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改性SiC 粉制备高固相含量SiC/炭黑料浆的研究

改性SiC 粉制备高固相含量SiC/炭黑料浆的研究
改性SiC 粉制备高固相含量SiC/炭黑料浆的研究

第26卷 第1期

2004年1月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.26 No.1 Jan.2004

改性S iC 粉制备高固相含量S iC /炭黑料浆的研究

吉晓莉,郭兵健,武七德,鄢永高,李美娟

(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,武汉430070)

摘 要: 利用淀粉原位凝固成型技术可制备具有形状精度高、致密、均匀的各种复杂形状的陶瓷坯体,高固相含量、低

粘度料浆的制备是淀粉原位凝固成型工艺的关键技术。通过对S

iC 粉进行表面包覆改性和选用合适的分散剂对炭黑粉进行有效分散的方法,成功制备固相体积分数达63%、表观粘度为663m P a ?s 的改性S iC /炭黑稳定料浆。并研究了分

散剂用量、料浆pH 值、体系固相体积分数对料浆流变性的影响。

关键词: S iC ; 表面改性; 流变特性

中图分类号: TQ 174文献标识码: A 文章编号:1671-4431(2004)01-0011-04

收稿日期:2003-09-16.

基金项目:武汉理工大学硅酸盐工程材料教育部重点实验室开放基金(SYSJJ2002-09).

作者简介:吉晓莉(1963-),女,副教授.E-mail:jixiaoli2002@etang.com

SiC陶瓷材料具有优异的高温强度、

耐磨性、耐腐蚀性及良好的导电、导热性,已经被作为热交换器、高强耐磨器件及高温结构部件的候选材料[1],广泛应用于航天、航空、汽车、机械、石化、冶金等行业。但由于

SiC是强的共价键特性,体扩散系数很小,使SiC陶瓷的完全致密烧结很困难。尽管可通过添加烧结助剂和

采用压力(如热压、热等静压)烧结来提高烧结密度,但这些方法加工复杂,大型制件仍是十分困难的[1,2]。反

应烧结SiC(ReactionBondedSiliconCarbide,RBSC)

具有制备温度低、烧结时间短、不用外压可达到完全致密以及烧结不变形等优点。

随着SiC陶瓷材料在工业领域的应用日益广泛,

对其几何复杂性、形状精度以及性能可靠性的要求也越来越高,采用陶瓷坯体近净尺寸成型和反应烧结SiC工艺相结合的方法是制备形状复杂、高精度和高可靠性

SiC陶瓷的有效途径。一种新型陶瓷坯体成型方法——淀粉原位凝固成型[3],

可实现复杂形状陶瓷坯体的近净尺寸成型,获得致密、均匀的坯体。淀粉原位成型原理主要是依靠淀粉颗粒在水中润胀吸水,加热时产生糊化的特性实现陶瓷料浆悬浮液由液态向固态转变,从而得到均匀的陶瓷坯体。与其他陶瓷胶态原位凝固成型技术一样,采用淀粉原位凝固成型的关键技术之一是制备出高固相体积含量、低粘度的陶瓷料浆悬浮液。

在研究中,通过对SiC粉进行表面有机包覆改性方法来提高其在水中的分散稳定性,

以求制备出满足淀粉原位凝固工艺所需的高固低粘、稳定分散的陶瓷料浆,并通过选用适合炭黑分散的高效分散剂,研究了分散剂用量、pH值、Zeta电位及固相体积分数与炭黑以及炭黑/SiC料浆的流变性能的关系。确定了制备高固相体积分数炭黑/SiC料浆的最佳工艺条件,并最终制备了符合淀粉原位凝固成型要求的料浆悬浮体。1 实 验

1.1 实验原料及方法

SiC粉采用气流磨加工粉碎,颗粒粒径为1.26~105μm,d50=47μm,

其主要化学成分见表1。炭黑天然气半补强炭黑,比表面积为7~13m2/g;

炭黑高效分散剂为实验室自制的低分子量非离子型水溶性高分子聚合物——WH-7。表面改性SiC粉的制备:采用在甲苯溶液中,以偶联剂为基础层,含有酰胺基成分的有机聚电解质为分散功能层,通过化学键合和接枝聚合方式对SiC粉表面进行有机包覆改性[4]。炭黑/SiC料浆悬浮液的制备:首先称量炭黑、分散剂和去离子水,利用行星磨在玛瑙球磨罐中用玛瑙球球磨2h,再加入改

性SiC粉,采用高速搅拌方式进行分散,搅拌时间为10h,使用HCl和NH4OH溶液调节料浆pH值。1.2 分析测试

采用60SXB型傅立叶红外光谱仪对改性前后的SiC

粉表面结构和性质进行分析;Zeta电位由上海上利检测仪

器厂生产的BDL-B型表面电位粒径仪测量,

测试用悬浮液浓度为0.1%;采用美国产BROOKFIELDLVDV-Ⅱ+型表1 实验用S iC 粉的主要化学成分w /%化学组成SiCSiCOFe2O3质量分数>980.450.660.49<0.5

粘度计测量悬浮液的表观粘度和流变特性;pH值测试采用上海雷磁公司pHS-

3B型精密pH计测定。2 结果与讨论

2.1 改性S iC 粉的表面特性分析

图1为经有机包覆改性前后SiC粉的红外吸收光谱图。对比图中吸收峰可以发现未经过改性的原始

SiC粉体,

其红外光谱中只有少数的几个吸收峰。900~500cm-1之间是Si—C键伸缩振动峰,1248cm-1处是Si—C键弯曲振动峰,1089cm-1处是Si—O键的伸缩振动峰,3436cm

