SBS改性高黏沥青机理的多尺度表征

结合宏微观试验与分子模拟，对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性高黏沥青的改性机理进行多尺度表征.对比高黏剂质量分数为5%～15.5%的高黏沥青流变性能与存储稳定性的变化趋势，基于红外光谱、凝胶色谱与扫描电镜试验，分析高黏沥青微观形貌、官能团、分子量组成的变化特征.开展分子动力学模拟，分析高黏剂与沥青组分相容性、高黏沥青体系稳定性及高黏剂在沥青中的扩散.结果表明：12%高黏沥青兼具较好的流变性能与存储稳定性；高黏沥青制备中基本无化学反应，5%高黏沥青中交联结构初步形成；轻质油提升SBS与沥青相容性，促进SBS分子在沥青中扩散与均匀分布，增强高黏沥青体系稳定性；高黏剂与芳香分的相容性最好，范德华力在高黏剂与沥青的分子相互作用中起主导作用.     

TPU/EPDM共混体系结构与性能的研究

通过熔融共混的方法制备了TPU/EPDM共混物，并分别进行流变、DSC、IR及力学性能测试。结果表明：该共混体系的相容性较差，EPDM对TPU的微相分离结构没有明显影响；在一定的添加量范围内，EPDM的加入明显提高了共混体系的力学性能。     

沥青内金属离子的水污特征及组分扩散的分子动力学模拟

为了研究路面沥青引起的水污染,把沥青膜浸泡在受压的去离子水中,并采用电感耦合等离子体质谱,测试浸泡沥青前后水中10种金属离子的浓度,分析沥青老化、去离子水pH值和浸泡时间对沥青内金属离子浸出的影响.采用分子动力学,分别建立沥青四组分(饱和分、芳香分、胶质、沥青质)和水的分子结构模型,模拟了不同水温、水压、pH值和沥青老化条件下沥青四组分在水中的扩散过程,并计算四组分在水中的扩散系数.结果表明,浸泡沥青后,水中金属离子浓度增大,新鲜沥青和基质沥青的金属污染程度分别高于老化沥青和SBS改性沥青;沥青四组分在水中的扩散系数从小到大排序为:胶质、沥青质、芳香分、饱和分;降低温度和水压,有助于减缓沥青四组分在水中的扩散.     

渣油组分的受热夺氢能力

运用溶剂沉淀法和中性氧化铝柱液固吸附色谱法将2种渣油分离为饱和分、芳香分、胶质和沥青质4个组分,运用密度法分析这些组分的结构参数;以氢化芳烃9,10-二氢蒽(DHA)为分子探针测定渣油组分在380 ℃和430 ℃时的受热夺氢能力.结果表明:同一种渣油的组分组成和结构具有较大差异,不同渣油的相同组分组成和结构也存在一定差别;不同组分的受热夺氢能力按沥青质、胶质、饱和分、芳香分的顺序呈现降低的趋势;渣油夺氢抑制指数HAS随着受热温度的升高而增大,而在同一温度下,不同渣油的HAS也有差别;HAS与混炼焦化的抑焦行为正相关.     

基于分子动力学的生物沥青相容性研究

为了评价木屑热裂解生物油与沥青的相容性,基于分子动力学方法构建了基质沥青、生物油及生物沥青模型,采用分子极性、溶解度参数和结合能指标定量分析了生物油与沥青及其各组分的相容性;同时,借助离析试验对模拟结果进行了验证。结果表明：生物油的溶解度参数与沥青质组分较为接近,两者均具有较强的极性、更容易产生吸附;随着温度升高,生物油与沥青的溶解度参数差逐渐变大,结合能逐渐下降,当生物沥青混合体系温度超过433 K时,两者的溶解度参数差和结合能参数会出现明显的劣化;温度达到453 K时生物沥青的储存稳定性下降较为明显;为了保证生物油和沥青的相容性,避免高温储存过程中发生严重离析,建议生物沥青的储存温度不宜高于433 K。     

