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包装废弃聚合物改性沥青低温性能田鸡养殖的研究(四)

4 低温性能分析

4.1理论基础

改性沥青属于高分子材料的共混改性，目前针对高分子材料的共混改性，主要有以下两种理论。

4.1.1界面理论

该理论认为:改性效果除与相容性有关外，还取决于材料本身的性质及改性剂—沥青两相界面的性质，界面性质又取决于两相界面上局部扩散的深度及两相的相互作用能。只有具备适当的相容性及良好的界面性质才能得到性质优良的改性材料[15]。用界面理论来解释聚合物复合材料的机理都基于界面层有效的应力传递这样一个设想。应力传递主要通过以下几种途径:

(1)化学键玻璃纤维—偶联剂—树脂基体内界面的化学键研究，认为含有化学官能团的偶联剂，其官能团既能与玻璃纤维又塑料广泛利用于家电产品中能与树脂中的官能团反应。

(2)应变层(松弛界面)认为在偶联剂的作用下，分散相与分散介质之间产生一个应变层以消除产生的应力，并且构成内界面的物质很可能是分散相与分散介质之外的第三种聚合物。

(3)扣]制层(刚性界面)假设存在中等模量的内界面层，那么应力在高模量相与低模量相之间的传递能够均匀发生。

(4)表面可湿性鉴于物理吸附在树脂与玻璃纤维之间，故产生比树脂本身内聚力更大的粘结力。

(5)把化学键和抑制层理论的“刚性界面”观念、变形层理论的“松弛界面”观念结合起来。

4.1.2溶解度理论

现实中两种材料在共混时能够完全相溶的情况极少，然而在生产实践中通过对两种材料的合理选择，辅之以适当的生产工艺可以得到微观多相、宏观均匀分布的稳定体系。两种材料共混，由于大分子间的相互扩散而使分子链段位移，形成过渡层，因而使体系稳定。热力学相溶的两种材孝义料其大分子可扩散至完全溶解，最终形成均相的热力学稳定体系，否则只能发生局部扩散，扩散程度取决于两相溶解度参数的差异。同时，两种材料在机械力作用下共混时，大分子链被切断，产生极为活泼的大分子自由基，一部分长链自由基与氧结合，生成较短链段的聚合物，另一部分则互相结合，生成新的共聚物，如生成接枝或嵌段共聚物。这种共聚物的溶解度参数介于两种共混材料之间，从而在两相之间起着桥梁作用，提高了体系的相容性。

基于该理论，选择溶解度参数与基质沥青比较接近的聚合物对其进行改性可望得到较好的改性效果。

4.2改性沥青的低温性能分析

4.2.1试验结果分析

基于上述聚合物改性沥青的理论基础，结合本课题包装废PE改性沥青试验及测试数据，对包装废PE改性沥青的低温性能进行分析。

由第三章实验数据表可知，随着改性沥青中PE的量的不断变化，改性沥青的延伸度不断变化，随着PE量的增加而减小，如图。

4.2.2低温性能机理非对称疲惫实验又能够分为单向、双向加载疲惫实验分析

从实验研究中可以看出，PE改性剂可以明显的改变沥青的性能，随着PE量的增加，改性之后的沥青的延伸度减小，而改性后的沥青的冻断应力在5Mpa以上，同时，其冻断温度最低为-34.2℃，满足于较寒冷地区的需要。

本课题所采用的改性剂为包装废PE, PE有良好的柔顺性、伸长率和耐冲击性能，有着很大的分子量(可达30万)，属于线型长链分子结构，在长链上带有较多的烷基侧链和甲基支链，从而成为一种多分支的树枝状结构。正是由于多分支支链排列以及不规整的分子结构的存在，才可以大大提高沥青的粘度，使得改性沥青与集料的粘附性得以改善，提高沥青的综合性能。PE与沥青的混合是一热力学不相容体系，热力学的相容性是指两种以上的物质按比例形成完全均匀的分散体系的能力，整个体系为一相。PE与沥青不能形成分子级分散，体系中存在着明显的相界面。PE与沥青的混合性能只能用物理意义上是否有良好的相界面、均匀性、分散性、稳定性等表征的混容性来描述。

包装废PE对沥青性能改善的程度，主要受以下几个方面因素得影响:

(1)微粒粒度越小，分散度越大，即单位体积内微粒数目越多，微粒之间的距离越近，微粒间的相互作用相互影响越大;

(2) PE分散的粒度越细与沥青相接触的表哺乳睡衣面积越大(比表面增大)这样有利于沥青对PE溶胀及分散过程进行。微粒被溶胀的程度越大，则微粒占据的空间越大，沥青能流动的空间就相对减小，则粘度越大;

(3)粒度越细，PE微粒表面所吸附的沥青组分越多，相对而言自由沥青的量减少，大大增加了迁移阻力，提高了粘度;

(4)粒度越细裹复了吸附层后，微粒团的许多性质越接近于沥青，提高了改性沥青的稳定性:

(5)基质沥青本身的组成及性质影响。

PE改性沥青低温性能之所以得到明显改善，其改性机理可以解释为:材料表面或内部的一些缺陷在受到应力集中作用时而引发的细微空穴，这些空穴在发展为很细的纹痕，当形变进一固定座步发展，取向伸直的分子链发生断裂时，就转化为微裂缝。在低温条件下，基质沥青中分子流动性下降，分子间距离缩短，分子间作用力增强，脆性增加，同样在低温下，由于PE改性剂微小颗粒的存在，该粒子起到了应力集中的作用，在外力拉伸下改性剂粒子引发大量细纹或剪切带，这些细纹或剪切带的发展将终止于另一颗粒，同时细纹与细纹相遇时，会使纹转向支化，这些过程的协调作用，大大延缓了材料的破坏过程。当改性沥青材料进一步受外力拉伸时，由于低温情况下细纹转化为裂4．按应力循环的类型可分为：等幅疲劳实验、变频疲劳实验、程序疲劳实验、随机疲劳实验等缝时，界面处存在着改性剂粒子，它跨越裂缝两端而阻碍了其进一步扩大发展，同时吸收和消耗了使混合物断裂所需要的能量，因此低温下延度提高，抗裂性增强。另外由于应力作用初期纹体相当硬，当应力超过一定数值后银纹体开始屈服，形变随时间延长而发展，卸载后应变逐渐恢复，形变随时间的延长而消失，所以导致PE改性沥青具有较好的低PET气凝胶可以吸收大量的油非常迅速温性能，其低温冻断温度为-34.2℃，也已满足寒冷地区的实际需要。

作者 ： 姜韶华 来源： 中国环保油墨

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