-1、1641cm-1处为吸附水所产生的吸收峰。经表面改性后的SiC粉体其红外吸收光谱在3442cm-1

、1377cm-1和1641cm-1附近出现双峰特征,是典型的酰胺类特征吸收谱带,其中3442cm

-1附近为N-H键的伸缩振动峰,1641cm-1附近的双峰是酰胺峰Ⅰ和酰胺峰Ⅱ,1377cm-1附近为酰胺峰Ⅲ。以上定性测试结果表明,粉体经表面改性以后,其表面的物质与结构发生了变化,红外吸收光谱显示经表面改性的粉体表面含有酰胺类物质基团。

图1 SiC粉体的红外吸收光谱

2.2 改性S iC 及炭黑粉的稳定分散

2.2.1 改性SiC的稳定分散

图2为SiC粉改性前后的Zeta电位与pH值关系的曲线,从图2中可见,经有机包覆改性后的SiC粉其零Zeta电位点相对于原始粉向碱性方向移动。Zeta电位绝对值在pH=11时达到最大值58.9mV。这与改性后的SiC粉表面聚电解质在水中水解有着密切的关系,

水解反应为由于水解反应在碱性介质中比中性或酸性介质中更易进行。且水解所得到的羧基团或以—COOH存在,或解离为—COO-,解离的—COOH基团的分数与溶液的pH值密切相关。当溶液处于强酸性(pH<3)

时,—COOH几乎不解离,但可能吸附H+,所以从Zeta电位上看,粉体表面带有正电荷。当溶液处于碱性

(pH>8)时,—COOH全部解离[5]。随着—COOH解离分数的增加,聚合物的表面电荷也从中性变化到很高的负电性。这种含有羧基结构的水解体是一种很重要的阴离子型聚电解质,故包覆改性后SiC粉体的Zet电位与pH值的关系曲线呈现出与陶瓷粉体吸附阴离子型聚电解质相同的特征。

2.2.2 炭黑粉的稳定分散

炭黑由于其比表面积大,一般情况下很难分散,在研究中,为了提高炭黑的分散性能,使用了炭黑专用分

21 武 汉 理 工 大 学 学 报 2004年1月

图2 SiC粉体Zeta电位随pH值的变化曲线

散剂——WH-7,WH-7为低分子量非离子型水溶性高分

子聚合物,其分子结构中同时具有极性基团和非极性基

团。实验表明它对炭黑粒子有着良好的吸附能力,因而可

以很好的改变炭黑的表面特性。在炭黑悬浮液中,吸附在

炭黑表面的WH-7,其极性基团在水中的伸展将在炭黑表

面形成一定厚度的阻碍层,这种存在于炭黑颗粒之间的

空间位阻效应有利于减少炭黑粒子间的吸引力,防止炭

黑颗粒团聚及获得良好的分散效果。图3为40%体积分

数时,炭黑料浆的粘度与WH-7加入量的关系。图3表

明,炭黑料浆粘度随着分散剂加入量的增加存在一个最

低值。对于研究中所用炭黑,分散剂最佳用量为炭黑质量的4%。当分散剂用量较小时,分散剂在炭黑表面的吸附不完善,颗粒之间的空间位阻作用较小,表现为料浆粘度较高。当分散剂的用量大于炭黑颗粒形成饱和吸附所需的量时,未被炭黑颗粒吸附的分散剂将游离在溶液中,这些高分子聚合物之间相互缠绕桥连,从而引起料浆表观粘度的增大。

图4为分散剂对炭黑Zeta电位的影响。图4表明,分散剂的加入很大程度改变了炭黑颗粒的表面特性使炭黑的等电点向酸性方向发生了明显的移动。其Zeta值在较宽的pH值内基本不变,这也表明WH-7对炭黑的分散作用主要是通过空间位阻机制来实现的。

图3 分散剂质量分数对炭黑料浆粘度的影响

图4 WH-7对炭黑Zeta电位的影响

2.3 pH 值对料浆粘度的影响图5为料浆固相体积含量为55%,炭黑与改性SiC质量比为20/80,WH-

7加入量为炭黑质量4%时,不同pH值下剪切速率对改性SiC/

炭黑料浆流变特性的影响。很明显,料浆在碱性条件下有着较低的粘度,其粘度在整个剪切速率内基本保持不变,料浆呈牛顿型流体。在弱酸或接近中性条件下,料浆的粘度相对较大表现为剪切变稀特性。由于料浆体系中,炭黑的分散主要是通过空间位阻机制来实现,pH值对它的分散影响不大。因此,pH值主要是通过对改性SiC分散的影响来影响料浆的粘度,

结合改性前后粉体Zeta电位的变化特点,可以推断,料浆在弱酸或接近中性条件下时,改性SiC粉的Zeta电位绝对值较小,不能形成稳定分散而出现絮凝现象,使得料浆的实际有效固相含量比表观固相含量高,而在高剪切应变下料浆的絮凝结构被破坏,表现为料浆的表观粘度下降。因此,料浆表现为剪切变稀的特性。随着pH值的增大,改性SiC粉的

Zeta电位绝对值也随之增大,使得SiC颗粒之间的静电斥力加强,

粉体的分散稳定性增加,表现为料浆的表观粘度下降。在研究过程中,对SiC粉改性前后的分散稳定性做了一系列实验,

结果表明,经过表面改性的SiC粉相对于原始粉体在整个pH值范围内均有较好的分散稳定性。结合以上实验结果,

可以认为,在改性SiC/炭黑料浆体系中,炭黑主要是通过空间位阻作用达到较好的分散,而改性SiC则通过静电空间位阻效应来实现稳定分散。

2.4 固相体积分数对料浆粘度的影响

图6为改性SiC/炭黑料浆体系在剪切速率为96s-1、pH=11的条件下,

悬浮体固相体积分数对料浆粘度的影响。图6表明,在悬浮体固相体积分数小于63%(663mPa?s)时,料浆粘度表现为随体系固相体积分数增加呈平缓上升的趋势,但当料浆固相体积分数再继续增大时,料浆粘度将急剧上升,料浆的流动性也会

