專利名稱：合成纖維改性道路瀝青及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鋪設(shè)公路的道路瀝青材料及其制備方法，特別涉及一種合成纖維改性道路瀝青及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在我國公路的路面結(jié)構(gòu)中，瀝青路面占有相當(dāng)重要的位置，大約有90％的高速公路采用瀝青路面。瀝青作為鋪路材料其最顯著的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的粘著性，但其缺點(diǎn)是高溫易變形、流淌，低溫易開裂和拉伸強(qiáng)度偏低。隨著合成纖維工業(yè)的發(fā)展，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，在瀝青中加入合成纖維材料，可提高其熱穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、耐久性和拉伸強(qiáng)度。然而，由于合成纖維材料并不溶解于瀝青中，且合成纖維長徑比大(達(dá)到150以上)，造成在瀝青中的混合分散困難，易形成“纖維球”?！袄w維球”導(dǎo)致纖維用量的增加，達(dá)不到纖維增強(qiáng)的效果，并影響路面的平整性。國內(nèi)工程上一般采用間歇式拌和機(jī)，通過人工投放纖維，人工投料的缺點(diǎn)是工作煩瑣，且纖維用量隨意性大，易導(dǎo)致纖維添加不均勻。
在本發(fā)明作出之前，公開號為CN1800265A的中國發(fā)明專利申請“一種摻加廢纖維的瀝青混合料及其生產(chǎn)方法”中，公開了一種將廢膠粉、廢纖維、補(bǔ)強(qiáng)劑、聚辛烯橡膠、SBS嵌段共聚物按質(zhì)量比例投入到攪拌反應(yīng)釜中，攪拌速度為800轉(zhuǎn)/min制得改性道路瀝青的方法。盡管普通攪拌釜的攪拌速度高達(dá)800轉(zhuǎn)/min，但由于其剪切范圍較大，導(dǎo)致剪切速率很低；且由于攪拌速度高，纖維材料易爬桿繞軸容易發(fā)生纖維包軸現(xiàn)象，存在著分散效率低、分散均勻性差的不足。目前，國內(nèi)也有利用風(fēng)力吸送和吹送技術(shù)添加纖維，同樣由于纖維散落點(diǎn)不均勻也極易“成球”，影響改性瀝青的綜合效果。還有，工程上也將纖維分裝成1～2公斤的小包裝后逐次投入到攪拌機(jī)中，從而減小纖維成團(tuán)、成球的幾率，但由于攪拌機(jī)的作用僅限于簡單剪切，剪切速率低，且剪切僅限于切線方向，纖維小包裝法也不能根本解決纖維球的形成問題。因此，要想獲得性能優(yōu)良的改性瀝青，必須解決纖維在瀝青中分散的均勻性問題，其關(guān)鍵就是要尋找到一種有效提高纖維在瀝青中分散性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種纖維在瀝青中分散效率高、分散均勻性好，且能有效改善氧化降解現(xiàn)象的合成纖維改性道路瀝青及其制備方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種由石油瀝青、合成纖維、抗氧劑和填料組成的合成纖維改性道路瀝青，其中，所述的抗氧劑為烷基酚或受阻胺，所占質(zhì)量比例為0.05～3％；所述的填料為滑石粉、碳酸鈣、粘土、氣相二氧化硅、碳黑中的一種或它們的組合，所占質(zhì)量比例為0.5～30％；石油瀝青所占質(zhì)量比例為30～98.95％，合成纖維所占質(zhì)量比例為0.5～60％。
上述技術(shù)方案中，所述的合成纖維材料是路用聚酯纖維、尼龍、碳纖維預(yù)氧化絲、聚丙烯腈纖維、碳纖維中的一種或它們的組合；所述的烷基酚為叔丁基甲酚、二烷基對苯二酚、烷基對氨基酚中的一種或它們的組合；所述的受阻胺為酮胺類、二芳基仲胺類、對苯二胺類、脂肪胺類中的一種或它們的組合。
制備本發(fā)明所述的合成纖維改性道路瀝青的方法，其工藝是將合成纖維、道路瀝青、抗氧劑和填料按質(zhì)量比30～98.95％、0.5～60％、0.05～3％、0.5～30％，經(jīng)初步混合后置于高速剪切設(shè)備中，在溫度為80～220℃的條件下，剪切分散3～120min，制備成合成纖維改性道路瀝青。
