专利名称：一种耐寒冷、抗高温复合材料的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及道路、桥梁、隧道领域的添加剂，更具体地说，涉及一种耐寒冷、抗高温的复合材料。
背景技术：
自我国2000年引进奥地利SBS改性浙青技术以来，99%的高速公路建设采用该技术。该技术产品虽然填补了我国浙青改性技术的空白，改善了浙青路面的高温抗车辙和低温稳定性能；但是，该技术性能指标不理想，仅可达到在-10°C下破坏应变不小于2500，高温60°C下的动稳定度不低于观00，平均浙青路面使用寿命低于5年。这些产品无法满足我国复杂的区域气候特征，并且该技术需要对改性浙青设备进行投资，增加了建设成本。此外，这种改性浙青生产工艺复杂、高能耗、高污染，并且性能不稳定，在运输过程中，容易离析，由此使得生产出的浙青混合料质量不稳定。
实用新型内容为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种耐寒冷、抗高温的低碳节能复合材料。实用新型本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是构造一种耐寒冷、抗高温复合材料，所述复合材料为柱状三层结构颗粒，每一个结构颗粒包括内部的由硅藻土与纳米碳酸钙组成的核心材料层，以及依次包裹在所述核心材料层外的助剂层、以及由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与聚乙烯组成的混合载体层。本实用新型所述的耐寒冷、抗高温复合材料，其中，所述柱状三层结构颗粒长 10 12_，直径为1. 0 2_。本实用新型所述的耐寒冷、抗高温复合材料，其中，所述核心材料层的直径为 0. 3-0. 6mm，所述助剂层的厚度为0. 2-0. 35mm。实施本实用新型具有以下有益效果本实用新型是针对我国新疆、内蒙严寒地区的气候和环境特点专门设计的，具有如下优点1、耐寒冷，抗低温；2、耐高温，抗车辙；3、延度、韧性好，抗疲劳，增大路面承载能力；提高路面抗流动性，延长路面的使用寿命1倍以上；4、简化工艺完全取代了 SBS改性浙青复杂、高能耗、高污染生产工艺；缩短施工工期3倍以上；5、性能优异根据交通部公路工程检测中心及国内多家研究机构鉴定，采用该技术产品高温抗车辙性能提高国家规范标准2. 8倍以上，低温抗裂性能提高国家规范性能标准1.4倍以上，大幅度提高了浙青路面的综合性能指标，延长了路面的使用寿命；抗水、抗冰、油和紫外线辐射，延缓老化；6、性价比高取消SBS改性浙青设备及配套投资、该实用新型对石料的酸碱性兼容性好，对品质较差的石料和浙青有明显的改善作用，可以就近采购石料和浙青，大幅度降低运输及仓储费用，另外降低了原材料材料成本(包括旧有生产工艺的投资成本、场地成本、能耗成本、运输成本、储存成本等等)，综合路面建设成本8车道13公分厚每公里节约5 万元；7、原材料利用回收再生资源再利用(例如PE、硅藻土)，具有环保、节能减排优势 每年将为新疆、内蒙严寒省份节约7200万度电、12000万升柴油。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1为本实用新型的一种耐寒冷、抗高温复合材料的纵切剖面示意图，其中1为核心材料层，2为助剂裹腹层，3为EVA与PE混合载体层。图2为本实用新型的一种耐寒冷、抗高温复合材料的横切剖面示意图，其中1为核心材料层，2为助剂裹腹层，3为EVA与PE混合载体层。
具体实施方式
浙青是一种复杂的高分子碳氢化合物，用浙青铺设的路面是一种无接缝的连续性路面，但在高温和紫外线的照射下会产生老化现象。因此，加入耐寒冷、抗高温复合材料的主要目的是解决我国温带季风气候区域新疆北部、内蒙古等年积温低于1600-3400°C之间，最低月平均气温18至_8°C，夏季平均气温多数仍超过22°C的严寒地区浙青路面的低温抗裂性能，同时也有效解决了浙青路面的高温抗车辙性能。本实用新型中，浙青混合料是由石料与浙青结合料拌和而成的混合料的总称。其中，浙青结合料是起胶结作用的浙青类材料的总称，包括浙青及添加剂等。本实用新型的复合材料作为浙青混合料添加剂用于浙青路面改性，其可掺入任何浙青混合料的制备，包括石油浙青混合料、煤焦油浙青混合料、油砂浙青混合料或天然浙青混合料。如图1和图2所示，本实用新型提供一种耐寒冷、抗高温复合材料，复合材料为柱状三层结构颗粒，每一个结构颗粒包括内部的由硅藻土与纳米碳酸钙组成的核心材料层1， 以及依次包裹在核心材料层1外的助剂层2、以及由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与聚乙烯组成的混合载体层3。优选地，上述柱状三层结构颗粒长10 12mm，直径为1. 0 2mm，但该尺寸并不限于此，只要使得其能够在复合材料过程中快速的熔融参与反应即可。进一步地，核心材料层1的直径为0. 3-0. 6mm，助剂层2的厚度为0. 