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一种纤维增强的环氧沥青材料及制备方法

阅读：585发布：2021-03-03

IPRDB可以提供一种纤维增强的环氧沥青材料及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种纤维增强的环氧沥青材料及制备方法，属于道桥用化工新材料技术领域。一种纤维增强的环氧沥青材料由A、B两部分组成，A部分的组成和质量为：沥青40-100份、纤维0.1-20份、甲基四氢苯酐5-50份、二元羧酸10-100份、二元羧酸聚酸酐10-100份、环氧树脂固化促进剂0.1-1.0份，B部分为环氧树脂，A部分与B部分的质量比例为1-5∶1。本发明在制备时无需专用设备，操作工艺简单，环境友好；材料在固化后形成一种“整体交联密度低，局部交联密度高”的三维立体互穿网络结构(I？PN结构)，既具有优良的高温使用强度和形变能力、又具有极好的低温韧性，可在大跨度钢桥面和高寒气候地区路面上作为铺装层应用。，下面是一种纤维增强的环氧沥青材料及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种纤维增强的环氧沥青材料，其组成和质量组分为:

B部分：环氧树脂

A部分与B部分的质量比例为1-5：1。

2.按照权利要求1所述的一种纤维增强的环氧沥青材料，其特征是:所述的沥青是石油沥青、氧化沥青、煤沥青、湖沥青中的至少一种。

3.按照权利要求1所述的一种纤维增强的环氧沥青材料，其特征是:所述的纤维是钢纤维、陶瓷纤维、纤维素纤维、海泡石纤维、石棉绒纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、腈纶纤维、芳纶纤维、氨纶纤维、碳纤维中的至少一种。

4.按照权利要求1所述的一种纤维增强的环氧沥青材料，其特征是:所述的二元羧酸是乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十二二酸、十四二酸、十八二酸、异丁烯二酸、马来酸中的至少一种。

5.按照权利要求1所述的一种纤维增强的环氧沥青材料，其特征是:所述的二元羧酸聚酸酐是乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十二二酸、十四二酸、十八二酸、异丁烯二酸、马来酸的聚酸酐中的至少一种。

6.按照权利要求1所述的一种纤维增强的环氧沥青材料，其特征是:所述的环氧树脂固化促进剂为脂肪族芳香胺类。

7.按照权利要求1所述的一种纤维增强的环氧沥青材料，其特征是:所述的环氧树脂是双酚A型、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、间苯二酚环氧树脂中的至少一种。

8.一种权利要求1所述纤维增强的环氧沥青材料的制备方法，包括以下步骤：a）将沥青加入到搅拌釜中加热到80-180℃，使其融化；

b）将纤维、甲基四氢苯酐、二元羧酸、二元羧聚酸酐、环氧树脂固化剂加入到沥青中，加热到80-180℃，搅拌5-300min，获得A部分；

c）将B部分环氧树脂加热到80-180℃；

d）将A部分与B部分按质量比1-5：1在80-180℃下混合，保温0.5-8h，即得到一种纤维增强的环氧沥青材料。

9.一种权利要求1所述纤维增强的环氧沥青制得的混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：a）将沥青加入到搅拌釜中加热到80-180℃，使其融化；

b）将纤维、甲基四氢苯酐、二元羧酸、二元羧聚酸酐、环氧树脂固化剂加入到沥青中，加热到80-180℃，搅拌5-300min，获得A部分；

c）将B部分环氧树脂加热到80-180℃；

d）将A部分与B部分按质量比1-5：1在80-180℃下混合后，按6.4-8.5%的油石比拌入集料，保温0.5-8h，即得到一种纤维增强的环氧沥青混凝土材料。

说明书全文

一种纤维增强的环氧沥青材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纤维增强的环氧沥青材料及制备方法，尤其是提供了一种既具有较高的使用强度和形变能力、又具有极好的低温韧性，大跨度钢桥面和高寒气候地区路面铺装的环氧沥青，属于道桥用化工新材料技术领域。