PEO/PVC,PEO/PS共混的研究

根据相容PEO/PVC,不相容PEO/PS共混体系的实验结果,提出分子界面模型,阐述了结晶/非晶高聚物共混体系相容性、分子间相互作用、结晶组分结晶性之间的关系。     

沥青性能与沥青组分的灰色关联分析

针对沥青性能受沥青组分影响呈现出不同规律性,致力于沥青四组分对沥青性能影响的研究。利用沥青四组分试验将不同沥青分离成化学性质相近、并与路用性能有一定联系的4个组分,对不同沥青的针入度、软化点、延度、粘度、流变学性能等性能指标进行测试;采用灰色关联分析方法,计算沥青组分与沥青性能(针入度、软化点、延度、粘度、流变学性能)的关联系数,从而定量得出沥青四组分对沥青性能的影响。研究结果表明:胶质对沥青高温性能的影响最大,芳香分对沥青低温性能影响较大;沥青质对沥青老化前后粘度变化影响最大,胶质次之,饱和分、芳香分对粘度影响较小;可为通过对不同沥青组分的对比以预测沥青高低温性能提供参考,该结论与通过调和法所测沥青性能与沥青四组分的关联性相吻合。     

常压渣油加氢反应产物体系的胶体稳定性

在高温高压反应釜内,使用加氢转化催化剂对绥中36-1常压渣油进行加氢反应.通过分析产物的SARA四组分组成、数均相对分子质量及沥青质的平均结构和溶解度参数考察反应后体系胶体的稳定性.结果表明:反应温度升高,体系的稳定性逐渐变差,产物的SARA四组分中饱和分与沥青质的总含量增大,芳香分与胶质的含量降低;组分的数均相对分子质量减小,组成的改变影响产物的胶体稳定性;沥青质平均分子结构中环烷碳率、烷基碳率降低,芳香碳率增大,缩合度参数变小,沥青性质变差;沥青质平均分子结构中溶解度参数增大,分子间作用增大;组分组成及平均结构的变化导致反应后体系的胶体稳定性变差.     

SBS与沥青相容性的研究

改性剂与沥青的相容性是决定改性效果和改性沥青制作工艺的关键因素,而聚合物改性沥青的相容性与基质沥青的组成、聚合物的剂量、聚合物成分结构以及贮存温度密切相关。利用热贮存稳定性试验系统研究了SBS与基质沥青的相容性。结果表明,线形SBS普遍比星型SBS具有较好的相容性,SBS含量小于3%时的改性沥青的稳定性也较好,沥青质含量适中、芳香分含量越小的基质沥青与SBS相容性也越好。     

温度对原油四组分高压热解性能的影响

在30 MPa压力下对塔里木原油四组分进行封闭体系的热解实验,通过气相色谱(GC)和气相色谱/质谱(GC/MS)分别对原油四组分热解反应的气体产物及饱和分热解过程的液态产物进行分析.结果表明:原油四组分热解气体产物中C1组分产率明显高于C2~C5组分,气体产物中C1~C2组分的产率及气体总产率随热解温度升高而增加;在温度高于450℃时,四组分总产气率的大小顺序为:沥青质饱和分芳香分胶质.随热解温度升高,饱和分中的主要组分C12~C18的反应程度加剧.在410℃时,饱和分热解以裂解反应为主,在大于490℃时,裂解和缩合反应程度都在增加,导致气相产物的产率提高及液相产物中主要组分向大分子烃类转移;且温度升高,液态产物分布的离散程度增加.     

胜利渣油族组分热转化动力学

采用动态热分析方法在线性升温速率为6.20K/min及惰性报气流率为100 cm~3/min的条件下考察了胜利渣油四个族组分的热转化行为.结果表明,其热转化活性变化顺序为:饱和分>芳香分>胶质>沥青质.四组分中饱和分可生成少量焦炭,芳香分的生焦率高于前者,胶质及沥青质是焦炭的主要来源.在723K时,两者的生焦率分别为29.0％及44.1％.在热转化过程的两个温度区间内,可利用两个独立的一级动力学模型对实验数据进行拟合.借助线性回归分析,确定了四组分在两个温区内的动力学参数.     