所述的剪切設(shè)備包括螺桿擠出機(jī)、煉塑機(jī)。
由于高剪切設(shè)備如螺桿擠出機(jī)、煉塑機(jī)等在工作中，產(chǎn)生的剪切速率大，并使纖維材料和瀝青受到熔融、混合、軸向擠壓、均化、分散等一系列強(qiáng)制混合分散過程的作用，有利于纖維在瀝青中的分散。
由于復(fù)合材料體系中組分的黏度相近有利于組分間的相容，本發(fā)明利用滑石粉、超細(xì)碳酸鈣、粘土、氣相二氧化硅、碳黑及其組合物作為填料，增大瀝青的黏度，從而增大共混體系的剪切力作用，改善纖維在瀝青中的混合與分散性，同時(shí)，填料還可以適當(dāng)?shù)脑黾訛r青材料的彈性，有利于改善瀝青混凝土的綜合性能。
改性道路瀝青在制備與服務(wù)過程中，可能會出現(xiàn)瀝青組分中膠質(zhì)過多地被氧化成瀝青質(zhì)，瀝青材料彈性急劇增加的現(xiàn)象；同時(shí)，由于加工過程中易出現(xiàn)纖維大分子鏈的降解斷裂，本發(fā)明中添加的抗氧劑有利于減緩這種氧化降解現(xiàn)象，從而使得瀝青能保持優(yōu)良的性能，更好地發(fā)揮纖維材料增強(qiáng)瀝青的功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.由于采用了剪切設(shè)備，使混合料處于熔融塑化、剪切、均化、混合、分散等一系列強(qiáng)制分散效果的作用，克服了普通攪拌軸的簡單剪切和剪切速率低的缺點(diǎn)，從而杜絕了纖維纏結(jié)“成球”現(xiàn)象，極大地提高了改性道路瀝青的性能。
2.在改性瀝青工業(yè)化生產(chǎn)場所，提供了連續(xù)制備纖維材料改性瀝青及其生產(chǎn)方法，為道路施工大批量、穩(wěn)定供應(yīng)精確添加量的、纖維均勻分散的改性瀝青。
3.添加了抗氧劑和滑石粉、碳酸鈣等填料，使纖維材料的分散更加均勻，并有效地改善了瀝青混凝土的氧化降解現(xiàn)象，從而提高了它的綜合性能。
4.本發(fā)明所提供的合成纖維改性道路瀝青制備工藝流程簡單、可行，設(shè)備投資和操作費(fèi)用低，有利于推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一將質(zhì)量百分比為85％的石油瀝青、5％的路用聚酯纖維、3％的抗氧劑為烷基酚叔丁基甲酚、7％的填料為滑石粉逐次加入到溫度設(shè)定在120℃的雙輥開煉機(jī)中，前輥筒轉(zhuǎn)速為17.8rpm，后輥筒轉(zhuǎn)速為24rpm，輥距為1mm，高速剪切時(shí)間為30min，制得聚酯纖維改性瀝青材料。
按本實(shí)施例所述的方法制備的合成纖維改性道路瀝青材料，經(jīng)過高剪切分散后的纖維在瀝青中無纏結(jié)、成球現(xiàn)象。
實(shí)施例二將質(zhì)量百分比為82％的石油瀝青、8％的聚丙烯腈纖維、2％的抗氧劑為受阻胺二芳基仲胺、8％的填料為超細(xì)碳酸鈣，通過高速捏合機(jī)進(jìn)行預(yù)混合分散，然后，將混合料加入到雙螺桿擠出機(jī)喂料機(jī)中，控制雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)段溫度，加料段溫度為室溫～50℃，壓縮段130～140℃，計(jì)量段120～130℃，熔體壓力為0.2～0.3MPa，主機(jī)轉(zhuǎn)速為200～300rpm，加工時(shí)間為10min，制得聚酯纖維改性瀝青材料。
在上述實(shí)施例中，合成纖維材料可以是路用聚酯纖維、尼龍、碳纖維預(yù)氧化絲、聚丙烯腈纖維、碳纖維；抗氧劑為烷基酚如叔丁基甲酚、二烷基對苯二酚、烷基對氨基酚，或受阻胺如酮胺類、二芳基仲胺類、對苯二胺類、脂肪胺類；填料為滑石粉、碳酸鈣、粘土、氣相二氧化硅、碳黑。
表一是本發(fā)明實(shí)施例樣品與對照例樣品的性能測試結(jié)果比較，一般純石油瀝青性能為軟化點(diǎn)50℃，針入度(25℃，0.1mm)，64和25℃下延度(cm)170。
對照例樣品的組份與實(shí)施例1相同，所不同的是在制備工藝上采用普通釜式攪拌方式，攪拌溫度160℃，攪拌時(shí)間90min，攪拌速度500轉(zhuǎn)/min。