背景技术

[0002] 随着我国公路建设的快速发展，国家干线公路网正在形成之中，高等级高速公路建设步伐加速，近年来，我国高速公路年均通车里程在5000公里，根据我国交通部公布的《国家高速公路网规划》，国家将斥资两万多亿元用于高速公路建设，到2030年我国的高速公路里程达10万公里。目前我国高速公路路面几乎全部采用SMA沥青混合料铺装，该种路面在应对恶劣使用条件，如高寒气候，车辆超载等情况时，在短时间内即会出现严重的车辙、开裂、推移等破坏。

[0003] 环氧沥青是在普通沥青基础上发展起来的，具有极为优良的高温稳定性及低温抗裂性能、超强的抗疲劳性能和优异的耐久性，其混合料的马歇尔稳定度可以超过40KN，而普通沥青混凝土的稳定度仅8-12KN，相差达4-5倍；劈裂强度能达到4MPa，远远高于普通沥青混合料，疲劳寿命几乎是普通沥青混凝土的10-30倍，被广泛应用于钢桥面铺装、隧道路面铺装、机场跑道铺装、码头等重载交通路面铺装方面。环氧沥青在我国的首次应用是在2001年通车的南京长江二桥上，过十多年的使用，仍然表现出极为优良的使用效果，而应用SMA沥青混凝土铺装的武汉军山大桥、广东虎门大桥、汕头海湾大桥等，在较短的通车时间后，即出现严重的路面推移等破坏问题，甚至最后不得不重新铺装。

[0004] 目前我国使用的环氧沥青主要从美国ChemCo Sys tem公司进口，不但价格昂贵(大约是普通沥青的10-20倍)，而且产品品种单一，不能根据工程的实际情况进行调整，以至于在我国的应用仅停留在大型钢桥面的铺装工程上，而并未涉及到高等级高速公路的铺装方面，目前我国高速公路路面仍然主要采用SMA沥青混合料铺装，在应对低寒气候、车辆超载等情况时在短时间即发生的严重车辙、开裂、推移等破坏没有得到实质性的解决。因此，开发出适合我国交通情况和气候条件的、成本低廉的环氧沥青材料，使其应用范围由大跨度钢桥面向高等级公路路面的铺装方面推广，以解决目前我国在高寒气候、重交通、超载地区面临的高速公路铺装体系在短时间内发生破坏的问题具有非常重要的必要性和现实意义。

[0005] 环氧沥青材料制备的难点在于环氧树脂和基质沥青之间相容性的解决，以及固化后体系所形成的微观相态结构的控制。在相容性的解决方面，部份专利采用单独长链脂肪族酸作为增容剂增容，专利CN101792606A、专利CN101255276A和专利CN1837290A中使用带羧基或酸酐基的改性沥青代替基质沥青，专利CN101665341A中以顺丁烯二酸酐为增容剂等等，在上述专利中，A部份中制备时组分需要分批加入、要采用专用的胶体磨中高速分散、部份反应甚至还需要通入氮气保护反应或使用冷凝水回流数小时的复杂操作，不仅原料种类很多，而且反应温度很高，能耗较大；对材料固化后体系所形成的微观相态结构也未提及。

[0006] 与上述技术相比，本发明技术具有经下两点显著的优点：(1)本专利技术所使用的环氧树脂固化剂为甲基四氢苯酐、二元羧酸、二元羧酸聚酸酐复配体系，由于它们与环氧树脂的反应活性不同，导致反应交错进行，最后形成一种互穿网络结构(IPN结构)，且这种网络结构具有“整体交联密度低，局部交联密度高”的双模网络结构，此结构不同于传统的采用橡胶增韧的理论(即橡胶在体系中呈海岛状结构分布)，它可以保证体系在低温下具有较好柔韧性能的同时，在高温(80℃)条件下仍然具有较好的刚度；(2)环氧沥青的强度和韧性主要由环氧树脂固化交联度和结构决定。在夏天气温高时，为了保证环氧沥青的抗高温性能，必须使其具有较高的交联度，但是过高交联度会使材料韧性降低，当冬天气温低，材料容易因脆性增加而破坏。本发明利用纤维增强技术，可以在不改变环氧沥青固化交联结构的条件下，通过改变添加的纤维的种类和用量。来同时获得高温下的强度和低温下的韧性。

