авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Технология долговечных композиционных разметочных материалов на полимерной основе

-- [ Страница 2 ] --

Изучение температурных полей на границе дорожного покрытия и расплава термопласта показывает наличие четырех характерных областей взаимодействия системы «термопласт – асфальтобетон» (рис.5):

Рис.5. Термокинетические зависимости системы «термопласт-асфальтобетон» при нанесении разметки

1 область – термопласт находится в жидком состоянии, битум покрытия – в твердом, температура его стремительно повышается. В этой области процессы взаимодействия компонентов характеризуются процессами смачивания, диффузии, окисления.

2 область – термопласт и битум находятся в жидкофазном состоянии, при котором процессы взаимодействия значительно активизируются. Помимо диффузионных процессов, в этом диапазоне температур имеет место образование химических связей между полимерной частью термопласта и компонентами битума.

3 область – термопласт переходит в твердое состояние (при Т=90-110оС), битум находится в жидкой фазе. Можно говорить о смачивании битумом твердой поверхности термопласта, но с учетом предыдущих реакций между компонентами на этой стадии процессы взаимодействия практически завершаются.

4 область – зона медленного охлаждения затвердевших термопласта и битума. В этой области происходят релаксационные процессы в системе – минимизируются механические напряжения, завершаются окислительные процессы.

В четвертой главе приведены результаты исследования физико-химических свойств термопласта, модифицированного добавками различных синтетических восков.

В качестве основы связующих современных термопластов для дорожной разметки используются синтетические смолы, получаемые полимеризацией непредельных С5-С9 углеводородов (углеводородные смолы), или эфиры канифоли. Для обеспечения морозостойкости в их состав вводят пластификаторы - минеральные масла или эфиры двухосновных органических кислот (адипиновой, себациновой, фталевой). Однако пластификаторы снижают температуру размягчения смолы до уровня 50-70оС, тем самым создавая условия для загрязнения, поскольку пластифицированная смола образует эластичную и липкую на ощупь пленку.

Таблица 3

Влияние добавок на характеристики связующих для термопластов

Наименование добавки Наблюдаемый эффект
1 Пластификаторы Образуются прозрачные и липкие пленки. Снижают Тразм смол до 50-60оС
2 Пластификатор+сэвилен Пленки эластичные, липкие. Тразм. не изменяется
3 Пластификатор+SIS Пленки эластичные, липкие. Тразм увеличивается примерно на 10оС
4 Пластификатор+сэвилен+SIS Характеристики пленок не изменяются
5 Пласификатор+сэвилен+SIS+ полиэтиленовые воски Пленки остаются эластичными, липкость исчезает. Тразм. поднимается на 25-30оС
6 Пластификатор+сэвилен+SIS+ полипропиленовые воски Пленки эластичные, липкость отсутствует. Тразм поднимается на 30-35оС
7 Пластификатор+сэвилен+SIS+ амидные воски Пленки эластичные, липкость отсутствует. Тразм повышается на 30-40оС

Для обеспечения прочности и эластичности термопласта при низких температурах в состав связующих вводили полимерные добавки - сополимеры этилена с винилацетатом (сэвилен или EVA) и блок-сополимеры стирола с изопреном (SIS). Однако они мало влияют на температуру размягчения, а пленки с их добавками оставались эластичными и такими же липкими (табл.3).

Для устранения липкости в качестве модифицирующих добавок наиболее эффективными являются композиции с добавлением восков (табл.4).

Таблица 4

Основные характеристики восков, использованных в работе

Марка Химическая основа Тпл., °С К.ч., мг.КОН/г , г/см3
ПВ-200 полиэтилен., неполярный 106 0 0,90
Fа-1 амидный воск, полярный 141 6 1,00
BS-100 амидный воск, полярный 141 8 1,00
РР-230 полипроп. воск, неполярный 160 0 0,88
РЕ-520 полиэтилен., неполярный 118 0 0,93
AR-504 полипроп. воск, полярный 155 50 0,92
РЕ-890 сополимер ПЭ с винилэтилацетатом 97 0 0,94

Анализ свойств образцов термопластов, модифицированных добавками (в количестве 2%) различных восков, показал, что наилучшие результаты с точки зрения достижения наивысших прочностных характеристик дорожной разметки показывают воски марок Fа-1 и BS-100 (рис.6).

Рис.6. Зависимость прочности при сжатии от марки воска,

введенного в термопласт в количестве 2%

Введение восков устраняет эффект липкости пленок связующих (рис.7). При этом воски повышают одновременно и температуру размягчения связующих, что способствует снижению способности к загрязнению термопласта при повышенных температурах дорожного покрытия (рис.8).

