低温纤维素酶范文

低温纤维素酶范文（精选4篇）

低温纤维素酶 第1篇

关键词：单向碳纤维复合材料,低温冷风,磨削,表面形貌

0 引言

碳纤维增强环氧树脂基复合材料(简称碳纤维复合材料,CFRP)因其良好的比强度、比刚度而广泛应用于航空航天、汽车等工业领域。通常采用磨削加工来制备碳纤维复合材料结构件和零部件[1,2]。然而,由于碳纤维复合材料基体与纤维界面性能以及其宏观力学各向异性,导致在加工过程中易出现基体开裂、纤维拔出、断裂、分层、毛边等问题,因此,研究合适的磨削加工工艺对碳纤维复合材料加工尤为重要。

目前,由于湿式磨削容易影响碳纤维复合材料的力学性能,碳纤维复合材料磨削主要以干式加工为主。然而,碳纤维复合材料热导率小,磨削过程产生的热量60%~95%被传入工件,容易引起碳纤维复合材料的局部软化、烧伤等缺陷,从而影响被加工零部件的使用性能。低温冷风磨削是向磨削区域喷射低温压缩空气,加快磨削热在工件、磨屑和砂轮表面上的传导,降低磨削区域温度的加工方法[3,4]。低温冷风磨削避免使用制造成本高、有害环境和人体健康的磨削液,符合绿色制造与环保理念[5]。

不少学者对碳纤维复合材料的加工展开了研究,如Uhlmann等[6]采用CVD涂层刀具、水射流切割、CO2射流切割以及磨削等创新技术来加工CFRP,其中采用顺磨逆磨同时加工的试件边缘质量比只用顺磨的要好,并提出了一种定量评价CFRP表面质量的创新方法。Hanasaki等[7]研究了CFRP在干式磨削下的温度,纤维取向与表面粗糙度之间的关系,分析了磨削过程中材料的去除方式。Ogi等[8]建立了单向CFRP在不同温度和载荷下的二维模型,用来预测CFRP的阻力和压电电阻的行为变化。Sasahara等[9]采用干磨削、外部喷嘴和内部喷嘴提供冷却液的方法对CFRP进行端面磨削,分析了三种加工方式下CFRP的粗糙度和材料的分层现象,推荐使用内部喷嘴提供冷却液进行加工。Hu等[10]通过与直角切削对比,研究了CFRP的纤维取向和砂轮磨削深度对磨削力和表面质量的影响,结果表明纤维取向在60°到90°之间时磨削力更大,但在120°到180°之间时,得到较差的磨削表面。Soo等[11]采用单层电镀金刚石和CBN砂轮磨削CFRP,对比分析了砂轮的磨损、磨削力及表面质量的变化。

虽然对碳纤维复合材料的加工研究较多,但对低温冷风磨削碳纤维复合材料研究报道较少。如果采用油基类[12]、水溶液或者水溶液冷却介质对碳纤维复合材料进行湿法加工,容易引起碳纤维复合材料的吸湿和溶胀行为,从而影响碳纤维复合材料的力学性能与使用性能。本文采用金刚石砂轮在低温冷风和常温干式两种磨削方式下,对单向板材碳纤维复合材料进行平行、横向90°和纵向90°三种方向的磨削试验。分别从磨削力、表面粗糙度、表面形貌、亚表面损伤等方面进行对比分析,以期为低温冷风冷却方法在碳纤维复合材料磨削加工领域的应用提供理论基础。

1 试验材料、设备与方法

1.1 试验材料与设备

材料选用环宇复合材料制品厂生产的单向碳纤维复合材料预浸料层压板。碳纤维复合材料的力学性能如表1所示。磨削试验在MGK7120X60高精密平面磨床上进行,采用SD80N100B金刚石砂轮进行磨削。采用重庆成田低温加工技术有限公司生产的CTL-30/2冷风射流机提供低温冷风,图1为磨削试验装备图。基于瑞士Kistler9257B三向动态压电晶体式测力仪测量磨削力,使用JB-4C精密粗糙度测试仪测量磨削后的表面粗糙度。通过日本基恩士公司的超景深显微镜(VHX-2000)和日本日立公司的扫描电镜(SEM)观察磨削后的表面形貌及亚表面损伤。

1.2 试验方法

首先将板材切割成18mm×10mm×12mm规格的试件,图2为碳纤维复合材料加工前的显微形貌图。磨削试验前,对金刚石砂轮进行整形与修锐,确保金刚石砂轮良好的磨削性能,然后选取三种磨削方向进行常温干式和低温冷风的对比试验,分别为平行、横向90°、纵向90°三个方向。其中:平行为平行于纤维长度方向;横向90°为在平行于纤维长度方向平面内并垂直于纤维方向;纵向90°为垂直于纤维长度方向。室内环境温度为25℃,具体磨削试验参数如表2所示。磨削后表面的粗糙度值以Ra作为评价指标,取样长度0.25mm,测量长度1.25mm,每个样本沿垂直磨削加工的方向测量5次后取平均值。

