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本论文合成出以硬脂酸为桥联配位基的铝锆有机金属偶联剂CF103,用其对粉煤灰纤维表面进行亲油改性,得到改性粉煤灰纤维。将改性粉煤灰纤维应用在橡胶工业中,制备出改性粉煤灰纤维/天然橡胶复合材料,并对改性粉煤灰纤维的掺入对该复合材料力学性能、低温性能、耐热老化性能和绝缘性能的影响进行了研究,找出改性粉煤灰纤维/天然橡胶复合材料的最佳配方,制备出性能特殊、优异的产品;将改性粉煤灰纤维应用在道路交通领域,通过拌和稳定性试验确定乳化沥青的最佳配比,研究了改性粉煤灰纤维的掺入对稀浆封层沥青混合料湿轮磨耗、碾压、粘结力性能的影响,分析改性粉煤灰纤维填料增强稀浆封层沥青混合料的机理,并确定稀浆封层沥青混合料的最佳料比。
通过研究表明:
(1)粉煤灰纤维表面亲油改性剂为铝锆有机金属偶联剂CF103,该铝锆有机金属偶联剂以硬脂酸为桥联配位基,且铝锆部分的摩尔比x:z=7:1以及桥联配位基与全部金属的摩尔比y:(2X+Z)=0.7。
(2)粉煤灰纤维表面亲油改性的最佳条件:温度为50℃,搅拌时间为30min,铝锆有机金属偶联剂CF103加量相对于粉煤灰纤维质量的2%。
(3)改性粉煤灰纤维/天然橡胶复合材料最佳配方为:天然橡胶100份,硫磺2.5份,氧化锌5.0份,促进剂DM0.6份,硬脂酸3.0份,改性粉煤灰纤维40份。
(4)改性粉煤灰纤维最佳用量为40份;与改性CSIM纤维和聚酯纤维相比,改性粉煤灰纤维/天然橡胶复合材料的拉伸性能、撕裂性能、耐热老化性能和绝缘性能均较好,价格便宜,将其应用在橡胶工业,也可减轻粉煤灰的污染,对环境有利。
(5)乳化沥青中XTL-2000型阳离子慢裂快凝乳化剂最佳含量为3.5%,其中基质沥青含量为60%,所制备的最佳乳化沥青SKD-5属阳离子型,它的各项技术指标均满足稀浆封层用乳化沥青技术指标要求。
(6)当油石比为8%时,随着改性粉煤灰纤维加入量的逐渐增加,稀浆封层沥青混合料的湿轮磨耗值逐渐增大,因为加入改性粉煤灰纤维后,湿轮磨耗试件体积略有膨胀,整体结构变的没有不加纤维时那么密实,这是由于纤维的密度比较小,在沥青中容易絮状结团所致;稀浆封层沥青混合料的粘附砂量逐渐减少,因为改性粉煤灰纤维对沥青具有一定吸附能力会造成沥青的流动性能下降,在碾压的条件下,粘附砂量也会减少,沥青混合料耐碾压性能逐渐增加;固化时间相同的稀浆封层沥青混合料粘结力逐渐增大,改性粉煤灰纤维具有增韧阻裂性能,因为它自身具有的抗拉强度和弹性模量在沥青混合料固化过程中起着加筋增韧的作用,所以能大大提高稀浆封层沥青混合料的粘结力。
(7)稀浆封层沥青混合料最佳配方中矿料级配为ES-1型级配中值,乳化沥青采用SKD-5,且油石比固定为8%,改性粉煤灰纤维填料的加入量为矿料用量的5%。
通过以上研究得出,粉煤灰纤维经铝锆有机金属偶联剂表面亲油改性后,其应用领域被大大拓宽,说明该课题“粉煤灰纤维表面亲油改性及其应用研究”具有非常实用的价值和意义。