Установлено, что воски, особенно полярные, в процессе охлаждения расплава термопласта мигрируют в его поверхностные слои. Поэтому поверхность термопласта теряет липкость, а его обратная (нижняя) сторона, из которой воск мигрирует вверх, сохраняет достаточную адгезию к асфальтобетону. Исследования показателя адгезии определяли по усилию отрыва термопласта, нанесенного на поверхность образцов асфальтобетона с различными параметрами шероховатости и эксплуатационным состоянием. (рис.8).

Установлено, что прочность при отрыве термопласта стабильно выше оказывается в случае нанесения разметки на асфальтобетон, находящийся в эксплуатационном состоянии Б (см. рис.1).

Рис.9. Адгезия термопласта к асфальтобетону в зависимости от состояния поверхности (А,Б,В) и марки воска (в количестве 2%)

Это позволяет сделать вывод, что прочность соединения «термопласт – асфальтобетон» обеспечивается также за счет проникновения расплава термопласта в поры и микротрещины минеральных наполнителей.

Введение амидного воска Fa-1 в состав термопласта вместо традиционного полиэтиленового воска ПВ-200 помимо уменьшения липкости поверхности и повышения температуры размягчения позволяет также повысить скорость течения расплава (рис.9).

Рис.10. Зависимость скорости течения расплава термопласта «Кратер» от содержания введенного воска: 1 – Fa-1, 2 – BS-100, 3 – ПВ-200

С учётом высокой стоимости воска Fa-1 (135 тыс. руб./т), применяемого взамен воска ПВ-200 (65 тыс. руб/т) экономически допустимой концентрацией его в составе термопласта можно считать уровень 1%. Однако для повышения характеристик термопласта количество воска Fa-1 желательно увеличить сверх 1%. В этом случае нужно компенсировать заметное удорожание стоимости термопласта: каждый дополнительный процент воска в составе термопласта приводит к росту себестоимости примерно на 5,0%.

Сжатие, оказываемое на разметочную полосу колесами автомобиля, может приводить к раздавливанию полосы или к ее раскатыванию, при этом могут изменяться геометрические размеры (например, ширина) полосы до недопустимых величин. Такая деформация зависит от уровня приложенной нагрузки и температуры.

Эффект ползучести материала при этом может быть оценен как сопротивление постоянно действующей нагрузке и степени сохранения первоначальной геометрической формы у образца. Опыт проводится следующим образом: из расплава термопласта во фторопластовых разборных формах формируются цилиндрические столбики высотой 20-30 мм, которые подвергаются обжатию постоянным давлением 0,22 кгс/см2 при температуре 20-22оС. Изменение высоты столбика за 24 часа является мерой степени обжатия материала.

Введение воска Fa-1 (до уровня 1,5%) и полный вывод при этом из состава термопласта сэвилена приводит к росту скорости течения расплава и сохранению достигнутого ранее уровня стоимости (стоимость 1 %масс. сэвилена соответствует стоимости 0,5% масс. воска). При этом сопротивление обжатию находится на допустимом уровне (табл.5).

Причина этого упрочнения материала, по-видимому, связана с химической природой амидного воска, с его структурой. Как и все амиды, отличающиеся хорошо выраженными основными свойствами, такие воски могут образовывать соединения с устойчивыми связями с остатками кислых групп в канифольных смолах. Именно эти связи, нестойкие при нагревании, препятствуют обжатию материала при нормальной температуре.

Таблица 5

Уровень обжатия термопласта в зависимости от содержания воска Fa-1

и сэвилена

Содержание воска Fa-1, % Содержание сэвилена, % Уровень обжатия, %
0 1,0 63
0,5 1,0 40
1,0 1,0 15-20
1,5 1,0 0
2,0 1,0 0
1,4 0 5-10

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что увеличение содержания воска Fa-1 является наиболее эффективным по обеспечению скорости течения, по минимизации величины обжатия, не требует смены традиционных компонентов состава.

В случае использования канифольной смолы «Пентанокс» увеличение концентрации воска Fa-1 приводит к росту жёсткости термопласта (~ на 7-10%), поэтому для обеспечения эластичности целесообразно большую часть смолы «Пентанокс» (~60%) заменять на смолу ГЭК (глицериновый эфир канифоли).

В настоящее время рабочей температурой при нанесении термопласта на дорогу является Т=200±5°С. Между тем работа при повышенной температуре сопряжена с повышенной скоростью окисления компонентов термопласта и естественным при этом снижением степени его белизны.

Особенно вопрос сохранения заданного уровня белизны возникает при уменьшении в составе термопласта «Кратер» содержания пигмента - с 5,0% до 2,5%.