热塑性聚氨酯/低熔点聚酯共混改性及其薄膜的制备与性能研究

通过熔融共混的方法制备Estane^®热塑性聚氨酯（TPU）和低熔点聚酯的共混物,并吹制成膜。分别对共混体系进行DSC,FTIR,SEM和流变性能以及对薄膜进行剥离强度、透湿量和耐静水压的分析测试。结果表明：TPU与低熔点聚酯具有一定的相容性;TPU中低熔点聚酯质量分数≤30%时,低熔点聚酯能够以细小且规则球形颗粒分布在TPU基体中;低熔点聚酯的加入能够大大提高TPU薄膜的热熔粘合性能,并能显著降低粘合温度,但是会对薄膜的透湿性 和耐水压性产生不利影响。试验表明低熔点聚酯质量分数为20%时的TPU薄膜能够满足使用要求。     

碳纳米管增韧PHBV/TPU复合材料的研究

为提高PHBV与TPU两相之间的相互作用力,改善复合材料的力学性能及热稳定性,采用熔融共混法制备了PHBV/TPU/CNTs复合材料。用扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热计、热重分析仪和万能试验机分析了材料的表面形貌、晶体结构、热学性能以及力学性能。研究表明:添加碳纳米管(CNTs)后PHBV与TPU两相界面未产生分离,两相之间的作用力有所提高;碳纳米管的加入促进了PHBV的结晶且使其由熔融双峰变为熔融单峰。此外,PHBV/TPU/CNTs复合材料的力学性能及热稳定性也有了显著提高。相比纯PHBV,复合材料的初始降解温度提高15℃,P/30T/3CNTs复合材料的断裂伸长率提高1 800%左右。     

聚乳酸聚氨酯嵌段预聚体增韧聚乳酸/热塑性聚氨酯共混物的研究

本研究合成了聚乳酸聚氨酯嵌段共聚物预聚体(PLA-b-PUP),以其作为聚乳酸(PLA)和热塑性聚氨酯(TPU)的活性相容剂,通过原位反应增容制备了PLA/TPU/PLA-b-PUP超韧共混物。通过拉伸试验、冲击试验、SEM、FT-IR、DSC和TGA研究了共混物的力学性能、热性能和增韧机理。结果表明,PLA-b-PUP中的异氰酸酯基团与PLA和TPU上的活性基团发生了反应,显著改善了PLA/TPU共混物两相界面的相容性。随着PLA-b-PUP的加入,共混物中PLA的玻璃化转变温度和相对结晶度逐渐降低,当PLA-b-PUP的质量分数为PLA/TPU共混物的4%时,共混材料的断裂伸长率和缺口冲击强度分别达到无相容剂时的8.12倍和2.73倍,表现出良好的增容增韧效果。添加PLA-b-PUP后,共混物的初始分解温度有所降低,但最快分解温度有所提高。     

TPU/PVB复合材料的制备及性能

 通过熔融共混方法,制备了热塑性聚氨酯弹性体/聚乙烯醇缩丁醛(TPU/PVB)复合材料。采用红外光谱、转矩流变仪、差示扫描量热、热失重、拉伸测试等分析方法对复合材料的结构、加工流变性能、热学性能和力学性能进行研究。分析结果表明,TPU 可明显改善PVB 的加工性能。当PVB:TPU=75:25 时,复合材料的平衡扭矩为7.2 N·m,相对于纯PVB 而言,平衡扭矩的降幅达42.4%;增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)可改善TPU/PVB 复合材料的加工性能。当PVB:TPU=75:25,DBP 加入量为20%时,复合材料的平衡扭矩由7.2 N·m 降至4.5 N·m。而此时复合材料的拉伸强度与初始相比降低了13 MPa,断裂伸长率从24%增加到162%;相对于纯PVB,复合材料的熔融温度降低了10℃,分解温度升高了18℃。     

辽河稠油组分间相互作用对油水界面张力的影响

考察了辽河稠油脱沥青质油、胶质、沥青质及胶质与沥青质混合物对水包稠油乳状液油水界面张力的影响。结果表明：在不同的水包稠油乳状液体系中，辽河脱沥青质油中饱和分、芳香分的存在能够促进胶质与乳化剂的相互作用，降低体系的油水界面张力；辽河胶质与沥青质两者之间相互作用较弱，对油水界面张力影响很小；沥青质的界面活性高于胶质和脱沥青质油，在水包稠油乳状液的形成过程中，沥青质起主要稳定作用；具有高芳碳率、低烷基碳率、高芳香环缩合程度的组分在水包稠油乳状液中界面活性较高。     

