的圆环槽内；
盖体，其固定安装在定子上并包覆所述转子，所述盖体与定子、转子间形成出料空腔；
进料管，其设置于所述定子的底部中心，并与一级研磨腔底部连通；
出料管，其设置于所述定子的侧面，并与出料空腔连通；
温度维持机构，其用于对所述圆环槽的槽壁进行温度维持，物料进入圆环槽内即脱离研磨，圆环槽内的物料温度不再因研磨而持续升高，使圆环槽内的物料在再次进入被研磨前温度降低到180℃。
2.根据权利要求1所述的改性沥青的加工系统，其特征在于，位于一级研磨腔内的所述圆环槽上靠近一级研磨腔顶部的槽侧壁与槽底壁间的夹角为钝角，位于二级研磨腔内的所述圆环槽上靠近二级研磨腔底部的槽侧壁与槽底壁间的夹角为钝角。
3.根据权利要求1所述的改性沥青的加工系统，其特征在于，所述转子上相对三级研磨腔的内壁上设置有环形槽，所述环形槽上连通有两管道，两所述管道与环形槽形成循环冷却系统。
4.根据权利要求1所述的改性沥青的加工系统，其特征在于，还包括螺旋杆，所述螺旋杆沿进料管轴向设置于进料管内，且螺旋杆与转子底部中心固定连接。
5.根据权利要求1所述的改性沥青的加工系统，还包括动力机构，其用于驱动转子自旋转。
6.根据权利要求5所述的改性沥青的加工系统，所述动力机构包括轴杆、第一带轮、第二带轮、皮带以及伺服电机，所述轴杆共轴连接在所述转子的顶部，并贯穿转动连接在所述盖体上，所述第一带轮共轴设置在轴杆顶部，所述伺服电机安装在固定基础上，所述第二带轮固定设置在伺服电机的转轴上，所述第二带轮与第一带轮通过皮带传动连接。
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