[0007] 本技术材料组份简单，未添加任何煤油等分散剂，可以保证材料在作为粘结层长期使用过程中无物质析出而导致粘结难力下降，以增加有效使用时间；制备时可以直接将A部份中各组份一次性加入到普通的反应釜等混合器中混合，也无需特殊设备分散混合，生产过程中工艺控制简单，设备占有少，产品性能稳定，且产量可以大幅度提高，生产成本低廉，可以满足更大应用的需求。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种制备高强、高延伸率和超耐疲劳和耐化学腐蚀性能的可用于大跨度钢桥面和高寒气候地区路面铺装的环氧沥青材料。

[0009] 本发明的目的是提供一种制备高强、高延伸率和超耐疲劳和耐化学腐蚀性能的可用于大跨度钢桥面和高寒气候地区路面铺装的环氧沥青混凝土材料

[0010] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

[0011] 一种纤维增强的环氧沥青材料及制备方法，其组成和质量组分为：

[0012] A部分：沥青 40-100份

[0013] 纤维 0.1-20份

[0014] 甲基四氢苯酐 5-50份

[0015] 二元羧酸1 0-100份

[0016] 二元羧酸聚酸酐 10-100份

[0017] 环氧树脂固化促进剂 0.1-1.0份

[0018] B部分：环氧树脂

[0019] A部分与B部分的质量比例为1-5∶1

[0020] 上述的一种纤维增强的环氧沥青材料，所述的沥青是石油沥青、氧化沥青、煤沥青、湖沥青中的至少一种。

[0021] 上述的一种纤维增强的环氧沥青材料，所述的纤维是钢纤维、陶瓷纤维、纤维素纤维、海泡石纤维、石棉绒纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、腈纶纤维、芳纶纤维、氨纶纤维、碳纤维中的至少一种。

[0022] 上述的一种纤维增强的环氧沥青材料，所述的二元羧酸是乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十二二酸、十四二酸、十八二酸、异丁烯二酸酐、马来酸中的至少一种。

[0023] 上述的一种纤维增强的环氧沥青材料，所述的二元羧酸聚酸酐是乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十二二酸、十四二酸、十八二酸、异丁烯二酸、马来酸的聚酸酐中的至少一种。

[0024] 上述的一种纤维增强的环氧沥青材料，所述的环氧树脂固化促进剂是脂肪族芳香胺类。

[0025] 上述的一种纤维增强的环氧沥青材料，所述的环氧树脂是双酚A型、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、间苯二酚环氧树脂中的至少一种。

[0026] 上述的一种纤维增强的环氧沥青材料，还可以包含可接受的助剂或者填料，例如增塑剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂等助剂，以及一些惰性填料。

[0027] 一种纤维增强的环氧沥青材料的制备方法，是由下列步骤制备的：

[0028] a)将沥青加入到搅拌釜中加热到80-180℃，使其融化；

[0029] b)将纤维、甲基四氢苯酐、二元羧酸、二元羧聚酸酐、环氧树脂固化剂加入到沥青中，加热到80-180℃，搅拌5-300min，获得A部分；

[0030] c)将B部分环氧树脂加热到80-180℃；

[0031] d)将A部分与B部分按质量比1-5∶1在80-180℃下混合，保温0.5-8h，即得到一种纤维增强的环氧沥青材料。

[0032] 一种纤维增强的环氧沥青混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

[0033] a)将沥青加入到搅拌釜中加热到80-180℃，使其融化；

[0034] b)将纤维、甲基四氢苯酐、二元羧酸、二元羧聚酸酐、环氧树脂固化剂加入到沥青中，加热到80-180℃，搅拌5-300min，获得A部分；

[0035] c)将B部分环氧树脂加热到80-180℃；

[0036] d)将A部分与B部分按质量比1-5∶1在80-180℃下混合后，按6.4-8.5％的油石比拌入集料，保温0.5-8h，即得到一种纤维增强的环氧沥青材料混凝土材料。

[0037] 在上述的制备方法中，可以插入混入一些上述步骤中未提到的其他物质的步骤。或者在上述的任意一个步骤中，混入的物质还可以包括上述步骤中未提到的其他物质。混入的物质需是可以接受的助剂或者填料等。

具体实施方式

[0038] 下面结合实施例和对比例实施例，进一步阐述本发明。下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明。

