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SBS改性沥青生产、现状与增长空间(1)

发布时间:2022-01-12


SBS改性沥青发展历史01.jpg

 

 PPT报告之一:

 第一部分  SBSSBS改性沥青

 

1-1、道改材料简介

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1-2、改性剂生产工艺

 

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1-3、产品介绍:线型SBS聚合物

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 1-4、产品介绍:星型SBS聚合物

 

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1-5、产品介绍:三嵌段+二嵌段 SBS 聚合物

SBS改性沥青轨迹A06.jpg

 


1-6、产品介绍:S-SBR

 (介绍图片略)

 

1-7、产品介绍:SEBS

 (介绍图片略)

  

1-8SBS小历史

 

世界SBS产品工业化生产始于20世纪60年代。

1963年美国Philips石油公司首次用偶联法生产出线型SBS共聚物,商品名Solprene

1965年美国Shell公司采用负离子聚合技术以三步顺序加料法开发出同类产品并实现工业化生产,商品名Kraton D

1967年荷兰Philips公司开发出星型(或放射型)SBS产品。

1973年,Philips公司推出了星型SBS产品。

1980年,Firestone公司推出商品名为StreonSBS产品,该产品的苯乙烯结合量为43%,产品有较高的熔融指数,主要用于塑料改性和热熔粘合剂。随后,日本的旭化成公司、意大利的Anic公司、比利时的Petrochim公司等也相继开发出SBS产品。

进入20世纪90年代以后,随着SBS应用领域的不断扩大,世界SBS生产发展迅猛。

1990年湖南岳阳巴陵石油化工公司合成橡胶厂采用北京燕山石油化工公司研究院技术建成了国内第一套年产1.0万吨SBS生产装置以来,中国SBS的生产能力稳定增长。

 

2-1改性沥青的分类与定义Classification and definition of modified asphalt

 

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。

 

A、橡胶及热塑性弹性体改性沥青

包括:天然橡胶改性沥青、SBS改性沥青(使用最为广泛)、丁苯橡胶改性沥青、氯丁橡胶改性沥青、顺丁橡胶改性沥青、丁基橡胶改性沥青、废橡胶和再生橡胶改性沥青、其他橡胶类改性沥青(如乙丙橡胶、丁腈橡胶等)

 

B、塑料与合成树脂类改性沥青

包括:聚乙烯改性沥青、乙烯-乙酸乙烯聚合物改性沥青、聚苯乙烯改性沥青、香豆桐树脂改性沥青、环氧树脂改性沥青、α-烯烃类无规聚合物改性沥青。

 

C、共混型高分子聚合物改性沥青

用两种或两种以上聚合物同时加入到沥青中对沥青进行改性。这里所说的两种以上的聚合物可以是两种单独的高分子聚合物,也可以是事先经过共混形成高分子互穿网络的所谓高分子合金。

 

2-2、改性沥青的应用Application of modified asphalt

 

1、公路用途 

现代公路和道路发生许多变化:交通流量和行驶频度急剧增长,货运车的轴重不断增加,普遍实行分车道单向行驶,要求进一步提高路面抗流动性,即高温下抗车辙的能力;提高柔性和弹性,即低温下抗开裂的能力;提高耐磨耗能力和延长使用寿命。

 

2、防水工程

改性沥青防水卷材和涂料主要用于高档建筑物的防水工程。 

 

2-3SBS改性沥青SBS modified asphalt

SBS改性沥青是以基质沥青为原料,加入一定比例的SBS改性剂,通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中,同时,加入一定比例的专属稳定剂,形成SBS共混材料,利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。

 (介绍图片略)

 

2-4SBS改性沥青生产工艺LOREM IPSUM DOLOR

 

一般来说,沥青的SBS改性需要经过溶胀、剪切、发育三个过程。

 

对于SBS改性沥青体系来说,溶胀与相容存在密切关系,溶胀大小直接影响了相容性的好坏,如果SBS在沥青中无限溶胀,则体系变成完全相容。溶胀行为与改性沥青生产、加工工艺和高温贮存稳定性等有密切的关系。随着温度升高,溶胀速度明显加快,在高于SBSPS玻璃化转变的熔融加工温度溶胀明显。另外SBS的结构对溶胀行为有明显影响:星型SBS的溶胀速度较线型的慢。相关计算表明,SBS溶胀成分的密度集中在0.971.01g/cm3之间,接近芳香酚的密度。

 

剪切是整个改性过程中中关键的一步,往往剪切的效果会影响最终的结果。胶体磨是改性沥青设备的核心,它处于高温、高速运转的环境下,胶体磨的外层为夹套结构,设有循环保温系统,同时起减震和降低噪音的作用,胶体磨内部为带有一定数量齿槽的环状动盘和环状定盘磨刀,间隙可以调整,物料粒度的均匀性和胶溶效果由齿槽的深度、宽度及磨刀的数量、形成结构的特定工作区域来决定。随着动盘高速旋转,改性剂受到强大的剪切和碰撞而不断分散,将颗粒磨细,与沥青形成混溶的稳定体系,达到均匀共混的目的。充分溶胀后,SBS与沥青混合均匀,研磨颗粒越小,SBS在沥青中的分散程度越高,改性沥青的性能越好。一般为了达到比较好的效果,可以进行多次研磨。

 