31第26卷 第1期 吉晓莉,等:改性SiC粉制备高固相含量SiC/炭黑料浆的研究

随着体系固相分数的增加而急剧降低。这是由于,随着料浆固相体积分数的增加,料浆体系中颗粒之间的距离会随之减小。而此时接枝聚合在改性SiC粉体表面的聚电解质高分子链,

以及炭黑表面所吸附的高分子链均会相互缠绕,引起料浆粘度的增加。另一方面,由于体系中含有相当比例的超细炭黑粉,颗粒之间距离的减小更易使炭黑颗粒的团聚加剧,从而引起料浆粘度的增大。因此为了获得流动性好、体系固相体积分数更高的料浆,有必要采取进一步措施。实验室采用了进一步优化SiC改性工艺和对改性粉体进行合理级配,以及改换相对粒径较大的碳质原料方法来进一步提高料浆的固相体积分数。由于篇幅有限,在此不做进一步讨论。

图5 不同pH下改性SiC/炭黑料浆的粘度曲线图6 固相体积分数对改性SiC/

炭黑料浆粘度的影响3 结 论

a.通过对SiC粉体进行有机表面包覆处理,使粉体表面的物质与结构发生了变化。表面改性使SiC粉的等电点向碱性方向发生了移动,使其Zeta电位的绝对值增大。

b.

实验室自制的分散剂——WH-7对炭黑有很好的分散作用,其最佳加入量为炭黑质量的4%。c.料浆的pH值和体系固相体积分数对改性SiC/

炭黑悬浮体的流变特性有很大的影响,调节料浆pH=11时,可成功制备出固相体积分数达63%、粘度为663mPa?s的稳定料浆。

参考文献

[1] 吕振林,高积强,金志浩.SiC陶瓷材料及制备

[J].机械工程材料,1999,23(3):1~3.[2] 江东亮.高性能SiC工程材料

[J].机械工程材料,1985,(2):23~27.[3] 武七德,李美娟,鄢永高,等.淀粉原位凝固成型纯碳反应烧结SiC坯体的研究[J].硅酸盐学报,2003,31(3):222~228.[4] 李美娟.SiC陶瓷胶态成型制备的研究

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[J].JAmCeramSoc1996,79(11):2940~2946.

StudyonthePreparationofModifiedSiC/CarbonBlackSlurry

withHighSolidContent

JIXiao-li,GUOBing-jian,WUQi-de,YANYong-gao,LIMei-juan

(KeyLaboratoryforSilicateMaterialsScienceandEngineeringofMinistryofEducation,WUT,Wuhan430070,China)Abstract: Apeculiarshape,homogeneousmicrostructuregreenbodywithhighcapabilitiesandreliabilitymaybeprepareusingin-situconsolidationmoldingprocesswithstarch.Tocarryoutthetechnique,theproblemmustbesolvedfirstlyistpreparedforthelowviscosity,homogeneousconcentratedceramicsuspensionswithhighsolidcontent.Surfacemodificationofceramicpowdersistheoptimalmethodtoimprovepowdersdispersity.ThemodifiedSiC/carbonblacksuspensioncontaining63%solidvolumeandtheapparentviscosityof663mPa?swereobtainedthroughtheoptimizationofthepHvalue.RheologicalbehaviorofaqueousmodifiedSiC/carbonblackslurryalsowasstudied.

Keywords: siliconcarbon; surfacemodification; rheologicalproperty41 武 汉 理 工 大 学 学 报 2004年1月

白炭黑改性及其在橡胶中的应用研究进展_燕鹏华

白炭黑改性及其在橡胶中的应用研究进展 燕鹏华,梁 滔 (中国石油兰州化工研究中心,甘肃 兰州 730060) 摘要:介绍白炭黑改性及其在橡胶中的应用研究进展。通过白炭黑表面接枝改性和偶联剂改性以及白炭黑与其它填料插层复配,可增强白炭黑与橡胶间的相 互作用,改进白炭黑的补强效果。白炭黑用于天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、 三元乙丙橡胶等中,胶料网络结构增强,物理性能和抗湿滑性能改善,滚动阻力 降低。未来白炭黑研究应集中在白炭黑的界面属性方面,以进一步发挥白炭黑作 为补强填料的优势。 关键词:白炭黑;改性;填充;补强;橡胶 白炭黑即水合无定形二氧化硅,它是一种大比表面积、高结构、高活性的补强填充材料,因其具有特殊的表面结构、颗粒形态以及物理和化学性质,应用十分广泛[1-2]。根据制备方法不同,白炭黑可分为气相法白炭黑和沉淀法白炭黑[3]。气相法白炭黑是球链状结构,外比表面积大,表面羟基少;沉淀法白炭黑是低结构的球状物,孔隙率高,内外比表面积均较大,表面羟基多。沉淀法白炭黑主要以石英砂、纯碱、工业盐酸、硫酸、硝酸或二氧化碳为原料,原料便宜、易得,生产工艺和设备较简单,产品价格低,目前在市场上占据主导地位,产量约占白炭黑产量的85%。气相法白炭黑主要以硅氧烷(尤其是六乙基硅氧烷)、四氯化硅等为原料,反应条件易控制,产品纯度高,但原料价格较高,产率低。近年固特异开发了用稻壳灰制备白炭黑的新技术[4]。 目前,在橡胶补强剂中白炭黑用量仅次于炭黑,但与橡胶的相容性较差,加工性能不如炭黑[5]。随着欧盟REACH法规和轮胎标签法规的相继实施,橡胶及其制品的环保化迫在眉睫,再加上浅色制品的需求,白炭黑改性及应用研究越来越受到重视。 1 白炭黑改性 白炭黑表面有大量的羟基,导致其易团聚,在使用过程中白炭黑通常需要改性,以提高其分散性。白炭黑改性的方法主要有物理改性和化学改性,本文主要关注化学改性。 宋英泽等[6]以正硅酸乙酯为硅源,氨水为催化剂,乙烯基三乙氧基硅烷为改性剂,采用溶胶-凝胶法制备了乙烯基官能化的白炭黑。乙烯基官能团接枝到白炭黑表面后,白炭黑表面的乙烯基参与硅橡胶热硫化过程中的交联反应,增强白炭黑与硅橡胶间的相互作用;白炭黑表面的乙烯基能够加快硅橡胶热硫化反应第1阶段的反应速率,当硫化温度为120 ℃时,其硫化速率常数为0.527;对于添加乙烯官能化白炭黑的硅橡胶,其硫化温度选择120 ℃较为适宜。 郑竹等[7]将丙烯酸酯加入白炭黑和天然胶乳的混合体系中,对白炭黑表面进行接枝改性。经过丙烯酸单体改性后的白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料具有更好的加工流动性、物理性能和耐老化性能,其中甲基丙烯酸甲酯的改性效果优于丙烯酸丁酯的改性效果。 辛高峰等[8]以正辛醇为改性剂,对沉淀法白炭黑表面进行改性,探讨了改性剂用量、改性温度和改性时间对白炭黑粘度的影响。当每60 g白炭黑用50 mL正辛醇改性时,反应温度为120 ℃,时间为2 h,改性白炭黑的分散性最好,粘度明显降低,表

