合成纤维改性道路沥青的制备方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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，属于高分子材料

技术介绍
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。在本专利技术作出之前，公开号为CN1800265A的中国专利技术专利申请“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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。制备本专利技术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，本专利技术利用滑石粉、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，本专利技术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，本专利技术的优点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.本专利技术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。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术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。表一是本专利技术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 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，按本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
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％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新生，吴建铨，王希岳，柏春敏，董洲，
申请(专利权)人：苏州大学，常州市天怡工程纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]