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基于热塑性弹性体改性环氧沥青的相结构调控与增韧改性研究
| 论文题名： | 基于热塑性弹性体改性环氧沥青的相结构调控与增韧改性研究 |
| 关键词： | 环氧沥青;增韧改性;三维相结构;低温韧性;热塑性弹性体 |
| 摘要： | 热固性聚合物改性沥青因具有优异的力学性能和耐久性能被广泛应用于路桥面铺装。其中，环氧沥青(EA)是最典型的热固性聚合物改性沥青之一。环氧树脂固化网络的存在为EA提供了优异的粘结性能、热稳定性、抗老化性能和力学性能。但环氧树脂与沥青相容性差，固化后易发生分层离析，且分子结构呈刚性导致环氧沥青低温韧性不足，限制了EA的推广应用。因此，为解决EA相容性差和低温韧性不足的问题，本文以溶解度参数理论为基础，选择与基质沥青溶解度参数相近的热塑性弹性体苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)作为增容增韧剂制备SBS改性环氧沥青(SBS-EA)，研究SBS对EA相结构发展的影响及增容机理，探究SBS-EA相结构与力学性能之间的联系，为促进EA在路桥面铺装的发展提供科学依据与理论支撑。 首先，采用两种工业级SBS改性沥青制备了SBS-EA并研究其相结构发展及影响因素。EA及SBS-EA的相分离结构发展进程均符合晶核生长机理，其中，SBS-EA在不同固化时间下的沥青颗粒粒径服从正态分布，而纯EA不存在这种规律，说明SBS的引入不仅能改善EA的相容性还能改变沥青颗粒的分布形式，促进EA两相结构的整体均匀性。通过凝胶渗透色谱和红外光谱分析发现，纯EA与SBS-EA相结构尺度的差异可能与SBS的分布有关。 其次，制备了不同SBS含量的SBS-EA，研究SBS-EA的相分离结构、流变性能、力学性能及SBS对EA的增容增韧机理。SBS对SBS-EA相结构的改善和性能的提升有很大影响。SBS的引入会增大纯EA的初始粘度，但在180min内满足钢桥面路面的规范要求。通过荧光显微和显微CT分析，当SBS掺量为3wt%时，EA相容性的改善效果最佳，分散相沥青颗粒粒径可降低至37.22μm，PDI可降为1.21。结合显微红外的定性分析和凝胶渗透色谱的定量分析，SBS-EA中的SBS在预固化过程中会重新分布。此外，SBS的加入会提高EA的高温抗车辙能力和力学性能，尤其是低温韧性。 最后，以EA的微观结构为切入点，把玄武岩纤维(BF)改性EA的结构理想化，通过模仿竹子特殊的结构来制备仿竹结构EA(3%BF/3%SBS-EA)，研究BF对EA及SBS-EA相结构及性能的影响。BF不会影响原SBS-EA基体的相分离结构，仍表现为沥青相分布在连续的树脂相中，并包裹着BF增强体。定向分布在EA或SBS-EA基体的BF可以显著增大EA或SBS-EA的拉伸强度。与普通结构的EA相比，具有仿竹结构的3%BF/3%SBS-EA的韦布尔尺度参数最高，材料的冲击韧性最大。除此之外，仿竹结构的EA材料在抵抗撕裂破坏时表现最佳。 |
| 作者： | 朱真 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 许培俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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