橡胶改性沥青指标要求、生产及混合料施工工艺

橡胶粉改性沥青及混合料施工 技术手册 吉林省交通科学研究所 鹤大高速公路雁大段技术服务 2015年7月

1原材料性能指标要求 (1) 1.1橡胶粉性能指标及掺量要求 (1) 1.2沥青性能指标要求 (1) 2工厂化橡胶粉改性沥青生产工艺 (3) 2.1橡胶粉改性沥青生产设备及场地配置要求 (3) 2.2橡胶粉改性沥青加工 (3) 2.3橡胶粉改性沥青性能检测 (4) 3橡胶粉改性沥青同步碎石封层施工工艺 (5) 3.1原材料指标要求 (5) 3.2施工工艺 (5) 3.3施工质量控制管理 (6) 4橡胶粉改性沥青混合料配合比设计 (7) 4.1橡胶粉改性GAR-AC吉构沥青混合料配合比设计 (7) 4.2橡胶粉改性GAR-SM结构沥青混合料配合比设计 (8) 5橡胶粉改性沥青路面施工工艺 (10) 5.1一般要求 (10) 5.2橡胶粉改性沥青现场储存工艺 (11) 5.3橡胶粉改性沥青混合料拌合工艺要求 (12) 5.4橡胶粉改性沥青混合料运输 (12) 5.5橡胶粉改性沥青混合料摊铺工艺 (13) 5.6橡胶粉改性沥青混合料碾压工艺 (13) 5.7开放交通及其它的要求 (15) 6橡胶粉改性沥青路面施工质量管理及检查验收 (16) 6.1一般规定 (16) 6.2施工前检查 (16)

6.3施工过程中质量管理与检测 (16) 1原材料性能指标要求 1.1橡胶粉性能指标及掺量要求 1.1.1橡胶粉宜选择斜交胎胶粉或天然胶含量较高的废轮胎加工而成的橡胶 粉。 1.1.2橡胶粉细度宜控制在40目~60目范围内,其性能指标应满足表1.1.2中相关要求。 1.1.3橡胶粉应存储在通风、干燥的仓库中,并应采取有效的防淋、防潮措施及消防措施,储存时间不宜超过180d。 1.1.4橡胶粉改性沥青中胶粉的掺量应根据实际使用的技术要求确定,推荐为基质沥青质量的18%~20% (内掺)。 1.2沥青性能指标要求 1.2.1为保证橡胶粉改性沥青的稳定性,需采用工厂化生产的橡胶粉改性沥青。 1.2.2基质沥青应采用A级90#沥青,性能指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ F40-2004)中相关要求,同时考虑橡胶粉与沥青反应中对轻质油分的吸附特性,推荐选用饱和分、芳香分等轻质油分含量较高的基质沥青。

沉淀白炭黑便面性质及其表面改性处理

六,沉淀白炭黑便面性质及其表面改性处理 来源:世界化工网https://www.doczj.com/doc/925224229.html, 全文请访问: https://www.doczj.com/doc/925224229.html,/睡过站了 1.表面性质 表炭黑的一次粒子直径约0.1~-0.01μm,二次聚集体直径在几个μm范围,属于超细粒子范畴.粒径大小直接影响白炭黑的补强性能,是白炭黑的主要性能指标,也是补强白炭黑的主要依据之一.粒径越小,粒子与聚合物接触面就越大,其补强效果越高.粒径在0.01~0.02μm 的白炭黑,实验表明将赋予制品最高的抗张强度,抗撕裂性和耐磨性. 由于表炭黑一次粒子粒径小,表面能很大,因此得到的白炭黑产品实际上是它们的二次聚集体.依据系统条件的不同,最疏松的聚集体里,每个粒子可同三哥相邻粒子连接,而最紧密的聚集体里,每个粒子可同12个相邻粒子连接.粒子排列的配位数不同,形成聚集体的疏松状态,孔结构也有着明显差异,后者又直接影响着产品的使用性能. 沉淀法白炭黑在制备时,由于溶液呈碱性,则通过单硅酸的不断缩聚和交联作用而形成无定行SiO2”粒子”,其中硅和氧以正四方体方式键合成有缺陷的三围结构,即晶体取向在大范围内无序,而在小范围内有序.因此,除粒子的外层硅原子上吸附了羟基外,内部晶格缺陷也导致了有利的硅醇基团,不过这种有利基团既不能吸附,也不与外来世纪进行反应.仅此还不能充分体现表面特性,还必须知道表面硅醇基团的分布(或浓度)及其类型.红外光谱集热重分析的研究结果表明,白炭黑表面有可能存在三种类型的硅醇基团,即孤立型,邻位型和连体型如