表1

表中抗疲勞性能測試方法為在水浴溫度為25℃，振動頻率為60Hz，振幅為5cm的情況下，進(jìn)行疲勞老化實(shí)驗(yàn)，用充添于八字模中的纖維瀝青混合料斷裂時(shí)間來表征。按上述方法測得純?yōu)r青的抗疲勞性為8min。
參見表一，從測試數(shù)據(jù)中可以看出，由實(shí)施例1和2提供的樣品，其軟化點(diǎn)指標(biāo)比對照例樣品(普通攪拌分散)分別提高了19.4％、29％，從針入度指標(biāo)看，也有一定的提高，這是因?yàn)槭褂昧藷捤軝C(jī)、螺桿擠出機(jī)，實(shí)現(xiàn)了纖維在瀝青中的強(qiáng)制分散；由于纖維較好的強(qiáng)制分散使得纖維-瀝青基體界面良好的接觸，改性道路瀝青的25℃延度有一定的降低；最為顯著特點(diǎn)在于對照例的抗疲勞性提高小于90％，而實(shí)施例1和例2的抗疲勞性提高650％和775％，由此可見，按本發(fā)明技術(shù)方案提供的瀝青路面，其使用壽命得到了延長，路面質(zhì)量明顯提高。
權(quán)利要求
1.一種合成纖維改性道路瀝青，主要由石油瀝青、合成纖維組成，其特征在于其中還含有抗氧劑和填料；所述的抗氧劑為烷基酚或受阻胺，所占質(zhì)量比例為0.05～3％；所述的填料為滑石粉、碳酸鈣、粘土、氣相二氧化硅、碳黑中的一種或它們的組合，所占質(zhì)量比例為0.5～30％；石油瀝青所占質(zhì)量比例為30～98.95％，合成纖維所占質(zhì)量比例為0.5～60％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維改性道路瀝青，其特征在于所述的合成纖維材料是路用聚酯纖維、尼龍、碳纖維預(yù)氧化絲、聚丙烯腈纖維、碳纖維中的一種或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維改性道路瀝青，其特征在于所述的烷基酚為叔丁基甲酚、二烷基對苯二酚、烷基對氨基酚中的一種或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維改性道路瀝青，其特征在于所述的受阻胺為酮胺類、二芳基仲胺類、對苯二胺類、脂肪胺類中的一種或它們的組合。
5.權(quán)利要求1所述的合成纖維改性道路瀝青的制備方法，其特征在于將合成纖維、道路瀝青、抗氧劑和填料按質(zhì)量比30～98.95％、0.5～60％、0.05～3％、0.5～30％，經(jīng)初步混合后置于高速剪切設(shè)備中，在溫度為80～220℃的條件下，剪切分散3～120min，制備成合成纖維改性道路瀝青。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成纖維改性道路瀝青的制備方法，其特征在于所述的剪切設(shè)備包括螺桿擠出機(jī)、煉塑機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鋪設(shè)公路的瀝青材料及其制備方法，特別涉及一種合成纖維改性道路瀝青及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。這種瀝青材料由合成纖維、道路瀝青、抗氧劑和填料按質(zhì)量比30～98.95％、0.5～60％、0.05～3％、0.5～30％，經(jīng)初步混合后置于高速剪切設(shè)備中，在溫度為80～220℃的條件下，剪切分散3～120min后制備而成。由于采用了剪切設(shè)備和添加了滑石粉等填料，使混合料處于熔融塑化、剪切、均化、混合、分散等一系列強(qiáng)制分散效果的作用，克服了普通攪拌易產(chǎn)生纖維纏結(jié)“成球”現(xiàn)象的缺點(diǎn)；同時(shí)，由于添加了抗氧劑，有效地改善了瀝青混凝土的綜合性能。該工藝流程簡單、可行，設(shè)備投資和操作費(fèi)用低，有利于推廣應(yīng)用。
文檔編號C08K3/00GK1966581SQ200610097580
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者朱新生, 吳建銓, 王希岳, 柏春敏, 董洲 申請人:蘇州大學(xué), 常州市天怡工程纖維有限公司