2 试验结果及分析

2.1 磨削力的影响分析

图3是不同磨削深度下,在常温干式、平行磨削、vw=1.8m/min时的法向力实测波动曲线图。从图中可知,磨削力在平稳阶段仍有一定的波动,这与工件材料、砂轮的径向跳动等因素有关,为便于分析,取曲线平稳波动时间内的平均值作为该磨削条件下的磨削力。

图4和图5分别为法向力和切向力随磨削深度、工件速度、磨削方向以及磨削方式的变化曲线。由图可知,法向和切向磨削力均随着磨削深度和工件速度的增大而增大。对比分析图4和图5可知,横向90°磨削的磨削力最小,纵向90°磨削的磨削力最大,如低温冷风条件下,工件速度为6m/min、磨削深度为200μm时,平行、横向90°、纵向90°的法向磨削力分别为22N、18N、26N。

1.vw=1.8m/min,常温干式2.vw=1.8m/min,低温冷风3.vw=3m/min,常温干式4.vw=3m/min,低温冷风5.vw=6m/min,常温干式6.vw=6m/min,低温冷风

这与不同磨削方向下CFRP的去除机理有关,如图6所示。当磨削方向与纤维方向平行时,由图6a可知,被切削材料首先发生层间分离,进而被掀起,材料沿着纤维-基体交界面发生开口破裂,而纤维-基体的黏结强度远低于纤维本身的强度,部分纤维的断裂去除有助于减小磨削力。当磨削方向为纵向90°时,如图6c所示,碳纤维主要是通过磨粒的微量切削去除,由于碳纤维强度大,磨粒微切削过程中所消耗的能量多,导致宏观的磨削力相对较大。当磨削方向为横向90°时,如图6b所示,由于磨粒在微切削碳纤维的同时,还会通过剪断碳纤维导致部分剪断的碳纤维从表层剥落,磨削过程中碳纤维的断裂与剥落有助于降低能量消耗,从而有助于减小宏观磨削力。另外,由图4和图5可知,低温冷风比常温干式的磨削力要大,这是因为低温下碳纤维复合材料的界面结合强度增大,材料的层间剪切强度增大,而在常温干式磨削方式下,相对较高的磨削温度将降低结合剂对碳纤维的把持强度,从而减小磨削力。

1.vw=1.8m/min,常温干式2.vw=1.8m/min,低温冷风3.vw=3m/min,常温干式4.vw=3m/min,低温冷风5.vw=6m/min,常温干式6.vw=6m/min,低温冷风

2.2 表面粗糙度的影响分析

图7为低温冷风平行纤维磨削方式下,磨削深度为5μm和200μm时,试件表面粗糙度测量曲线图。横坐标代表测量的长度值,纵坐标代表测量的表面轮廓高度值。图7a、图7b的曲线有明显的区别,且Ra值分别为0.976μm、1.497μm。

图8为试件磨削后表面粗糙度随磨削深度、工件速度、磨削方向以及磨削方式的变化柱状图。从图中可以看出,表面粗糙度随磨削深度的增大而增大,与工件速度成正比关系,这与前文磨削力的分析结果相一致。在两种磨削方式下,均有纵向90°磨削比其他两种磨削方向的表面粗糙度要小,该结论与文献[10]中的结果是吻合的。平行纤维磨削的粗糙度最大,结合磨削力的机理分析可知,沿着纤维方向主要发生纤维-基体的层间分离以及大量纤维的拔出,从而造成表面粗糙度相对较大。

从图8中可以看出,在三种磨削方向下,低温冷风的表面粗糙度均较常温干式要小。这是因为低温冷风能有效降低磨削区域的温度,复合材料中树脂基体的脆性增加,表现出弹性模量增大,碳纤维复合材料主要是通过磨粒的切削作用去除,材料在磨粒剪切与挤压作用下发生局部塑性变形的程度相对较小,从而使表面粗糙度相对较小;而在常温干式磨削条件下,磨削温度相对较高,会引起局部材料的软化,在磨粒的剪切与挤压作用下,会引起材料的局部流动与塑性变形,因此,常温干式磨削的表面粗糙度值较大。