图: 完合水合的,未经热处理的白炭黑表面,主要是连位型硅醇基.这是由于白炭黑聚集体的第一层于第二层硅原子间的硅醇基不完全的缩合反应,导致表面第一层的硅原子带有两个羟基.这种情况当在真空下加热到越200℃,连位型硅醇基就会不可逆的小时了.相反.完全失水的白炭黑表面,只有孤立型硅醇基.即使温度达到高达400℃,孤立型硅醇基仍保持稳定.随着水合度的增加,孤立型硅醇基逐渐减少,而邻位型

炭黑及其改性

炭黑及其改性 1 炭黑简介 碳黑(CB),也称为炭黑,这是一种无定形的碳。是一种很轻、松而且很细的黑色粉末。它的表面积非常大,范围很广从10~3000m2/g。这是由于在空气不足的条件下燃烧或者是受热分解而得的产物。比重为1.8-2.1。通过天然气制成的 “槽黑”、通过炉法制得的炉黑。按照炭黑的性能可以区分为补强炭黑、导电炭黑、耐磨炭黑等[8]。 (1)炭黑的形态 炭黑的微观构造:炭黑粒子在微观结构中是具有微小的晶体结构的,在炭黑中,碳原子排列的方式和石墨很相似,碳原子会组成一个六角形的平面形状,炭黑原子的每个微晶体都是由三四个这样的层面组成的,但是因为炭黑微晶中,在平面上炭黑排列是有规律的,但是从相邻的碳层上看,炭黑的排列又是无序的。所以又叫作准石墨晶体。 炭黑的粒径:炭黑的粒径范围是很大的,炭黑生产的工艺方法不同,得到的炭黑粒径就不同。用灯黑生产这个工艺得到的产品相对而言是比较粗糙的,用气黑这个生产工艺生产出来的炭黑粒径是比较小的,相对而言是比较精细的。用炉黑这种生产工艺方法生产出来的炭黑粒径分布的范围很大,几乎具有所有粒径的炭黑。即使生产炭黑使用的工艺方法相同,它的粒子大小也并不是完全相同的,而是呈现出一个粒径的分布范围。一般来说,炭黑粒子较细的品种,粒径的分布范围会比较窄。 (2)化学性质:炭黑表面的化学性质跟生产工艺有关。生产炭黑的工艺方法不相同,炭黑表面的化学性质就不一样。炭黑的真实表面积和计算出来的几何表面积并不相同,这是因为炭黑的表面存在着很多小孔,这种小孔大大增加了炭黑的表面积。在炭黑表面,存在着很多种含氧基团。这个理论的研究认为,随着炭黑填充量的增大,炭黑粒子的密度就会变大,炭黑粒子间相互接触的几率就会变大,这样一来,聚合物的导电性能也就会随之上升。因为炭黑表面的含氧基团有很多是极性基团,随着炭黑含量的增加,聚合物的极性也会增加,这样一来就

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Open Journal of Transportation Technologies 交通技术, 2019, 8(4), 271-280 Published Online July 2019 in Hans. https://www.doczj.com/doc/925224229.html,/journal/ojtt https://https://www.doczj.com/doc/925224229.html,/10.12677/ojtt.2019.84033 Study on Classification of Pyrolytic Carbon Black and Its Coupled Product Modified Asphalt PG Wei Song1, Youwei Gan2 1Institute of Transportation Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha Hunan 2Communications Design & Research Institute Co., Ltd. of Jiangxi Province, Nanchang Jiangxi Received: Jul. 4th, 2019; accepted: Jul. 22th, 2019; published: Jul. 29th, 2019 Abstract In order to investigate the performance of pyrolysis carbon black (PCB) modified asphalt, the coupled carbon black (referred to as coupled PCB) was prepared by PCB and PCB coupling treat-ment to prepare modified asphalt and composite modified asphalt. PG grading test, separation test and viscosity test of PCB modified asphalt, coupled PCB modified asphalt and PCB-SBS composite modified asphalt under different dosages were studied. The PCB and coupled PCB content were used to study the matrix asphalt, SBS modified asphalt with high and low temperature perfor-mance and storage stability and mixing compaction temperature. The results show that the PG classification is 64-22 when the PCB content in the matrix asphalt is from 0% to 25%; the PG clas-sification is 70-22 when the PCB content in the SBS modified asphalt is from 0% to 20%. When the amount is 25%, the PG grade reaches 76-22; the storage stability of the PCB modified asphalt is significantly improved compared with the PCB, but the PG grade is unchanged. It is recommended that the amount of pyrolytic carbon black is not more than 15% in the matrix asphalt, 10% in the SBS modified asphalt, and 15% in the coupled PCB. Keywords Road Engineering, PCB, Modified Asphalt, Coupling, SBS 热解炭黑及其偶联产物改性沥青PG分级研究 宋伟1,甘有为2 1长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙 2江西省交通设计研究院有限公司,江西南昌

