CN1966581A - 合成纤维改性道路沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铺设公路的沥青材料及其制备方法，特别涉及一种合成纤维改性道路沥青及其制备方法，属于高分子材料技术领域。这种沥青材料由合成纤维、道路沥青、抗氧剂和填料按质量比30～98.95％、0.5～60％、0.05～3％、0.5～30％，经初步混合后置于高速剪切设备中，在温度为80～220℃的条件下，剪切分散3～120min后制备而成。由于采用了剪切设备和添加了滑石粉等填料，使混合料处于熔融塑化、剪切、均化、混合、分散等一系列强制分散效果的作用，克服了普通搅拌易产生纤维缠结“成球”现象的缺点；同时，由于添加了抗氧剂，有效地改善了沥青混凝土的综合性能。该工艺流程简单、可行，设备投资和操作费用低，有利于推广应用。

Description

合成纤维改性道路沥青及其制备方法

                        技术领域

本发明涉及一种用于铺设公路的道路沥青材料及其制备方法，特别涉及一种合成纤维改性道路沥青及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

                        背景技术

在我国公路的路面结构中，沥青路面占有相当重要的位置，大约有90％的高速公路采用沥青路面。沥青作为铺路材料其最显著的优点是具有良好的粘着性，但其缺点是高温易变形、流淌，低温易开裂和拉伸强度偏低。随着合成纤维工业的发展，近年来的研究发现，在沥青中加入合成纤维材料，可提高其热稳定性、低温抗裂性能、耐久性和拉伸强度。然而，由于合成纤维材料并不溶解于沥青中，且合成纤维长径比大(达到150以上)，造成在沥青中的混合分散困难，易形成“纤维球”。“纤维球”导致纤维用量的增加，达不到纤维增强的效果，并影响路面的平整性。国内工程上一般采用间歇式拌和机，通过人工投放纤维，人工投料的缺点是工作烦琐，且纤维用量随意性大，易导致纤维添加不均匀。

在本发明作出之前，公开号为CN1800265A的中国发明专利申请“一种掺加废纤维的沥青混合料及其生产方法”中，公开了一种将废胶粉、废纤维、补强剂、聚辛烯橡胶、SBS嵌段共聚物按质量比例投入到搅拌反应釜中，搅拌速度为800转/min制得改性道路沥青的方法。尽管普通搅拌釜的搅拌速度高达800转/min，但由于其剪切范围较大，导致剪切速率很低；且由于搅拌速度高，纤维材料易爬杆绕轴容易发生纤维包轴现象，存在着分散效率低、分散均匀性差的不足。目前，国内也有利用风力吸送和吹送技术添加纤维，同样由于纤维散落点不均匀也极易“成球”，影响改性沥青的综合效果。还有，工程上也将纤维分装成1～2公斤的小包装后逐次投入到搅拌机中，从而减小纤维成团、成球的几率，但由于搅拌机的作用仅限于简单剪切，剪切速率低，且剪切仅限于切线方向，纤维小包装法也不能根本解决纤维球的形成问题。因此，要想获得性能优良的改性沥青，必须解决纤维在沥青中分散的均匀性问题，其关键就是要寻找到一种有效提高纤维在沥青中分散性能的方法。

                        发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种纤维在沥青中分散效率高、分散均匀性好，且能有效改善氧化降解现象的合成纤维改性道路沥青及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种由石油沥青、合成纤维、抗氧剂和填料组成的合成纤维改性道路沥青，其中，所述的抗氧剂为烷基酚或受阻胺，所占质量比例为0.05～3％；所述的填料为滑石粉、碳酸钙、粘土、气相二氧化硅、碳黑中的一种或它们的组合，所占质量比例为0.5～30％；石油沥青所占质量比例为30～98.95％，合成纤维所占质量比例为0.5～60％。

上述技术方案中，所述的合成纤维材料是路用聚酯纤维、尼龙、碳纤维预氧化丝、聚丙烯腈纤维、碳纤维中的一种或它们的组合；所述的烷基酚为叔丁基甲酚、二烷基对苯二酚、烷基对氨基酚中的一种或它们的组合；所述的受阻胺为酮胺类、二芳基仲胺类、对苯二胺类、脂肪胺类中的一种或它们的组合。

制备本发明所述的合成纤维改性道路沥青的方法，其工艺是：将合成纤维、道路沥青、抗氧剂和填料按质量比30～98.95％、0.5～60％、0.05～3％、0.5～30％，经初步混合后置于高速剪切设备中，在温度为80～220℃的条件下，剪切分散3～120min，制备成合成纤维改性道路沥青。

所述的剪切设备包括：螺杆挤出机、炼塑机。

由于高剪切设备如螺杆挤出机、炼塑机等在工作中，产生的剪切速率大，并使纤维材料和沥青受到熔融、混合、轴向挤压、均化、分散等一系列强制混合分散过程的作用，有利于纤维在沥青中的分散。

由于复合材料体系中组分的黏度相近有利于组分间的相容，本发明利用滑石粉、超细碳酸钙、粘土、气相二氧化硅、碳黑及其组合物作为填料，增大沥青的黏度，从而增大共混体系的剪切力作用，改善纤维在沥青中的混合与分散性，同时，填料还可以适当的增加沥青材料的弹性，有利于改善沥青混凝土的综合性能。

改性道路沥青在制备与服务过程中，可能会出现沥青组分中胶质过多地被氧化成沥青质，沥青材料弹性急剧增加的现象；同时，由于加工过程中易出现纤维大分子链的降解断裂，本发明中添加的抗氧剂有利于减缓这种氧化降解现象，从而使得沥青能保持优良的性能，更好地发挥纤维材料增强沥青的功能。