2.3 表面形貌分析

图9为横向90°磨削后表面显微形貌与超景深显微3D照片。观察可知,图9a中有大量裸露断续的纤维,表面出现明显的凹坑以及被剪切破损的纤维,平整度较低。这是由于碳纤维强度高[13],树脂基体强度低,在相同磨削力下,表面发生树脂脱落和纤维的拔出,磨削温度升高导致树脂软化,磨粒的挤压与剪切作用导致材料局部流动与塑性变形,由于砂轮表面磨粒突出高度不一致,径向突出高度大的磨粒导致表面形成凹坑,致使表面质量降低。相比而言,图9b的表面出现少量断续的纤维,表面平整度好,这说明低温冷风磨削能有效改善碳纤维复合材料工件的表面质量,这与表面粗糙度分析结果是一致的。

(ap=50μm,vw=6m/min,图中箭头方向为磨削方向)

图10为不同磨削条件下碳纤维复合材料的显微形貌。图10a、图10b为平行纤维磨削的表面形貌,可以看出图10a纤维成段断裂后残留在表面,呈现不规则的分层断裂,纤维裸露明显。而图10b表面纤维破损小,未见明显的不规则层次断裂,周围被树脂包裹较好,粗糙度较小,表面质量较好。这是因为碳纤维在低温下可以获得较好的界面黏结强度[14],在外力作用下可以使载荷在复合材料内部实现均匀分布,从而有效减少破损,提高了表面质量。图10c、图10d为横向90°纤维磨削的表面形貌,从图中观察可知,图10c、图10d表面的纤维裸露相对图10a明显减少,这是因为横向90°磨削时的磨削力量小,磨削过程中有部分碳纤维被磨粒剪断后通过剥落方式去除,磨削温度低,表面损伤小。图10e、图10f所示为纵向90°纤维磨削的表面形貌,可以看出图10e有少量的凹坑及犁沟,并存在少量短纤维的拔出现象(如虚线箭头所示);而图10f的纤维断口平整,表面平整,树脂和纤维紧密包裹在一起,表面质量较前面两种磨削方向要好。纤维在纵向90°磨削方式下,碳纤维的去除主要通过磨粒的微切削方式去除[15],因此磨削的表面质量较其他两种方向要好。

(ap=200μm,vw=6m/min,图中箭头方向为磨削方向)

2.4 亚表面的损伤分析

图11是在两种磨削方式下,平行纤维方向磨削后的亚表面显微形貌图。对比分析可知,图11b的损伤程度要高于图11a,这同低温冷风与常温干式磨削下的磨削力、表面形貌分析结果是相吻合的。

图12、图13分别为纵向90°和横向90°磨削的亚表面超景深图。图12b圆圈标记为裂纹,而图12a表面损伤小,说明损伤程度与磨削深度成正比。图13b的表面出现凹坑,有明显的毛刺等缺陷,而图13a的表面破损程度低,表明损伤程度随着工件速度的增大而增大。这是因为在横向90°磨削方式下,随着工件速度的增大,单磨粒的最大未变形切削层厚度增大,部分碳纤维在磨粒的剪切与挤压作用下从表层剥落,材料剥落时会引起根部的撕裂,从而形成图13所示的毛刺,工件速度越大,毛刺越明显。

(ap=100μm,vw=6m/min)

(常温干式,vw=6m/min)

(常温干式,ap=100μm)

3 结论

(1)当砂轮转速一定时,磨削力随磨削深度和工件速度的增大而增大;在相同磨削参数下,低温冷风下的磨削力较常温干式有所增大;在三种磨削方向中,横向90°磨削方式的磨削力最小,纵向90°磨削方式的磨削力最大。

(2)表面粗糙度随磨削深度的增大而增大,与工件速度成正比关系;三种不同磨削方向中,纵向90°磨削的表面粗糙度最小;另外,低温冷风磨削的表面粗糙度较常温干式磨削要小。

低温纤维素酶 第2篇

关键词：低温环境,纤维,沥青混凝土,施工技术

低温环境是指由于环境和地理位置的影响, 个别地区冬季时间长且气温较低, 夏季时间短, 昼夜温差较大, 这些因素都会造成沥青铺设的抗弯拉强度较低问题, 导致沥青路面出现裂缝和龟裂现象。

沥青混合料是一种感温性很强的材料, 当温度下降到一定程度时, 难以保证沥青路面的压实度, 从而影响道路建设的质量。但是很多沥青路面施工工程由于客观因素无法在温度适宜的环境进行, 也就是不得不在低温环境下进行沥青混凝土的施工。这就要求我们要加大新材料的研究力度, 并对传统的技术进行改进。自1980年以来, 西方国家对纤维用于沥青路面建设的研究从未中断, 其中最为著名的是美国公司生产的纤维———博尼维。目前我国许多道路施工建设都采用博尼维, 并且得到了较好的应用效果。

1 施工前质量控制与配合比设计

1.1 搅拌设备

首先, 施工单位的拌合设备能够保证在生产过程中供给及时, 不会出现铺设中断的情况。相关配套设施齐全, 能够分析数据, 对生产量进行核定, 并且配有相关的除尘设备和沥青加热设备等。拌合场距施工现场的距离较短, 能够有效的保证沥青混凝土的温度流失情况在10℃以下。