炭黑及其改性

炭黑及其改性

炭黑及其改性 1 炭黑简介 碳黑(CB),也称为炭黑,这是一种无定形的碳。是一种很轻、松而且很细的黑色粉末。它的表面积非常大,范围很广从10~3000m2/g。这是由于在空气不足的条件下燃烧或者是受热分解而得的产物。比重为 1.8-2.1。通过天然气制成的称“气黑”,通过油类制成的称“灯黑”,通过乙炔制成的称“乙炔黑”。除此外还有“槽黑”、通过炉法制得的炉黑。按照炭黑的性能可以区分为补强炭黑、导电炭黑、耐磨炭黑等[8]。 (1)炭黑的形态 炭黑的微观构造:炭黑粒子在微观结构中是具有微小的晶体结构的,在炭黑中,碳原子排列的方式和石墨很相似,碳原子会组成一个六角形的平面形状,炭黑原子的每个微晶体都是由三四个这样的层面组成的,但是因为炭黑微晶中,在平面上炭黑排列是有规律的,但是从相邻的碳层上看,炭黑的排列又是无序的。所以又叫作准石墨晶体。 炭黑的粒径:炭黑的粒径范围是很大的,炭黑生产的工艺方法不同,得到的炭黑粒径就不同。用灯黑生产这个工艺得到的产品相对而言是比较粗糙的,用气黑这个生产工艺生产出来的炭黑粒径是比较小的,相对而言是比较精细的。用炉黑这种生产工艺方法生产出来的炭黑粒径分布的范围很大,几乎具有所有粒径的炭黑。即使生产炭黑使用的工艺方法相同,它的粒子大小也并不是完全相同的,而是呈现出一个粒径的分布范围。一般来说,炭黑粒子较细的品种,粒径的分布范围会比较窄。 (2)化学性质:炭黑表面的化学性质跟生产工艺有关。生产炭黑的工艺方法不相同,炭黑表面的化学性质就不一样。炭黑的真实表面积和计算出来的几何表面积并不相同,这是因为炭黑的表面存在着很多小孔,这种小孔大大增加了炭黑的表面积。在炭黑表面,存在着很多种含氧基团。这个理论的研究认为,随着炭黑填充量的增大,炭黑粒子的密度就会变大,炭黑粒子间相互接触的几率就会变大,这样一来,聚合物的导电性能也就会随之上升。因为炭黑表面的含氧基团有很多是极性基团,随着炭黑含量的增加,聚合物的极性也会增加,

SBS改性沥青简介

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。 特性 1.温差较大的地区有很好的耐高温、抗低温能力 2.有较好的抗车辙能力,其弹性和韧性好 3.提高了路面的抗疲劳能力,特别是在大流量、超载严重的公路上具有良好的应变能力,可减少路面的永久变形 4.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 5.提高了路面的抗滑能力 6.增强了路面的承载能力 7.减少路面因紫外线辐射而导致的沥青老化现象 8.减少因车辆渗漏柴油、机油和汽油而造成的破坏

橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶粉粒,再按一定的粗细级配比例进行组合,同时添加多种高聚合物改性剂,并在充分拌合的高温条件下(180℃以上),与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。橡胶沥青具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能,是较为理想的环保型路面材料,主要应用于道路结构中的应力吸收层和表面层中。 作用 1.提高沥青混合料的耐久性和抗疲劳寿命。 2.改善抵抗路面产生疲劳裂缝和反射裂缝的能力,这是由于高的粘结剂含量、沥青膜厚度和良好的弹性所致。 3.改善高温抗永久变形能力(车辙、拥包) 4.改善抗低温裂缝的能力。 5.提高了薄层罩面的耐久性和使用性能,降低了路面成本。 6.降低噪声,改善了行驶舒适性。 特点 1.降低了沥青加温的温度,防止沥青的高温老化,防止接近闪点带来的不安全因素。 2.由于施工的和易性改善,明显提高了压实度,这样更增加了抗车辙

浅谈SBS改性沥青

浅谈SBS改性沥青 摘要:沥青作为建造高等级路面的主要材料之一,已获得广泛应用。SBS改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料,本文对SBS改性沥青性质、施工和应用等问题进行了介绍说明。 关键词:SBS改性沥青;道路;建筑材料;施工;选用 On SBS modified asphalt Wangjingjing (School of Xiangtan University,XiangTan 411105,China) Abstract:To build the highway asphalt as one of main material, has obtained the widespread application. SBS modified asphalt is a high technology content and added value of new high quality road-building material, this paper SBS modified asphalt properties, construction and application problems that are introduced. Key words:SBS modified asphalt;road;building materials;construction;selection 0 引言 沥青作为建造高等级路面的主要材料之一,已获得广泛应用。沥青路面有一系列的优点,如有一定的弹性和塑性,可以适应车辆对路面的作用力;与汽车轮胎有足够的摩擦力,可减少汽车的滑动,尤其是雨天,增加了行车的安全性。此外,沥青路面还具有减震、不扬尘、易清洁、易维修等特点.因此世界各国高等级路面绝大多数采用沥青路面。但是,沥青路面也有其致命的弱点,如在高温地区的夏天,车流量大时,会出现车辙、波浪移、粘轮等现象,而在寒冷的低温气候下,路面叉会出现龟裂,从而降低了路面的耐久性和使用寿命。另外,在太阳光照、下雨及其他气候条件下,沥青路面也有容易老化的缺点。 SBS改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料,具有很好的耐高温、抗低温能力,较好的抗车辙能力,改善了沥青的水稳定性,提高了路面的抗滑能力,增强了路面的承载能力。本文将简单介绍道路沥青材料的种类和应用范围并着重说明改性沥青的种类及性能、SBS改性沥青性质以及SBS改性沥青的施工控制和应用时注意的问题。 1 道路沥青材料的种类和应用范围 沥青材料的种类很多,一般分为石油沥青,乳化石油沥青和改性沥青。沥青路面一般采用道路石油沥青,或经过乳化、稀释、

第三讲 改性沥青

第三讲改性沥青性能及技术标准 前言 改性沥青 modified bitumen(英) , modified asphalt cement(美):掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂(改性剂),使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。 ①渣油(60年代界泛油)+硫磺(S:可降解橡胶) 使沥青变硬变稠,后果是开裂 ②废胶粉(废汽车轮胎): 弹性压实存在问题 ③SBR改性沥青(重庆交通科研所) 丁笨橡胶(不大于2%)溶剂法:二甲笨——抽出(负压) SBR胶乳改性 ④PE(聚乙烯改性)NoV ophall TM奥地利(核心技术:5%PE改性) 能否改善低温(可能与国内评价指标有关)-10℃时弯曲应变2500με EV A(乙稀—乙酸乙烯酯共聚物):抗疲劳、耐冲击、相溶性极好 ⑤94年后SBS(苯乙烯—丁二烯嵌段共聚物)SIS(苯乙烯—异成二烯嵌段共聚物) ●SBS 命名: 国标划分:星型、线型 S:B=30:70(3) S:B=40:60(4),充油不充油 如“1401”: 四位数字:第一位数字:“1”表示线形-(S-B-S) “4”表示“星形” 第二位数字:指嵌段比S:B之比值 1401→S占40%,S:B=4:6 第三位数字:“0”未充油、“1”充油;(充油率?) 第四位数字:SBS分子量大小; “1”分子量不大于100000

