聚合物改性环氧沥青的微观形貌和性能研究

发布时间：2020-09-29 16:38

　　作为一种反应性聚合物改性沥青(PMA),环氧沥青(EA)以其优异的性能被广泛用于钢桥面铺装。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和橡胶是PMA中最常用的聚合物改性剂,它们可以显著提高沥青的韧性。本论文采用EVA和废胶粉对自主研发的环氧沥青进行改性,分别研究EVA对环氧沥青固化过程中微观形貌和性能的影响,以及废胶粉改性沥青(橡胶沥青,AR)含量和固化条件对环氧橡胶沥青微观形貌和性能的影响。首先,以热塑性聚合物EVA制备不同含量的EVA改性沥青,再以EVA改性沥青、环氧树脂和固化剂混合来制备EVA改性环氧沥青。采用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电子显微镜(SEM)研究了 EVA对EA微观形貌演变的影响。此外,还研究了 EA/EVA共混物的旋转粘度、热稳定性和力学性能。LSCM观察结果表明,在EA/EVA共混物相分离结构中,环氧树脂是连续相,EVA改性沥青是分散相。环氧树脂固化反应形成的交联网络破坏了 EVA与沥青之间的物理相互作用。LSCM和SEM观察发现,EVA含量较低的EA/EVA共混物中EVA改性沥青颗粒的粒径较小且分布均匀。但是对于EVA含量较高的EA/EVA共混物,EVA改性沥青颗粒在环氧树脂相中分散变得不均匀。EVA的添加增加了纯EA的粘度。当EVA含量小于1.90 wt%时,EA/EVA共混物的粘度都可以满足环氧沥青钢桥面铺装的技术要求。EVA的加入提高了纯EA的热稳定性。此外,EVA的添加增加了纯EA的韧性,EVA含量为1.90wt%时,EA/EVA共混物具有最大拉伸强度(3.06MPa),比纯EA(2.30MPa)提高了 33%。EVA含量为3.75 wt%时,纯EA(622%)的断裂伸长率提高了 14%。然后,采用工业橡胶沥青代替基质沥青来制备环氧橡胶沥青(EAR)。对比分析了 AR含量和沥青含量对纯EP的相分离微观结构、粘度、热稳定性和力学性能的影响。LSCM观察结果表明,在所有的EA样品中都出现了球形相分离结构。当沥青含量低于50 wt%时,环氧沥青形成了以环氧树脂为连续相和沥青为分散相的相分离。当沥青含量达到60 wt%时,环氧沥青出现了相反转结构,即沥青变为连续相,环氧树脂变为分散相。对于EAR来说,当AR含量为40和50 wt%时,EAR中出现了共连续相分离结构,其中AR是分散相,环氧树脂为连续相。然而,当AR含量增加到60 wt%时,体系发生相反转,转变为球形和共连续结构共存的环氧树脂颗粒分散在沥青连续相中的相分离结构。沥青和AR的加入增加了纯EP的粘度,在整个固化过程中,EAR的粘度都高于相同含量下EA的粘度。沥青和AR的添加改善了纯EP的热稳定性,EA和EAR的热稳定性随着沥青和AR含量的增加而增加。沥青和AR的添加提高了纯EP的断裂伸长率,EA和EAR的断裂伸长率随着沥青和AR含量的增加而增加。含50 wt%AR的EAR的粘度和力学性能完全可以满足热拌环氧沥青结合料钢桥面铺装的技术要求。最后,研究了不同固化条件对环氧橡胶沥青微观形貌和力学性能的影响。高温热冲击提高了 AR的流动性,使得含40 wt%AR的EAR的共连续结构转变成均匀分散的球形结构。高温直接固化降低了 EP和AR之间的动态不对称性,因此150 ℃直接固化2d的EAR中只出现了球形相分离结构。沥青和AR的加入阻碍了纯EP的固化反应,这种阻碍作用随着沥青和AR含量的增加而增加。环氧橡胶沥青的转化率取决于AR浓度和固化温度,热冲击可以提高EAR的转化率。热冲击和高温直接固化提高了 EAR的热稳定性,热处理后EAR的热稳定性随着AR含量的增加而增加。此外,高温热冲击提高了 EAR的韧性,EAR和高温热冲击后EAR的韧性随着AR浓度的增加而降低。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U414
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章绪论
    1.1 沥青
        1.1.1 沥青的来源与组成
        1.1.2 沥青应用
    1.2 聚合物改性沥青
        1.2.1 物理改性
        1.2.2 化学改性
        1.2.3 环氧沥青
    1.3 本课题的研究目标和内容
    参考文献
第二章 EVA改性环氧沥青的制备与性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验
        2.2.1 原料
        2.2.2 样品制备
        2.2.3 测试
            2.2.3.1 力学性能
            2.2.3.2 热失重分析(TGA)
            2.2.3.3 旋转粘度(RV)
            2.2.3.4 激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)
            2.2.3.5 扫描电子显微镜(SEM)
    2.3 结果和讨论
        2.3.1 微观结构
        2.3.2 粘时特性
        2.3.3 热稳定性
        2.3.4 力学性能
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章橡胶沥青含量对环氧橡胶沥青性能的影响
    3.1 引言
    3.2 实验
        3.2.1 原料
        3.2.2 样品制备
        3.2.3 测试
            3.2.3.1 激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)
            3.2.3.2 旋转粘度(RV)
            3.2.3.3 热失重分析(TGA)
            3.2.3.4 力学性能
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 微观结构
        3.3.2 旋转粘度
        3.3.3 热稳定性
        3.3.4 力学性能
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章固化条件对环氧橡胶沥青微观形貌和力学性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验
        4.2.1 原料
        4.2.2 样品制备
        4.2.3 测试
            4.2.3.1 激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)
            4.2.3.2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
            4.2.3.3 热失重分析(TGA)
            4.2.3.4 力学性能
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 微观结构
        4.3.2 固化行为
        4.3.3 热稳定性
        4.3.4 力学性能
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
    参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

【参考文献】