1.2 材料

材料质量的控制是非常重要的一个环节, 其中施工材料主要包括沥青、集料、填料和博尼维。

首先在对沥青的选择上必须采用合格的材料。由于最近几年全球气温提升, 在对材料的选择上应该注意沥青标号的变化, 此外还应当注意透层油与粘层油中的乳化沥青与沥青混凝土中的相一致。多数工程采用的都是石油沥青90″, 下图是90″的各项指标。

其次是对集料的选择, 粗集料的选用一般采用石灰岩碎石, 并且采用反击式破碎技术对其进行加工, 使其颗粒性状近似立方体, 表面粗糙, 具有高强度和耐磨度, 其各项指标均能满足设计及规范要求。粗集料技术指标如下图所示。

此外, 细集料的选择可选用天然砂和机制砂。天然砂和机制砂各有各的优势和弊端, 需要我们根据施工环境的要求进行选择。

然后是填料, 主要起到吸附沥青的作用, 可以采用石灰粉和水泥等材料。增加矿粉能够有效的提高沥青混凝土的高温性能, 并降低自由沥青的使用数量。矿粉的使用也有一定的标准, 主要应采用干净、干燥的, 并且对用量也有相关的要求, 尽量保证在矿料总量的2%以下。

最后是博尼维的使用, 博尼维的材料是聚酯纤维, 其原材料是从石油中提炼而来, 并且添加特种材料, 经过“旋转———融化”的制造工艺加工而成, 是由美国研发生产。博尼维具有良好的抗低温效果, 能够在零下40℃到250℃内保证不发生形变。与沥青混凝土相比, 博尼维具有极强的吸附作用, 当1吨沥青混凝土中混有2.25㎏的博尼维时将会有超过18亿根的纤维均匀的分布在沥青混凝土中, 最大程度的提高了沥青混凝土的内聚力, 提高了道路的使用寿命。

1.3 纤维沥青混凝土的配合比

纤维沥青混凝土配合比的确定至关重要, 在配合比的设计阶段应对材料进行取样和分析, 明确各热料仓的材料配比。同时应根据测试数据对冷料仓的材料配比进行及时的调整, 使供料平衡。

2 施工技术

2.1 纤维沥青混凝土的拌制

2.1.1 纤维的添加

纤维沥青混凝土的制作工艺主要是在沥青混凝土的搅拌过程中添加纤维, 在添加纤维的过程中需要两名以上的员工在热仓口人工添加。首先, 按照拌合混合料的数量, 准确的称量纤维的使用量。在集料干拌开始投入适量的纤维, 干拌30s, 并在湿拌开始前, 投放完毕, 以保证纤维能够均匀的混合在沥青中。

2.1.2 拌合温度

加入博尼维纤维之后, 沥青混凝土材料会出现温度流失加快的现象, 为了能够保障施工温度, 需要对拌合温度进行控制, 在拌合时, 沥青混凝土的温度应当控制在160到170℃之间, 出厂温度也应当控制在这一温度之间, 当沥青混凝土的温度超过正常温度30℃时, 应当废弃。

每辆料车在出厂时都应当对温度进行检测, 可以将温度计直接插入料车中, 如此反复多次, 使料车温度始终控制在160℃到175℃之间, 并对温度进行调整。但是, 不能对温度进行大幅度的调整, 会造成材料温度的稳定性降低, 在调节温度时应当小幅度的调整, 并且, 并不能仅在刚开始混合时测量温度, 在拌合过程中也要对温度加以控制。

2.2 纤维沥青混凝土的运输

2.2.1 装料

在装料过程中, 经常会出现沥青混凝土粗细颗粒分离的现象, 为减少这种情况的发生, 通常采用缩短出料口与运输车辆之间的距离, 并且, 每装一斗料, 车辆都要移动一次位置。

2.2.2 运输车辆的清洁

运输车辆的车厢应当经常清洗, 时刻保持车厢内的清洁, 严禁有其他泥沙或者残留物残留在车厢中, 为避免沥青混凝土与车厢粘连, 可以在车厢中均匀的涂抹一定比例的食用油与洗涤剂混合液。

2.2.3 运输

运输车辆在运料的途中应尽量匀速行驶, 避免突然刹车和加速, 车辆的行驶路线要按照事前的计划, 不能随意停留和修改路线, 在沥青混凝土卸料之后要对车厢进行及时的清理, 防止残料在车厢内硬结。

2.3 沥青混合料的摊铺

低温条件对沥青混凝土的摊铺要求较高, 需要高温度和高粘度的混合料。由于铺断面较宽, 在摊铺的过程中必然会出现沥青混合料的离析问题, 因此在施工的过程中可以采用两台摊铺机前后交错使用的方法, 同时还要注意路面的碾压技术。