分子模拟研究不同条件下沥青自愈合规律

采用沥青四组分的方法来确定沥青模型,并通过比较沥青模型的密度和实际沥青的密度,来验证沥青模型的合理性.采用合理的沥青大分子模型建立沥青裂缝模型,并模拟不同条件下沥青自愈合的试验过程.在裂缝模型中加入定量的水分子,用以模拟不同含水率的环境.根据实际的老化沥青中各组分的含量变化,建立老化沥青分子模型,模拟沥青老化对沥青愈合的影响.结果表明:愈合模型在30 ps之后开始稳定;水分子的加入会使沥青自愈过程的扩散系数降低,当含水量大于3%时,水对沥青扩散的影响逐渐稳定;选取Z轴方向上的水分子浓度曲线,当含水率高于3%时,水分子浓度的峰值集中在分子的愈合裂缝处.     

膨胀阻燃剂及OMMT的分布对PBS/TPU共混物阻燃性能的影响

以聚磷酸铵(APP)和季戊四醇(PER)为原料组成的膨胀阻燃剂(IFR)为主阻燃剂,以有机蒙脱土(OMMT)为协效阻燃剂,以热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为聚合物成炭剂,采用熔融共混法对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)进行阻燃改性,并考察了IFR及OMMT的分布对PBS/TPU共混物阻燃性能的影响。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、热重分析、熔体黏度分析和扫描电子显微镜(SEM)对PBS/TPU/IFR/OMMT阻燃复合材料进行了测试与表征。结果表明：OMMT与IFR有着良好的协同阻燃效应,在OMMT质量分数为1%时,就可提高PBS/TPU/IFR共混物的阻燃效果。IFR与OMMT的分布对PBS/TPU/IFR/OMMT共混物的阻燃性能有着显著的影响。当IFR与OMMT均直接分布于PBS相时,共混物的阻燃性能最优,LOI为32.7%,垂直燃烧达到UL 94 V-0级,明显优于阻燃剂为其他3种分布体系的。     

碳纳米管增韧PHBV/TPU复合材料的研究简

为提高PHBV与TPU两相之间的相互作用力,改善复合材料的力学性能及热稳定性,采用熔融共混法制备了PHBV/TPU/CNTs复合材料。用扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热计、热重分析仪和万能试验机分析了材料的表面形貌、晶体结构、热学性能以及力学性能。研究表明：添加碳纳米管（CNTs）后PHBV与TPU两相界面未产生分离,两相之间的作用力有所提高;碳纳米管的加入促进了PHBV的结晶且使其由熔融双峰变为熔融单峰。此外,PHBV/TPU/CNTs复合材料的力学性能及热稳定性也有了显著提高。相比纯PHBV,复合材料的初始降解温度提高15℃,P/30T/3CNTs复合材料的断裂伸长率提高1800％左右。     

温度对沥青混合料导热系数的影响及预估模型验证

为提高就地热再生加热过程中沥青路面温度场的计算精度,采用理论分析和试验相结合的方法,对温度影响沥青混合料导热系数的规律、沥青混合料导热系数预估模型及沥青路面传热模型进行研究。研发基于一维稳态传热原理的单防护平板法沥青混合料导热系数测试装置,测试不同温度下集料、沥青胶浆和沥青混合料的导热系数以及沥青形态随温度变化的规律,分析温度影响沥青混合料导热系数的机理,对比不同模型预估沥青混合料导热系数的精度;将沥青混合料导热系数随温度变化的函数引入沥青路面传热模型,对沥青路面传热模型进行优化,并通过模拟加热试验,对优化前后沥青路面传热模型的精度进行对比。研究结果表明：随着温度的升高,沥青逐渐由固态转化为液态,SBS沥青的软化点在50℃附近,导致沥青混合料导热系数在低于50℃时,随温度的升高而增大,在高于50℃时,随温度的升高而减小;Williamson模型、并联模型、串联模型和陈则韶模型中,Williamson模型预估的沥青混合料导热系数与试验结果吻合度最好;考虑沥青混合料导热系数随温度变化规律的沥青路面传热模型更精确,预估的沥青路面加热功率曲线与试验结果重合度好,为沥青路面就地热再生加热过程中加...