“2”分子量在14~10×104 “3”分子量在23~28×104 又有“411”4→4:6 “1”充油“1”分子量 性能:星型>线型,加工难易程度:线型>星型 ●生产厂家 国内:1.北京燕山石化(国标) 2.胡南岳阳石化(企业标准):YH-801星YH-791线 3.茂名(比利时fina技术) 国外:4.韩国LG 5.比利时fina 6.杜邦7.台湾TPE 北京燕山石化岳化 1401[YH792] 1301 4303[YH801] 1401 4402[YH802] 4303、4402 壳牌公司:Kroton Catibit Catippalt 比利时Finaprene: 意大利埃尼化学公司 韩国LG 美国杜邦公司 台湾TPE 一、改性沥青类型: 从二十世纪40年代欧洲开始使用改性沥青技术至今,国际上一直没有统一的分类标准。从广义划分,根据不同目的所采取的改性沥青及改性沥青混合料技术可汇总于下图。

胶粉改性沥青知识

废橡胶粉改性沥青应用与设计 作者:发布于:2012-6-27 12:35:59 点击量:15 一、名词解释 1、胶粉沥青——国际材料与测试协会标准ASTM D8-88 中定义为采用15%以上橡胶粉粒的沥青改性材料,在美国一般比例为 18~22%,橡胶粉粒能全部通过10#筛,180~200℃温度下至少反应45min分钟;在沥青与橡胶充分熔胀,同时硫化橡胶粉粒还没有大面积降解前使用,改性后的胶结料还能显著体现硫化橡胶的特性。 2、橡胶粉(CRM)——指轮胎橡胶经过粉碎形成的粉末,用于沥青改性的材料。 3、小汽车轮胎——小汽车、敞篷小车和轻型卡车的外直径小于660毫米的轮胎。 4、卡车轮胎—卡车和公交车上用的外径大于660mm、小于1520mm的轮胎。 5、常温粉碎法——将废橡胶轮胎在室温下或略高于室温的环境下进行粉碎的方法。常温粉碎法一般能够产生形状不规则的、表面积较大的颗粒,有利于和沥青的相 互作用。 6、冷冻粉碎法——使用液氮来冷冻废橡胶轮胎,使得废轮胎变得易碎,然后用锤磨机来打碎这些冷冻橡胶的方法,这种方法能够生成表面积较小的光滑颗粒。 7、脱硫橡胶——粉碎后经过加温加压,或者掺加软化剂改变了橡胶材料性质。 8、稀释剂——轻质石油产品,做碎石封层时,在喷洒之前添加到橡胶沥青中,使橡胶沥青容易喷洒均匀,在没有引起橡胶沥青的性质较大改变之前挥发掉。因为轻质成分要挥发,所以稀释剂不用于拌制混合料的橡胶沥青中,也不推荐用于90天内铺筑罩面的夹层中。 9、废轮胎橡胶——用过的汽车、卡车或者公交车的轮胎经加工得到的橡胶。生产过程中应排除不当轮胎料源,如实心轮胎、铲车轮胎、飞机轮胎和挖土机轮胎以及其他非汽车轮胎,这些材料的成分不适合橡胶沥青反应。 10、应力吸收层(SAMI)——一种碎石封层,用热橡胶沥青喷洒在现有的路表面,然后立即撒布单一粒级的封层集料,再进行碾压,将集料嵌入沥青膜。其厚度通常介于5到15毫米之间,取决于覆盖骨料的尺寸。应力吸收层是一种表面处治,主要是用于恢复表层抗滑性能,封住裂缝,形成防水膜来减少表层的水渗入路面结构中。应力吸收层可用于路面保存、养护和局部维修。胶粉改性沥青应力吸收层可以有效防止下层开裂的路基或路面的反射裂缝扩展至表面层,对于新建或改建的路面大大延长路面使用性能。 11、粘度——流体或者半流体抵抗流动的性质(剪切力),是橡胶沥青现场质量控制 的指标。 二、废胶粉改性沥青综述 1、废胶粉改性沥青的发展 废胶粉改性沥青从19世纪30年代就开始用作接缝填缝料、补丁和薄膜。在19世纪50年代,美国的刘易斯和博恩等进行了大规模的实验室研究评估。一些研究成果与雷克斯和帕克合作的“橡胶沥青材料试验室研究”一起发表在1954年10月的“公路”刊物上。1960年三月,在芝加哥举办了首届橡胶沥青研讨 会。60年代和70年代,亚利桑那州查尔斯·麦克唐纳在橡胶和沥青材料上做了大量的工作,开发了胶粉沥青的“湿法”生产(也称为麦克唐纳法),开始将胶粉改性沥青用于填补坑洞和表面处冶等,并作为常用养护方法,特别是胶粉沥青碎石封层作为凤凰城道路的主要养护方案有效地使用了将近20年,直到交通量过大才改为薄层沥青混凝土罩面,后来又开发了胶粉沥青断级配混合料成功地替代了碎石封层。1975年加州运输部开始进行胶粉沥青碎石封层试验,取得很好的效果。1980年在加州斯托贝城用“湿法”生产的胶粉沥青和密级配集料建设的路面建成,该项目是对一条极差的路面进行紧急维修,采用了路面加筋网和60毫米的密级配沥青混凝土以恢复结构承载力,其上为薄层(30mm)橡胶沥青混合料磨耗层。最早的三个项目都位于在冬天使用轮胎防滑链的高海拔的“冰冻区”,证明胶粉改性沥青混凝土路面有很好的抗磨耗和抗低温开裂性能。1983年瑞文多城建成的项目大大推动了应用粉胶改性沥青的进程,因采用沥青混凝土改造成本太高不能接受,所以采用了薄层橡胶沥青路面,这个项目设计了一系列13个试验段。试验段一直在进行跟踪监测,清楚地