低温环境, 且摊铺的厚度较薄的情况下, 应当对混合料的温度进行控制, 具体的施工温度应当根据现场的施工环境进行调整。在摊铺的过程中, 应当保证工作的连续性, 对摊铺速度进行及时的调整, 不能够随意的在摊铺过程中停顿。

2.4 沥青纤维混合料的压实

2.4.1 在进行碾压工作时要分清主次

首先要进行轻碾, 然后再进行重碾, 而且对于碾压的方向也有所要求, 要由外向内碾压, 而且其碾压速度要和摊铺机的速度相协调, 这样才能保证碾压的工作量。相邻碾压的距离一般都在1/3轮宽以上, 1/2轮宽以下, 压路机的转向幅度不宜过大, 只能在35度角以内。经过初次碾压的路面不能出现推移、开裂等现象, 这不仅影响美观, 更降低了道路质量。而且, 经过复压的路面必须平整, 避免出现轮痕。最终碾压完成后, 路面必须是完整的, 而且平滑, 甚至连路面的颜色都要求均匀一致。与此同时, 道路施工还应处理好粘轮与水隔离的关系, 为防止出现粘轮现象, 可以适时的在胶轮上人工涂抹隔离剂, 但是这一环节禁止柴油的使用。值得注意的是, 在低温环境下要减少水的用量, 避免出现急剧降温的现象。

2.4.2 碾压时还应注意将驱动轮面向摊铺机

在碾压过程中不宜出现机械设备突然变向的情况, 这样会减少因方向改变而产生的路面推移。压路机在启动以及停止的时候都要缓慢进行, 行动不宜太快, 尤其要注意的是避免在已完成或正在碾压的道路上进行急刹车, 这样就会提高路面的完工率。另外, 在混合料接缝处要实行横缝横压, 冷热搭接处也是如此。

2.4.3 碾压的长度要适当

碾压路程太短不易于出效果, 相反, 则容易出现温差大幅度变化, 这样就造成路面的不平整, 由此看来, 碾压长度必须控制在一定的范围内, 一般是30~50m。

3 结束语

综上所述, 沥青混凝土路面在温度较低的条件下, 是可以通过对施工技术进行有效改善, 降低质量隐患。在经过长时间的使用考察之后并未发现明显的裂缝、坑槽和滑移现象, 各种现象表明纤维沥青混凝土对路面的稳定性发挥着积极的作用。

参考文献

[1]农晶莹, 王养莉, 迟新国.低温环境纤维沥青混凝土的施工技术探讨[J].筑路机械与施工机械化, 2009 (02) .

低温纤维素酶 第3篇

冬季的沥青路面因为气温的降低刚性增大, 因而弹性松弛力下降。沥青路面在温度降低时会产生一定的收缩现象而产生收缩应力, 若是温度骤降, 路面在短时间内随气温降低而产生的收缩应力过大, 内层来不及得到对应力的松弛和释放, 导致收缩应力值超过了路面的混合料所能够承受的范围时, 沥青路面的表层就会产生断裂现象, 这就是路面会出现横向的裂缝的原因。那么由此可见, 低温状态下沥青混合料的韧性是决定路面开裂与否的关键。

路面裂缝的主要危害就是会使水分从裂缝进入路基, 值得基层结构软化, 从而降低了路面的承载力, 加速破坏路面结构。对于早期开裂, 只会使局部的路面使用使用性降低。但是任其发展下去就会造成全面的结构性破坏, 路面的使用年限就随之降低。

2试验

就目前的科技水平以及实验的有效性上来说, 对沥青混合料进行低温开裂实验的方法主要是蠕变实验、直接或间接拉伸试验以及温度应力实验和切口小梁试件弯曲的实验等等。在我国, 评价沥青混合料的低温指标是进入稳定期的弯曲蠕变实验应变的增长速率, 这种速率越大则证明混合料的抗裂性越好。并且, 这种弯曲蠕变实验的实验成本较低且实验简便。本文就是通过蠕变实验得到的数据对沥青混合材料在低温状态下的抗裂性进行了评价和研究。

本文采用AC 16-I级配, 四种不同纤维用量制备的沥青混合料试件进行了低温弯曲蠕变试验和小梁弯曲试验。低温弯曲蠕变试验和小梁弯曲试验按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTJ052-2000) 进行, 测定热拌沥青混合料试件在规定温度和加载应力水平条件下弯曲蠕变的应变速率和破坏应变, 以评价沥青混合料的应变性能。交通部“八五”国家科技攻关项目提出的评价沥青混合料低温抗裂性能的指标, 要求在0℃, 1MPa应力条件下进行弯曲蠕变试验, 并以应变速率作为评价指标。在低温使用期, 混合料的应变速率越大, 或者蠕变柔量越大, 表示混合料的低温柔性越好, 越不容易开裂。小梁弯曲试验温度在-10℃进行, 采用中央集中荷载的加载方式。测定荷载与跨中挠度曲线, 求取应力、应变和劲度模量。试验结果如表1-1, 图1-1, 表1-2, 图1-2, 图1-3, 图1-4。