2-0. 35mm。在本实施例中，该复合材料为三层结构颗粒，优选为柱状。需要说明的是，在制备的过程中，可能形成不完全规则的圆柱体，这并不影响本实用新型的实施。图1为圆柱体的沿上下底面直径处剖切的剖面图， 图2为圆柱体的横截面图。其中，核心材料层1包括以下重量份的原料ABS :10-15 ；聚乙烯醇缩丁醛树脂5-10 ；SBS :10-15 ；SMN 树脂20-25;木质纤维素0. 3-0. 5。[0026]助剂层2包括以下重量份的原料硅藻土10-20;纳米碳酸钙其余材料总和的15-25重量％ ；JC-G530C 增强剂 5-10。所述载体层3包括以下重量份的原料聚乙烯20-30;EVA: 5-10。本实用新型的复合材料可通过以下步骤制备a) 一次混合步骤在料仓装置卧式搅拌机1中加入ABS、PVB、SBS、SMN树脂以及木质纤维素进行混合搅拌至均勻得原料混合料；b) 二次混合步骤将上述原料混合料通过传输装置2置入单螺杆挤出机的料斗3 内，加入硅藻土、纳米碳酸钙、JC-G530C增强剂进行混合搅拌并通过单螺杆机4挤出复合材料半成品；c)三次混合步骤、将所述复合材料半成品导入双螺杆机料斗5内，加入PE、EVA进行混合搅拌，通过双螺杆机6挤出成型得所述一种耐寒冷、抗高温复合材料。在根据本实用新型所述的制备方法中，所述一次混合步骤的温度可为10-50°C，优选为室温，时间为2-50分钟，优选5-20分钟，更优选约10分钟。所述二次混合步骤的温度为35-70°C，优选40-60°C，更优选42 V 53°C，时间为1_20分钟，优选2_10分钟，更优选约5分钟。所述三次混合步骤的温度为120-260°C，优选130-200°C，更优选165°C 170°C， 时间为1-20分钟，优选2-10分钟，更优选约5分钟。上文所述的复合材料添加剂加入浙青混料中的量约为设计级配浙青混合料中最佳浙青用量的2% -15%，优选3% -12%，更优选4% -10%，最优选5% -7% ；一般为浙青混合料的1%。-8%。，优选2%0 -5%。，更优选3%。-3. 5%0。本实用新型的耐寒冷、抗高温复合材料是在制备过程中，采取的是二次混合生产， 使得各种原料与高分子材料均勻混合、迅速产生物理性结合，因而制备出的浙青路面改性材料不仅解决浙青路面在低温下的稳定性能、高温抗车辙性能，同时也有效解决了浙青路面的抗裂、抗弯应变的稳定性能。在本实用新型的一个实施方案中，复合材料还可含有0. 3-0. 5重量份的木质纤维
ο在本实用新型的一个实施方案中，聚乙烯的密度约为0.918-0. 940。其含量优选为对-30重量份，更优选对-观重量份。本实用新型中，优选采用低密度聚乙烯，更优选采用LLDPE，例如市售LLDPE再生颗粒，以使得本实用新型的复合材料加入浙青混合料中后增加浙青的延度、韧性。本实用新型中使用的PE可以是回收再生产品，由此降低了生产成本， 解决了“白色黑色”污染问题。本实用新型中采用聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)为聚乙烯醇和丁醛的缩合物，它是一种热塑性树脂，为白色粉末，相对密度1.08-1. 10。PVB树脂本身含有很多的羟基，可以与一些热固型树脂产生交联反应以提升耐化学性及涂膜硬度等性能。并具有优异涂膜高弹性、韧性、耐强碱、耐油性及可挠性，与低温耐冲击性。与邻苯二甲酸酯、癸二酸酯苯增塑剂， 以及硝酸纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、芳烃类具有很好的相溶性，并具有较高的透明性、耐寒性、耐冲击、耐紫外辐照。具有优良的柔软性和挠曲性。本实用新型使用PVB以改善本品特有的性能，以达到耐低温抗裂、抗破坏应变的能力，使其性能大大得到提高。优选地，用于本实用新型中的PVB的分子量为例如100-1000，优选200-800g/mol。硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，可用于改善浙青混合料的水稳定性。优选
地，用于本实用新型复合材料中的硅藻土为10-2000目，优选50-1200目，更优选200-800目。本实用新型的一个实施方案中，SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物)可以采用其线型或星型共聚物，优选线型SBS。优选地，SBS中苯乙烯的含量为10-60%，更优选 20-50% ο在本实用新型的另一个实施方案中，EVA优选采用粉状物。优选地，用于本实用新型中的EVA的分子量为5000-30000g/mol，更优选10000-26000g/mol。EVA共聚物中，优选乙酸乙烯酯的含量为15-40%，优选15-30%，更优选15-22%。本实用新型中所称的SMN树脂(M-MAH-NPMI)是苯乙烯-马来酸酐_N_苯基马来酰亚胺的共聚物，数均摩尔质量约为lX10V/mol至50X10V/mol，优选ΙΟΧΙΟ^/πιοΙ至 30 X 104g/mol，更优选20 X 104g/mol至25 X l(^g/mol。