废旧轿车轮胎在沥青中的应用研究

论文摘要

近年来,橡胶沥青技术快速发展,用于橡胶沥青制备的关键原料轮胎胶粉的来源也倍受关注,当前橡胶沥青用的胶粉是来自载重车的废轮胎,而轿车废轮胎多用于土法炼油,严重污染环境、浪费资源。为了促进废旧轿车轮胎资源的在沥青中的合理化应用,从轮胎橡胶与沥青相互作用、轿车轮胎胶粉脱硫再生工艺、脱硫胶粉改性沥青制备及性能等方面展开了研究。首先,通过溶胀实验分析了载重车胎橡胶与轿车轮胎橡胶的溶胀行为,考察了溶胀时间t、温度T、橡胶厚度d对溶胀质量增量的影响。通过菲克扩散公式验证了质量增量与2t1/2/d的线性关系,根据拟合曲线得到橡胶溶胀扩散系数D,D值与溶胀温度成正比,并受轮胎橡胶类型影响。根据平衡溶胀比和质量损失率曲线发现载重车胎橡胶在溶胀过程中存在明显的交联网络结构降解,而轿车轮胎橡胶的网络结构变化不明显,经甲苯抽提实验发现轿车轮胎橡胶溶胀、抽提后质量较未溶胀、抽提的轿车轮胎橡胶,证明沥青组分与橡胶有反应结合。其次,制备了轮胎配方的混炼胶,通过平衡溶胀比、质量损失率曲线、TGA和DSC等分析了天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）与沥青相互作用行为的异同。结果表明沥青对NR的网络结构破坏明显,对SBR网络结构影响较小,溶胀后NR和SBR玻璃化转变温度Tg均升高,沥青的结晶组分进入橡胶网络。橡胶与沥青的相互作用影响硫化橡胶的热氧降解过程。载重车胎橡胶与NR的溶胀规律相似,而轿车轮胎橡胶与SBR溶胀规律相似,轮胎橡胶使用过程中的老化并未从根本上影响其与沥青的相互作用。再次,探索了轿车轮胎胶粉改性沥青的工艺。SEM、TGA表明轿车轮胎以合成橡胶为主,且含有不能通过常规研磨工艺完全破碎的纤维。剪切实验表明胶粉粒径与剪切时间成反比。过滤实验发现载重车胎胶粉在剪切4h后微米级粒子明显增多,轿车轮胎胶粉微米级粒子随剪切时间缓慢增长,剪切过程有炭黑、无机填料脱落的现象,载重车胎胶粉受剪切作用影响更大。最后,采用螺杆挤出脱硫工艺制备了脱硫再生胶粉,考察了挤出温度、脱硫剂、石油树脂含量对脱硫再生橡胶溶胶-凝胶含量的影响。挤出温度越高、脱硫剂用量越大,溶胶含量越大。挤出温度增大,脱硫再生胶粉改性沥青针入度增大,延度、软化点、粘度均降低。随着脱硫胶粉含量的增大,复合改性沥青的针入度降低,软化点升高,延度、弹性恢复降低,RTFOT后延度提高,提高了耐老化性能。光学显微结构表明螺杆挤出脱硫能够有效减小胶粉的粒径,胶粉由毫米级转变为微米级均匀分散在改性沥青中,复合改性沥青中脱硫再生胶粉与SBS结合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 废旧轮胎回收利用现状
• 1.1.1 轮胎橡胶结构及分类
• 1.1.2 废旧轮胎回收利用
• 1.1.3 土法炼油现状及危害
• 1.2 橡胶沥青国内外研究进展
• 1.2.1 橡胶沥青技术发展
• 1.2.2 橡胶沥青相互作用研究现状
• 1.3 废橡胶脱硫再生技术研究现状
• 1.4 工厂化胶粉改性沥青
• 1.4.1 工厂化胶粉改性沥青的发展
• 1.4.2 工厂化胶粉改性沥青的混合料设计
• 1.4.3 工厂化胶粉改性沥青的高温贮存稳定性
• 1.4.4 工厂化胶粉/SBS 复合改性沥青的生产
• 1.5 本文研究目的与内容
• 1.6 研究意义
• 参考文献
• 第二章 沥青与轮胎橡胶相互作用研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.3 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 橡胶厚度对溶胀质量增量的影响
• 2.3.2 溶胀温度对溶胀质量增量及扩散系数的影响
• 2.3.3 橡胶种类对溶胀质量增量及扩散系数的影响
• 2.3.4 橡胶平衡溶胀比
• 2.3.5 橡胶质量损失率
• 2.3.6 热分析
• 2.3.7 溶胀橡胶抽提
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 基于胎面胶的新硫化胶与沥青相互作用研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.3 样品制备
• 3.2.4 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硫化胶平衡溶胀比
• 3.3.2 硫化胶质量损失率
• 3.3.3 溶胀时间对硫化胶力学性能影响
• 3.3.4 热分析
• 3.3.5 DMA 分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 轿车轮胎胶粉改性沥青工艺探索
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 样品制备
• 4.2.3 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 轮胎胶粉成分及表面形貌
• 4.3.2 剪切对胶粉粒径及残余量的影响
• 4.3.3 剪切过程胶粉与沥青间的物质交换
• 4.3.4 剪切、挤出工艺对改性沥青性能影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 脱硫胶粉改性沥青及SBS 复合改性沥青的制备
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 样品制备
• 5.2.3 测试与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 挤出温度对溶胶含量及改性沥青性能的影响
• 5.3.2 石油树脂对溶胶含量及改性沥青性能的影响
• 5.3.3 脱硫剂对溶胶含量及改性沥青性能的影响
• 5.3.4 脱硫胶粉改性沥青性能
• 5.3.5 脱硫胶粉/SBS 复合改性沥青性能
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果