橡胶改性沥青指标要求、生产及混合料施工工艺

橡胶粉改性沥青及混合料施工技术手册 吉林省交通科学研究所 鹤大高速公路雁大段技术服务 2015年7月 目录 1 原材料性能指标要求 1 1.1 橡胶粉性能指标及掺量要求 1 1.2 沥青性能指标要求 1 2 工厂化橡胶粉改性沥青生产工艺 3 2.1 橡胶粉改性沥青生产设备及场地配置要求 3 2.2 橡胶粉改性沥青加工 3 2.3 橡胶粉改性沥青性能检测 4 3 橡胶粉改性沥青同步碎石封层施工工艺 5 3.1 原材料指标要求 5 3.2 施工工艺 5

3.3 施工质量控制管理 6 4 橡胶粉改性沥青混合料配合比设计 7 4.1 橡胶粉改性GAR-AC结构沥青混合料配合比设计 7 4.2 橡胶粉改性GAR-SMA结构沥青混合料配合比设计 8 5 橡胶粉改性沥青路面施工工艺 10 5.1 一般要求 10 5.2 橡胶粉改性沥青现场储存工艺 11 5.3 橡胶粉改性沥青混合料拌合工艺要求 12 5.4 橡胶粉改性沥青混合料运输 12 5.5 橡胶粉改性沥青混合料摊铺工艺 13 5.6 橡胶粉改性沥青混合料碾压工艺 13 5.7 开放交通及其它的要求 15 6 橡胶粉改性沥青路面施工质量管理及检查验收 16 6.1 一般规定 16 6.2 施工前检查 16 6.3 施工过程中质量管理与检测 16

1 原材料性能指标要求 1.1 橡胶粉性能指标及掺量要求 1.1.1 橡胶粉宜选择斜交胎胶粉或天然胶含量较高的废轮胎加工而成的橡胶粉。 1.1.2 橡胶粉细度宜控制在40目~60目范围内,其性能指标应满足表 1.1.2中相关要求。 表1.1.2橡胶粉性能指标要求 1.1.3 橡胶粉应存储在通风、干燥的仓库中,并应采取有效的防淋、防潮措施及消防措施,储存时间不宜超过180d。 1.1.4 橡胶粉改性沥青中胶粉的掺量应根据实际使用的技术要求确定,推荐为基质沥青质量的18%~20%(内掺)。

改性沥青种类和使用性能比较

改性沥青种类和使用性能比较 陈华鑫张争奇张登良 (长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,西安,710064) [摘要]重载、大交通和高轮胎内压,对路面提出了更高的要求,而使用改性沥青是解决这一问题的关键。目前使用的改性沥青品种非常多,但现在的评价规范体系都建立在基质沥青的基础上,如何评价改性沥青,一直是人们争论的焦点,这在使用和选择改性沥青时往往会引起许多误导,对某些改性沥青的应用显得十分不公平。通过对目前改性沥青改性剂种类和常用改性沥青使用品质的综合评价,客观分析了改性沥青的选择和使用品质,为合理选用改性沥青提供客观依据。 [关键词]改性沥青、改性剂、使用类型、评价方法,规范体系 Types and Appliance Comparison of Modified Asphalt in Pavement Chen Huaxin Zhang Zhengqi Zhang Dengliang (Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an, 710064) [Abstract]Increased higher loads,higher traffic volume,and higher tire pressure demand higher performance pavements,and the critical method to improve the pavement performance is to use modified asphalts. Now there are many modifiers used in asphalt,but most modified asphalt specification systems are set up on the foundation of base asphalt,and the central issue is how to evaluate all of the modified asphalts properly. What‘s more,it will give rise to misunderstanding in the application and choice of modified asphalts and it is unfair to some of them. The dissertation synthesizes the current modifiers and modified asphalts application, and objectively analyses the choice and application of the most commonly used modified asphalts then offers the objective basis to use the modified asphalts rationally. [keywords]Modified Asphalt,Modifiers,Application Types,Evaluation Methods,Specification Systems 现代交通轴载重、通量大和轮胎内压高,对路面提出了更高的要求,而现有基质沥青的质量品质远不能适应交通发展的需要;为改善公路使用性能,沥青改性技术是解决这一矛盾的关键。自1873年英国首次公布橡胶改性沥青专利以来,改性沥青已形成了多种品牌。但目前多数评价改性沥青的规范体系都建立在基质沥青的基础上,是否适用于改性沥青,一直是人们争论的焦点,在使用和选择改性沥青时,往往会引起误导。目前我国改性沥青市场改性沥青种类越来越单一,SBS占有绝大多数比例,或许与这一因素有很大关系,这不利于改性沥青的发展和正确使用。而以往人们认为PE改性沥青对低温改善效果较差,但多数工程实践均已表明PE改性沥青使用得当,低温性能也非常好。本文通过对目前改性沥青种类和使用效果进行评价,为正确使用和选择改性沥青提供了客观依据。 1. 改性沥青的品种 改性沥青已在全球范围内得以广泛使用,在欧洲各国几乎都有改性沥青使用并形成了相应的规范体系,而在美国至少有39个州已采用、有了施工改性沥青的计划或将改性沥青写入了规范。但是对改性沥青的分类各国有着不同的分类方式,一般从沥青改性的手段看主要有工艺改性、结构改性和改性剂改性等;而从改性剂类型看又有非聚合物改性和聚合物改性,而前者主要有填料、天然沥青、纤维、抗剥离剂、抗老化剂和抗氧化剂等,后者主要有热塑性弹性体、树脂类和橡胶类等。除此以外还可以从改性的目的和作用进行分类。Bahia教授 作者简介:陈华鑫(1973-)男,安徽太湖人,长安大学讲师,在读博士。

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