改性沥青的生产最后都要经过发育的过程,研磨后,沥青进入成品罐或者发育罐,温度控制在170-190℃,在搅拌器的作用下进行一定时间的发育过程。在这个过程中往往加入某种改性沥青稳定剂来提高改性沥青的储存稳定性。


SBS改性沥青生产工艺流程图

 

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沥青的SBS改性需要经过溶胀、剪切、发育三个过程。

剪切是整个改性过程中中关键的一步,往往剪切的效果会影响最终的结果。

胶体磨是改性沥青设备的核心。

研磨颗粒越小,SBS在沥青中的分散程度越高,改性沥青的性能越好。

 (相关说明图片略)


2-5SBS改性沥青路面应用主要特性:

 

A温差较大的地区有很好的耐高温、抗低温能力。

B、有较好的抗车辙能力,其弹性和韧性好。

C、提高了路面的抗疲劳能力,可减少路面的永久变形。

D、粘结能力特别强,能明显改善路面遇水后的抗拉能力,并极大地改善了沥青的水稳定性。

E、提高了路面的抗滑能力。增强了路面的承载能力。

F、减少路面因紫外线辐射而导致的沥青老化现象。

 

2-6、沥青在混合料中的重要性:

 

根据SHRP研究成果,沥青对于高温车辙的贡献率为29%,对疲劳的贡献率为52%,对温缩裂缝的贡献率为87%。

 

2-7SBS改性沥青混合料的高温性能评价

 

1、马歇尔和静态蠕变试验不能很好地用来评价改性沥青的抗车辙能力: 

对于普通沥青混合料,评价其高温抗变形能力的试验方法有马歇尔试验、静态蠕变试验、动态蠕变试验、轮辙试验和室内环道试验。根据前述SBS改性沥青混合料的变形特性可知,静态试验不能用来评价其高温抗永久变形能力,因为静态试验测定的是总变形而不是残留变形。所以马歇尔试验和静态蠕变试验不能用来评价SBS改性沥青的抗车辙能力。

(说明图片略)

  

2、动态蠕变所测得的永久应变同车辙深度(LTT)之间具有良好的相关性

动态蠕变试验在每次加载后(0.2),都留一较长的间歇时间(1.8)以使其弹性变形完全恢复,因此,所测变形可看作为永久变形,其大小自然反映了沥青混合料的抗永久变形能力,通常用所施加应力与测得应变的比值,即劲度模量来表征。

 (说明图片略)

 

3、动稳定度--轮辙试验(WTT)

轮辙试验能有效地反映沥青混合料在轮载作用下产生车辙的情况,同室内环道试验相比,其设备规模、试件尺寸都小得多,试验测试简单易行,因而被广泛应用于沥青混合料抗车辙能力评价。



4、室内环道试验

能真实地模拟路面结构和车辙产生的机理,能快速可靠地评价路面结构或沥青混合料的抗车辙能力。缺点是工作量大,费用高。下图为基质沥青及不同SBS含量的改性沥青混合料的环道试验测试结果,其中横坐标为达到10mm车辙所需轮载次数。测试温度为40℃,基质沥青为110#针入度,三种改性沥青的SBS含量分别为3%、5%和7%。显然,随SBS含量的提高,改性沥青的抗车辙能力大为改善,当SBS含量为3%时,其抗车辙能力己提高10倍以上,SBS含量增加,抗车辙能力改善倍数更高。

(说明图片略) 

 

 2-8SBS改性沥青混合料抗疲劳开裂性能

 

沥青混合料在低于断裂强度的应力的多次重复作用下会产生开裂,即疲劳开裂。评价沥青混合料疲劳寿命的试验方法通常为小梁三分点试验,并分为控制应力法和控制应变法。由于SBS改性剂在沥青中形成的三维网状结构大大改善了沥青的柔韧性。因此,其疲劳寿命必将提高.下图为试验温度为1 0℃,疲劳应力为1.75MPa,加载频率为40Hz条件下测得的不同SBS含量时沥青混合料的疲劳寿命。SBS含量越高,其疲劳寿命越长,当超过56%以后,疲劳寿命的增长速率减弱。研究表明,根据SBS含量的不同,其疲劳寿命与基质沥青相比可建长至35倍。

 (说明图片略)

 

2-9SBS改性沥青混合料的抗低温开裂能力

 

1、温度的升降循环使沥青混合料产生温度应力和应力松驰,当温度应力反复作用并超过开裂强度时,沥青混合料便产生低温开裂。

2、小梁冷冻试验比拉伸试验能更好地反映沥青混合料的低温开裂。

3、随改性剂含量的增加,沥青混合料的开裂温度明显降低。参考基质沥青,N1025次时沥青混合料开裂,则当SBS含量为3%时开裂温度降低89℃,当SBS含量为7%时,开裂温度可以降低1820℃。

(说明图片略)

 

2-10SBS改性沥青混台料的抗剥落能力评价

 

1、改性沥青对矿料的裹附能力的提高,改善了抗剥落能力。

2、对于由于外力引起的矿料剥落用加州磨耗仪来评价(CalifornaianAbrasion Test)

3、抗水剥落用残留马歇尔稳定度试验来衡量。

4、随SBS含量的增加,改性沥青抗磨耗和抗剥落能力明显提高。

 (说明图片略)


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