与现有技术相比，本发明的优点：

1.由于采用了剪切设备，使混合料处于熔融塑化、剪切、均化、混合、分散等一系列强制分散效果的作用，克服了普通搅拌轴的简单剪切和剪切速率低的缺点，从而杜绝了纤维缠结“成球”现象，极大地提高了改性道路沥青的性能。

2.在改性沥青工业化生产场所，提供了连续制备纤维材料改性沥青及其生产方法，为道路施工大批量、稳定供应精确添加量的、纤维均匀分散的改性沥青。

3.添加了抗氧剂和滑石粉、碳酸钙等填料，使纤维材料的分散更加均匀，并有效地改善了沥青混凝土的氧化降解现象，从而提高了它的综合性能。

4.本发明所提供的合成纤维改性道路沥青制备工艺流程简单、可行，设备投资和操作费用低，有利于推广应用。

                      具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

将质量百分比为85％的石油沥青、5％的路用聚酯纤维、3％的抗氧剂为烷基酚叔丁基甲酚、7％的填料为滑石粉逐次加入到温度设定在120℃的双辊开炼机中，前辊筒转速为17.8rpm，后辊筒转速为24rpm，辊距为1mm，高速剪切时间为30min，制得聚酯纤维改性沥青材料。

按本实施例所述的方法制备的合成纤维改性道路沥青材料，经过高剪切分散后的纤维在沥青中无缠结、成球现象。

实施例二：

将质量百分比为82％的石油沥青、8％的聚丙烯腈纤维、2％的抗氧剂为受阻胺二芳基仲胺、8％的填料为超细碳酸钙，通过高速捏合机进行预混合分散，然后，将混合料加入到双螺杆挤出机喂料机中，控制双螺杆挤出机各区段温度，加料段温度为室温～50℃，压缩段130～140℃，计量段120～130℃，熔体压力为0.2～0.3MPa，主机转速为200～300rpm，加工时间为10min，制得聚酯纤维改性沥青材料。

在上述实施例中，合成纤维材料可以是路用聚酯纤维、尼龙、碳纤维预氧化丝、聚丙烯腈纤维、碳纤维；抗氧剂为烷基酚如叔丁基甲酚、二烷基对苯二酚、烷基对氨基酚，或受阻胺如酮胺类、二芳基仲胺类、对苯二胺类、脂肪胺类；填料为滑石粉、碳酸钙、粘土、气相二氧化硅、碳黑。

表一是本发明实施例样品与对照例样品的性能测试结果比较，一般纯石油沥青性能为：软化点50℃，针入度(25℃，0.1mm)，64和25℃下延度(cm)170。

对照例样品的组份与实施例1相同，所不同的是在制备工艺上采用普通釜式搅拌方式，搅拌温度160℃，搅拌时间90min，搅拌速度500转/min。

表1：

样品	软化点(℃)	针入度(25℃，0.1mm)	25℃延度(cm)	抗疲劳性能(min)
					实施例1	148	29.1	15.3	60
实施例2	160	23.0	14.2	70
					对照例	124	35.6	17.8	15

表中抗疲劳性能测试方法为：在水浴温度为25℃，振动频率为60Hz，振幅为5cm的情况下，进行疲劳老化实验，用充添于八字模中的纤维沥青混合料断裂时间来表征。按上述方法测得纯沥青的抗疲劳性为8min。

参见表一，从测试数据中可以看出，由实施例1和2提供的样品，其软化点指标比对照例样品(普通搅拌分散)分别提高了19.4％、29％，从针入度指标看，也有一定的提高，这是因为使用了炼塑机、螺杆挤出机，实现了纤维在沥青中的强制分散；由于纤维较好的强制分散使得纤维-沥青基体界面良好的接触，改性道路沥青的25℃延度有一定的降低；最为显著特点在于：对照例的抗疲劳性提高小于90％，而实施例1和例2的抗疲劳性提高650％和775％，由此可见，按本发明技术方案提供的沥青路面，其使用寿命得到了延长，路面质量明显提高。

Claims (6)

1.一种合成纤维改性道路沥青，主要由石油沥青、合成纤维组成，其特征在于：其中还含有抗氧剂和填料；所述的抗氧剂为烷基酚或受阻胺，所占质量比例为0.05～3％；所述的填料为滑石粉、碳酸钙、粘土、气相二氧化硅、碳黑中的一种或它们的组合，所占质量比例为0.5～30％；石油沥青所占质量比例为30～98.95％，合成纤维所占质量比例为0.5～60％。

2.根据权利要求1所述的合成纤维改性道路沥青，其特征在于：所述的合成纤维材料是路用聚酯纤维、尼龙、碳纤维预氧化丝、聚丙烯腈纤维、碳纤维中的一种或它们的组合。

3.根据权利要求1所述的合成纤维改性道路沥青，其特征在于：所述的烷基酚为叔丁基甲酚、二烷基对苯二酚、烷基对氨基酚中的一种或它们的组合。

4.根据权利要求1所述的合成纤维改性道路沥青，其特征在于：所述的受阻胺为酮胺类、二芳基仲胺类、对苯二胺类、脂肪胺类中的一种或它们的组合。

5.权利要求1所述的合成纤维改性道路沥青的制备方法，其特征在于：将合成纤维、道路沥青、抗氧剂和填料按质量比30～98.95％、0.5～60％、0.05～3％、0.5～30％，经初步混合后置于高速剪切设备中，在温度为80～220℃的条件下，剪切分散3～120min，制备成合成纤维改性道路沥青。

6.根据权利要求5所述的合成纤维改性道路沥青的制备方法，其特征在于：所述的剪切设备包括：螺杆挤出机、炼塑机。