从试验结果可以看出以下几点:

(1) 同纤维用量的沥青混合料在0℃时抗弯拉强度和破坏应变比-10℃的大。

(2) 加入纤维后, 沥青混合料在0℃时弯曲蠕变速率均有明显的提高, 这说明纤维对于沥青混合料的低温抗裂性能有明显的改善作用。

(3) 纤维沥青混合料的在-10℃低温抗弯拉强度和破坏时的弯拉应变均随着纤维含量的增加而提高。这是和纤维的加入一方面提高混合料的最佳沥青用量, 一方面对混合料起到了加筋作用是密切相关的。

由以上的分析结果, 可以得出以下结论:

(1) 凌柱体的小梁在沥青混合料里的弯曲破坏方向大多是向着颗粒间隙所出现的拉裂性质的破坏, 而在裂缝的扩大过程中, 当出现大颗粒材料时又有可能出现剪切和挤压力, 这样就造成了压剪性质的破坏, 因此, 沥青界面的强度在低温下对路面的抗裂性中很重要。加入了纤维的沥青由于性能上的改变使得低温下的劲度增加, 矿料和沥青的界面强度随之加强, 从而提高了整体的混合料强度。

(2) 沥青用量的增加, 粘稠度的提高和劲度的加强这些多事加入纤维的好处, 除此之外, 由于纤维本身的加筋特质, 也会或多或少的对裂缝的形成产生阻碍, 所以, 加入了纤维的混合料相对比其他的混合料在破坏应变上都要更胜一筹。

(3) 纤维加入混合料后使空隙率也略有增加。沥青用量增大使混合料柔性增大, 而且纤维的混杂加强作用下对应力具有一定的分散和扩散作用, 因此纤维混合料的蠕变速率比普通混合料的要大。通过加入纤维可以大大改善混合材料的低温性能。

摘要：冬季的沥青路面因为气温的降低刚性增大, 因而弹性松弛力下降。公路施工建设纵坡段中使用加入聚酯纤维的沥青混凝土, 以提高混合料低温性能。本文通过对混合料的应用实际情况的分析, 对此进行了粗浅的讨论。

关键词：沥青路面,聚酯纤维,低温性能,纵坡路段

参考文献

[1]JTJ052-2000, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

低温纤维素酶 第4篇

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

漂后蔗渣浆为原料制成的羧甲基纤维素;丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸钾、甲醇, 均为分析纯;氮气, 纯度为99.2%。

HPD次大气辉光放电低温等离子体系统, 南京苏曼电子有限公司;数显真空干燥箱 (876 A-I型) ;电子分析天平 (FC204型) ;电热恒温水浴锅 (HHS型) ;傅立叶转换红外线光谱仪 (Perkin Elmer BX 95038) , 美国铂金艾尔默股份有限公司;射线衍射仪 (Ricoh D/MAX-2500X) , 日本理光集团;扫描电镜 (Hitachi S-3400N) , 日本日立集团;综合热分析仪 (STA409PC) , 德国耐驰公司。

1.2 吸液倍率的测定[8]

准确称取一定质量 (m1, g) 的烘干至恒重的高吸液性树脂, 加入到足量的液体 (生理盐水、稳定性二氧化氯溶液) 中, 静置24h后用100目 (0.149mm) 的尼龙布滤去液体, 将吸液凝胶置于滤纸上5min, 吸取表面水分, 称量吸液后树脂的质量 (m2, g) 。用式 (1) 计算树脂的吸液倍率:

式 (1) 中, Q:吸液倍率, g/g;m1:干样品质量, g;m2:吸液过滤后产物总质量, g。

2 结果与讨论

2.1 低温等离子体处理条件对吸液倍率的影响

固定接枝反应阶段的工艺条件, 即当丙烯酸用量m (CMC) ∶m (AA) =1∶9, 引发剂m (K2S2O8) ∶m (CMC) =1∶4, 中和度40%时, 考察等离子体在不同的放电功率、处理时间和真空度的条件下对树脂吸液倍率影响。