Следует отметить, что воски Fa-1 и BS-100 при температуре 190-200°С подвержены термоокислительной деструкции, и после 30-минутного термостатирования при этих температурах приобретают жёлтую окраску. Для уменьшения этого негативного эффекта исследована возможность повышения белизны композиции за счёт замены серого кварцевого песка на белый мраморный песок с размером частиц до 0,8 мм.

Для обеспечения уровня белизны требуется понижение рабочей температуры с 200° до 180°С и менее. При этом белизна сохраняется не только за счёт снижения интенсивности окислительного процесса, но и за счёт лучшего перетира частиц пигмента в более вязкой среде. Но переход на меньшую рабочую температуру связан с потерей технологичности расплава (табл.6).

Таблица 6

Характеристики термопласта «Кратер» (с 2,5% TiO2) в зависимости

от рабочей температуры

Показатели Т=200°С Т=180°С
Скорость течения расплава, г/с 4,9 2,7-3,0
Белизна, % 78 79-83

Переход на меньшую рабочую температуру способствует уменьшению расхода газа, используемому для поддержания заданной рабочей температуры при плавлении композиции в маточном котле и при производстве разметочных работ.

С целью обеспечения необходимой технологичности расплава (прежде всего, скорости течения - 4,5-5,0 г/с) исследованы целесообразность укрупнения наполнителя, увеличения концентрации пластификатора, увеличения концентрации воска Fa-1.

Гранулометрический состав минеральной части термопласта «Кратер» представлен в табл. 7.

Таблица 7

Гранулометрический состав минеральных наполнителей термопласта «Кратер»

Наполнитель Средний размер, мкм Количество, %
Песок кварцевый 250 - 300 19,0-21
Песок мраморный, фракция 0-800 мкм 250-300 19,5-21
Микромрамор УР-7 5 - 9 16-20
Двуокись титана (TiO2 ) 1-3 2,5-3
Стеклянные микрошарики 400-850 18-22

Следует учитывать, что по фракциям стеклошариков и TiO2 имеются принципиальные ограничения по показателям световозвращения и белизны - вариации по этим компонентам (размеры частиц и содержание в составе) недопустимы. Введение микродоломита МД-60 в качестве укрупнённой фракции позволяет повысить скорость течения расплава.

В табл. 8 представлены результаты по влиянию особенностей наполнителя на скорость течения расплава наполнителя.

Таблица 8

Влияние особенностей наполнителя на скорость истечения расплава термопластика «Кратер» (Т=180°С)

№ п\п Особенность состава наполнителя Скорость течения расплава, г/с
1 Стандартный состав (табл. 7) 2,7
2 Промежуточный состав, в котором УР-7 и кварцевый песок полностью заменены на МД-60 3,9
3 Состав, в котором УР-7 и кварцевый песок полностью заменены на МД-60, а стандартный мраморный песок (0-800) заменён на более крупный отсев 4,6

Увеличение в составе термопласта «Кратер» пластификатора ДОФ от 3,6 (стандартная норма) до 3,9% повышает скорость течения расплава от 4,5 до 4,8 г/с, но одновременно ведёт к повышению липкости поверхности термопласта и повышает уровень его обжатия под нагрузкой до нежелательных значений - 30-35%. Поэтому такой путь повышения технологичности установлен как неприемлемый.

Вариант дополнительного использования более крупных фракций наполнителя рассматривается как резервный при необходимости. В этом случае появляется вполне реальная возможность снизить рабочую температуру переработки термопласта до 170°С (табл. 9).

Таблица 9

Влияние особенностей наполнителя на характеристики откорректированного состава «Кратер» (2,5% TiO2)

№№ п\п Особенности наполнителя Скорость течения расплава при 170°С, г/с Белизна, % Адгезия к асфальту, 20°С, МПа
1 Стандартный состав 4,1 81 1,2
2 Откорректированный состав, в котором УР-7 и кварцевый песок полностью заменены на МД-60 4,4 82 1,2
3 Откорректированный состав, в котором УР-7 и кварцевый песок полностью заменены на МД-60, а стандартный мраморный песок заменён на более крупный отсев 4,9 83 1,4

В целом состав термопластика типа «Кратер», перерабатываемый при рабочей температуре 180°С, выглядит следующим образом (табл.10):

Таблица 10

Разработанный состав повышенной долговечности

на основе термопласта «Кратер»

Ингредиенты Содержание, %
Смола «Пентанокс» 5,2
Смола ГЭК 7,8
ДОФ 3,5
Кратон «Д» 1,7
Мраморный песок 20,0
Кварцевый песок 19,9
УР-7 18,0
TiO2 2,5
Fa-1 1,4
Стеклянные микрошарики 20,0


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.