[0039] 对比实施例1：准确称取30g沥青(壳牌沥青，70#，下同)加入到常压搅拌釜中加热到120℃，使其熔化，称取8g甲基四氢苯酐(嘉兴市清洋化学有限公司，下同)，15g己二酸(上海国药集团化学试剂有限公司，下同)、癸二酸(上海国药集团化学试剂有限公司，下同)的混合物，5g聚癸二酸(温州清明化工有限责任公司，下同)和异丁烯二酸酐(上海市宏伟化工贸易有限公司，下同)的混合物，一次性全部加入到120℃的常压搅拌釜中，搅拌1h直至体系粘度几乎均一，然后加入20g环氧树脂(牌号：E-51，中国石化集团巴陵石化有限责任公司，下同)，混合均匀，制备得到环氧沥青材料性能见表1。

[0040] 实施例2：准确称取30g沥青加入到常压搅拌釜中加热到120℃，使其熔化，称取5g聚丙烯纤维(上海翔湖实业有限公司，下同)、8g甲基四氢苯酐，15g己二酸、癸二酸的混合物，5g聚癸二酸和异丁烯二酸酐的混合物，一次性全部加入到120℃的常压搅拌釜中，搅拌1h直至体系粘度几乎均一，然后加入20g环氧树脂，混合均匀，制备得到纤维增强的环氧沥青材料性能见表1。

[0041] 实施例3：准确称取30g沥青加入到常压搅拌釜中加热到120℃，使其熔化，称取5g涤纶纤维(滨州市金龙塑料有限责任公司，下同)、8g甲基四氢苯酐，15g己二酸、癸二酸的混合物，5g聚癸二酸和异丁烯二酸酐的混合物，一次性全部加入到120℃的常压搅拌釜中，搅拌1h直至体系粘度几乎均一，然后加入20g环氧树脂，混合均匀，制备得到纤维增强的环氧沥青材料性能见表1。。

[0042] 表1环氧沥青性能表

[0043]

[0044] 对比实施例4：准确称取300g沥青加入到常压搅拌釜中加热到120℃，使其熔化，称取80g甲基四氢苯酐，150g己二酸、癸二酸的混合物，50g聚癸二酸和异丁烯二酸酐的混合物，一次性全部加入到120℃的常压搅拌釜中，搅拌1h直至体系粘度几乎均一，然后加入200g环氧树脂，混合均匀，制备得到环氧沥青组份。

[0045] 准确称取已在150℃烘箱中衡温放置4h以上的AC-10集料，按油石比7.0％加入所制备得到环氧沥青组份中，于150℃搅拌锅中继续搅拌90s，按测试要求制备测试制件，并将制件在150℃的烘箱中保持6h以上。制备得到的环氧沥青混凝土材料性能见表2。

[0046] 实施例5：准确称取300g沥青加入到常压搅拌釜中加热到120℃，使其熔化，称取50g聚丙烯纤维、80g甲基四氢苯酐，150g己二酸、癸二酸的混合物，50g聚癸二酸和异丁烯二酸酐的混合物，一次性全部加入到120℃的常压搅拌釜中，搅拌1h直至体系粘度几乎均一，然后加入200g环氧树脂，混合均匀，制备得到纤维增强的环氧沥青组份。

[0047] 准确称取已在150℃烘箱中衡温放置4h以上的AC-10集料10Kg，加入到150℃搅拌锅中，按油石比7.0％入所制备得到环氧沥青组份，继续搅拌90s，按测试要求制备测试制件，并将制件在150℃的烘箱中保持6h以上。制备得到纤维增强的环氧沥青混凝土材料性能见表2。

[0048] 实施例6：准确称取300g沥青加入到常压搅拌釜中加热到120℃，使其熔化，称取50g涤纶纤维、80g甲基四氢苯酐，150g己二酸、癸二酸的混合物，50g聚癸二酸和异丁烯二酸酐的混合物，一次性全部加入到120℃的常压搅拌釜中，搅拌1h直至体系粘度几乎均一，然后加入200g环氧树脂，混合均匀，制备得到纤维增强的环氧沥青组份。

[0049] 准确称取已在150℃烘箱中衡温放置4h以上的AC-10集料10Kg，加入到150℃搅拌锅中，按油石比7.0％加入所制备得到改性环氧沥青组份，继续搅拌90s，按测试要求制

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