2.1.1 低温等离子体放电功率的影响

当等离子体真空度为500Pa, 处理时间为90s时, 考察不同的放电功率对树脂吸液倍率的影响。

由图1所示, 功率达到250W时, 吸液能力达到最大值, 功率继续升高吸液能力反而下降。因为在真空度一定的条件下, 等离子体腔内气体的粒子数量相对稳定, 放电功率的增加使激发活性粒子的能量增多, 高能活性粒子撞击形成的自由基也增多。但是当放电功率较大时, 高能粒子之间的碰撞会加剧, 使活化粒子的能量和数量降低, 也会使高能粒子与纤维之间的碰撞会加剧, 导致纤维表面过度的氧化、交联刻蚀以及表层非晶区严重的破坏, 所以选择放电功率为250W。

2.1.2 低温等离子体处理时间的影响

当等离子放电功率为250W, 真空度是500Pa, 考察不同的处理时间对树脂吸液倍率的影响。

由图2所示, 当处理时间为90s时, 吸液能力达到最大, 处理时间继续延长时, 吸液能力反而下降。这是因为在一定功率的条件下, 随着处理时间的延长, 产生的自由基数目增多, 当自由基密度到达最大值时, 此后的自由基密度不会再有明显的增加, 但不意味着没有新的自由基的产生, 自由基处于一种动态平衡状态[9], 而随着处理时间的延长, 纤维素表面交联反应程度会加深。所以选择时间为90s。

2.1.3 低温等离子体真空度的影响

当低温等离子放电功率为250W, 处理时间为90s时, 考察不同的真空度对树脂吸液倍率的影响。

由图3所示, 当真空度为300Pa, 吸液能力达到最大, 真空度继续增大, 吸液倍率反而下降。体系真空度很低时, 气体密度较小, 电子的相对自由度很大, 碰撞几率较小, 可用于激发的离子数目也很少, 自由基数目也少, 但如果真空度过大的话, 气体密度太高, 导致粒子之间的碰撞加剧, 使其自身能量损耗, 也不利于接枝反应。因此真空度300Pa为宜。

2.2 接枝工艺条件对吸液倍率的影响

当等离子体放电功率为250W, 处理时间为90s, 真空度为300Pa时, 考察经过等离子体处理后接枝反应阶段的引发剂、丙烯酸用量以及中和度对高吸液性树脂吸液倍率的影响。

2.2.1 丙烯酸用量的影响

当引发剂m (K2S2O8) ∶m (CMC) =1∶4, 中和度40%时, 考察丙烯酸用量对树脂吸液倍率的影响。

由图4所示, 当m (CMC) ∶m (AA) =1∶9时, 产物的吸液能力达到最大值, 但随着m (AA) /m (CMC) 的进一步增大, 产物的吸液能力却开始急剧下降, 这是因为当单体的比例较小时, 不能及时为反应提供所需的单体, 所以丙烯酸用量的增多会使CMC上的活性自由基有足够的单体可以进行反应, 接枝反应更加充分, 当丙烯酸与羧甲基纤维素的比例超过一定程度时, 生成单体的自由基增加, 单体丙烯酸的均聚反应占主导地位, 而且当反应进行到一定阶段, 树脂的三维网络形成, 单体自由基被初期形成的网络所包围, 流动性减弱, 自由基相互碰撞的几率减小, 都不利于接枝反应。m (AA) /m (CMC) 最佳值为1∶9。

2.2.2 过硫酸钾用量的影响

当丙烯酸用量m (CMC) ∶m (AA) =1∶9, 中和度40%时, 考察过硫酸钾用量对树脂吸液倍率的影响。

由图5所示, 当m (K2S2O8) ∶m (CMC) =7∶20, 产物的吸液能力最大, 这是因为当引发剂用量较少时, 使反应体系中在羧甲基纤维素上形成的活性自由基较少, 接枝反应不完全, 随着引发剂用量的增多, 引发剂引发CMC产生的自由基的数目增多, 产物的吸液能力也随之增加, 但当引发剂用量达到一定程度时, 单体与引发剂作用的机会增大, 过硫酸钾是纤维素接枝共聚反应和单体丙烯酸的引发剂, 会使生成单体的自由基和单体均聚的几率增加, 若引发剂用量过大, 反应速度会很快, 体系的黏度上升也很快, 极易引起爬杆现象 (也叫威森伯格效应[10,11]) 。因此引发剂与CMC最佳质量比为7∶20。

2.2.3 中和度的影响

当丙烯酸用量m (CMC) ∶m (AA) =1∶9, 引发剂m (K2S2O8) ∶m (CMC) =7∶20, 考察中和度对树脂吸液倍率的影响。

由图6所示, 当中和度为40%时, 产物的吸液能力最大, 中和度继续增加, 吸液能力却迅速下降, 直至树脂全部溶于水。因为中和度较低的时反应体系为酸性, 丙烯酸单体反应活性大, 反应速率快, 易引起爆聚, 聚合物分子链上的-COOH基电离程度低, 高分子网络结构在水中出于收缩状态, 产生的渗透压和亲和力均小, 故吸液率小[12]。随着中和度的提高, 放慢了反应速率, 且增加了亲水性-COONa基团数目, 由于-COO-基的排斥作用, 分子链伸直, 网络膨胀, 使亲和力增强, 渗透压增大, 因而吸液倍率增加。但当中和度过高会使丙烯酸活性太低不利于聚合。