其可以采用市售产品。本实用新型所使用的纳米碳酸钙优选其粒度为20-200nm，优选30-150nm，更优选为60-80nm。本实用新型中纳米碳酸钙的优选为3000-4000目，优选3200-3800目，更优选约3500目。优选地，采用市售NPCC-701改性浙青专用纳米碳酸钙。本实用新型中使用的JC-G530C增强剂是一种增强的PET。其与碳酸钙一起有效地增强了浙青混合料的高温性能。本实用新型人发现，通过使用以上多种材料的结合，可以同时获得出色的耐寒冷和高温抗车辙性能。SBS、ABS、SMN以及木质纤维素的结合使用增强了浙青混合料中石料与浙青之间的结合力，有效地改善了我国北方寒冷地区在低温天气下路面的冻裂现象。而PE 与纳米碳酸钙的结合使用增强了浙青混合料路面的高温抗车辙性能。通常，路面的抗车辙性能和抗低温难于同时很好地满足。但是，本实用新型发现，当上述结合使用的SBS、ABS、 SMN以及木质纤维素的总量与PE和碳酸钙混合物的重量比例在100% -120%之间、优选 100%至112%之间时，可以在耐低温和抗高温性能上获得良好地平衡。也即，SBS、ABS、SMN 以及木质纤维素的总量稍过量于PE和碳酸钙混合物总量。使用本实用新型的一种耐寒冷、抗高温低碳节能复合材料及制备方法，具有以下有益效果本实用新型的耐寒冷、抗高温复合材料不仅解决我国温带季风气候区域新疆北部、内蒙古等年积温低于1600-3400°C之间，最低月平均气温-28-8°C，夏季平均气温多数仍超过22°C的严寒地区浙青路面低温的稳定性能，同时也有效解决了浙青路面的高温抗车辙性能，且本实用新型的耐寒冷、抗高温复合材料作为浙青路面改性材料取代了 SBS浙青改性复杂、高污染、高能耗的生产工艺，缩短工期3倍以上，解决了北方区域的工期短、效率低等方面的难题。本实用新型的耐寒冷、抗高温复合材料的原材料大都采用的是回收再生材料，生产出的成品是柱状颗粒，在浙青路面集料生产过程中采用直接投放拌和的生产方式，方法非常灵活方便，不受地理环境、气候条件等客观固素的影响，具有极高节能减排的经济和社会效益。本实用新型复合材料添加剂的性能根据JTG F40-2004的《公路浙青路面施工技术规范》进行测定。结果显示，本实用新型的复合材料添加剂在高温抗车辙性、低温抗裂性能、水稳定性能以及抗疲劳性能方面具有突出的性能。采用本实用新型的耐寒冷、抗高温复合材料后，浙青路面的高温抗车辙性能提高 2. 8倍以上，浙青混合料低温抗裂性能提高1. 4倍以上，浙青混合料冻融劈裂和浸水马歇尔残留稳定度指标提高8%以上，浙青路面寿命比传统SBS改性浙青路面提高1倍以上。本实用新型的耐寒冷、抗高温复合材料取代了浙青改性复杂、高污染、高能耗的生产工艺，根据统计我国未来5年，新疆、内蒙等严寒地区每年将使用改性浙青600万吨(每吨改性浙青大约要消耗12度电、20升柴油，不包括导热油及储存、运输能耗)，采用即耐寒冷、抗高温复合材料每年可节约约7200万度电、12000万升柴油，是符合国家发展的一种节能减排好产品。本实用新型的耐寒冷、抗高温复合材料取代了浙青改性复杂、高污染、高能耗的生产工艺，缩短工期3倍以上，解决了北方区域的工期短、效率低方面的难题。以上对本实用新型所提供的一种耐寒冷、抗高温复合材料进行了详细介绍，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种耐寒冷、抗高温复合材料，其特征在于，所述复合材料为柱状三层结构颗粒，每一个结构颗粒包括内部的核心材料层(1)，以及依次包裹在所述核心材料层(1)外的助剂层O)、以及混合载体层(3)。
2.权利要求1所述的耐寒冷、抗高温复合材料，其特征在于，所述柱状三层结构颗粒长 10 12mm，直径为1. 0 2mm。
3.根据权利要求2所述的耐寒冷、抗高温的复合材料，其特征在于，所述核心材料层 (1)的直径为0. 3-0. 6mm，所述助剂层O)的厚度为0. 2-0. 35mm。
专利摘要本实用新型涉及一种耐寒冷、抗高温复合材料，所述复合材料为柱状三层结构颗粒，每一个结构颗粒包括内部的核心材料层，以及依次包裹在所述核心材料层外的助剂层、以及由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与聚乙烯组成的混合载体层。本实用新型的复合材料不仅解决我国温带季风气候区域沥青路面低温的稳定性能，同时也有效解决了沥青路面的高温抗车辙性能。另外本实用新型的复合材料的原料大都采用回收再生材料，节能环保，并且使用方法非常灵活方便，具有极高的经济和社会效益。
文档编号C04B24/38GK202170306SQ20112019438
公开日2012年3月21日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者彭麒桦 申请人:深圳市天坤元环保科技有限公司