2.3 高吸液性树脂结构表征

2.3.1 红外光谱分析

取少量羧甲基纤维素和高吸液性树脂 (需在恒温烘箱中烘干) , 可将羧甲基纤维素直接放入样品池中测定, 高吸液性树脂采用溴化钾压片法。

实验结果如图7、图8所示, 两图相比在1699cm-1附近出现了新的峰, 是羰基的伸缩振动吸收峰, 既不是丙烯酸的吸收峰, 又不是羧基的吸收峰, 而是二者相互影响的结果。表明丙烯酸已经接枝到了羧甲基纤维素上了。在图8中, 1555.05cm-1和1539.88cm-1分别是聚丙烯酸钠盐中-COONa的羰基不对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰, 说明产物是CMC与AA接枝共聚形成的。

2.3.2 X-射线衍射 (XRD) 分析

把漂白后的蔗渣浆原料、醚化后制得的羧甲基纤维素以及再进行接枝反应后制得的高吸液性树脂, 分别磨成粉末后用X-射线衍射仪进行测试。

如图9所示, 蔗渣纤维素制得羧甲基纤维素的X-射线衍射图与蔗渣纸浆纤维相比, CMC在衍射角16°的宽峰和衍射角22°的尖峰基本消失, 而在衍射角20°出现一宽峰, 峰相对强度较小, 这表明由于醚化反应使样品的结晶度降低了。因为羧甲基的引入后, 纤维素的空间位阻效应变化, 使羧甲基纤维素的规整度降低, 产生了更多的非晶区, 所以样品的结晶度降低。但还是有一个较宽的吸收峰, 表明CMC的晶体区并没有完全破坏。而SAP的X-射线衍射图与BP和CMC相比, 所有的峰均消失, 说明树脂已经不具有规整的结晶结构, 基本上是无定形的。

(1.蔗渣浆;2.羧甲基纤维素;3.高吸液树脂)

2.3.3差示扫描量热 (DSC) 试验

蔗渣浆羧甲基纤维素、吸液后的树脂的DSC图分别见图10、图11。图10, CMC在60℃左右有1个宽的吸收峰, 为水的蒸发吸热峰;60~300℃之间曲线持续上走, 说明蔗渣浆在不断的分解放热;在350℃出现另一小的吸热峰, 可能是由CMC中纤维素的高温分解反应而吸热引起的;此后CMC在高温条件下不断分解放热, 导致DSC曲线继续上走。图11, 吸液的SAP在50~150℃出现1个很大的吸热峰, 为树脂中水的蒸发吸热峰。温度在400℃之前未出现其他峰, 说明树脂热稳定性较好。图谱对比说明丙烯酸已接枝在蔗渣浆羧甲基纤维素上, 丙烯酸在蔗渣浆羧甲基纤维素上的接枝使共聚物的分子结构发生了改变, 其热性能也相应提高。

3 结论

(1) 以漂后蔗渣浆为原料制成的羧甲基纤维素, 用低温等离子体处理后接枝丙烯酸制备高吸液性树脂反应的最佳工艺条件为:等离子体放电功率为250W, 处理时间为90s, 真空度为300Pa, m (CMC) ∶m (AA) =1∶9, 引发剂m (K2S2O8) ∶m (CMC) =7∶20, 中和度40%时, 产物的最大吸液能力为:吸盐水倍率为38.5g/g, 吸稳定性二氧化氯溶液倍率为27.2g/g。

(2) 通过对羧甲基纤维素与高吸液性树脂的红外光谱对比分析可知, 1699cm-1附近出现了新的吸收峰, 1555.05cm-1和1539.88cm-1分别是聚丙烯酸钠盐中-COONa的羰基不对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰, 说明产物是CMC与AA接枝共聚形成的。

(3) X-射线衍射仪测试分析表明, 蔗渣浆在衍射角16°的宽峰和衍射角22°有两处尖峰, 羧甲基纤维素在衍射角20°出现一宽峰, 峰相对强度较小, 这是由于醚化反应使样品的结晶度降低了。而高吸液性树脂的X-射线衍射图与蔗渣浆和羧甲基纤维素相比, 所有的峰均消失, 可见丙烯酸已经接枝到羧甲基纤维素上。

(4) 差示扫描量热试验说明丙烯酸已接枝到蔗渣浆羧甲基纤维素上, 使得分子结构发生了改变, 其热性能也相应提高。

参考文献

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