路用木质素纤维产品制备质量指标影响关系研究

路用木质素纤维产品制备质量指标影响关系研究 路用木质素纤维产品制备质量指标影响关 系研究 第7卷第2期 2010年4月 现代交通技术 ModernTransportationTechnology VOI.7No.2 Apr.2010 路用木质素纤维产品制备质量指标影响 关系研究 游玉石,曹荣吉,侯永发,王丹 (1.江苏省交通科学研究院股份有限公司,江苏南京2llll7; 2-中国林科院林产化学工业研究所,江苏南京210o42) 摘要:通过对生产路用木质素纤维产品不同原料的纤维结构形态分析,进行了原料纤维结构形态与吸油率的关系 研究.并应用显微镜分析对比了国内夕路用木质素纤维产品之间的纤维配比.同时还针对路用木质素纤维产品质量 指标中的2个关键指标灰分含量与吸油率进行了关系研究,提出了制备路用木质素纤维产品原料控制的指标. 关键词:路用木质素纤维;质量指标;纤维结构形态 中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:1672—9889(2010)02—0001—04 ResearchonQualityIndexofLigninFiberProducinginPavements YouYushP,CaoRongji2,HouYon出2WangDan (1.JiangsuTransportationResearchInstituteCo.,Ltd.,Nanjing211117,China; 2.ChemicalIndustryInstituteofChineseAcademyofForestryProducts,Nanjing210042,C hina) Abstract:Thefiberstructuresofdifferentmaterialsforproducingligninfiberinpavementisa nalyzed.Theresearchof relationshipbetweenstructureformandoil-absorptionratewasdoneforfibermaterials.Thef iberproportionoflignin fiberiscontrastedbymicroscope.Therelationshipoftwokeyindexes,ash-contentandoil— absorptionofligninfiberare researchedandmaterialcontrolindexforproducingligninfiberisproposed. Keywords:ligninfiberforpavement;qualityindex;fiberstructureform 路用木质素纤维是SMA沥青混合料中一种不 可缺少的纤维稳定剂,由于其原料丰富,价格低廉, 是现阶段纤维稳定剂的主流方向,应用较为广泛. 路用木质素纤维应用在SMA沥青混合料中.主要 起到稳定剂与增强剂的作用.其产品自身质量对 SMA沥青混合料的质量影响较大.目前,我国交通 运输部行业《沥青路面用木质素纤维》(JT/ T533--2004)对其质量指标提出了明确要求.在路 用木质素纤维产品生产过程中,如何更好地生产出 符合质量标准要求的产品,寻求与掌握产品质量指 标之间的关系及生产控制指标是关键.本文主要就 此方面进行了分析研究. 1路用木质素纤维产品质量指标与分析 1为我国交通运输部行业标准《沥青路面用 木质素纤维)(JT/T533--2004)对产品的质量指标及 其要求. 表1路用木质素纤维的质量技术指标要求 项目指标值 筛分析:A:冲气筛分析 通过0.15mm筛(70~10)% 方法B:普通筛分析 通过0.85mm筛(85~10)% 通过0.425mm筛(65~10)% 通过0.106mm筛(30?10)% 灰分含量(18?5)%,无挥发物 pH值7.5~1.0 吸油率不小于纤维质量的5.0倍 含水率<5%(以质量计) 各指标分析如下: (I)筛分析主要是用于评价纤维的长度与粒径 分布状况,纤维的长度与料径直接影响着纤维在沥 青中的分布状况,短而细的木质素纤维,将会形成 巨大的表面积,分散到沥青当中,在沥青基体内形 成了纵横交错的纤维空间网络.这些纵横交错的木 作者简介:游玉石(1980一),男,江苏兴化人,师,主要研究方向为路基路面材料. ? 2?现代交通技术2010生 质素纤维所吸附的沥青形成了结构沥青网,增大了 混合料内结构沥青的比例.减少了自由沥青数量, 使纤维沥青胶浆粘性增大,高温时劲度下降幅度减 小.混合料的温度稳定性就会大幅度提高.筛分析 主要通过冲气筛或标准粒径的筛进行测定. (2)灰分含量,纤维的灰分含量是指试验高温 燃烧后,所剩余不挥发物的含量.它是衡量纤维的 一 个重要指标,其中不挥发物主要是杂质,不利于 吸收沥青,从而不能起到稳定的作用.对纤维自身 来讲,应该是被高温燃烧后的纤维才是主要成份, 也才能真正起到稳定的作用. (3)pH值,纤维的pH值主要是考虑了纤维自 身与沥青的结合,因为沥青是酸性物质,要保持较 好的结合力.纤维应呈中,碱性,这样将利于纤维与 沥青更好地结合.纤维的pH值是通过pH酸度计 或pH试纸测定.由于生产纤维的原料为废弃木质 素纤维,所以产品的pH值基本在7左右. (4)吸油率.木质素纤维在SMA混合料中的主 要作用之一就是对沥青的吸持,使沥青混合料在拌 和,运输,摊铺,压实的过程中保持稳定的状态,防 止沥青滴漏现象的发生,因此纤维吸油率是表征其 使用性能的重要指标之一,必须进行纤维的吸油性 试验.吸油率主要是通过纤维用煤油浸泡后,放在 筛上,经振敲后称量. (5)含水率,木质素纤维吸湿性对沥青混合料 性能影响较大,所以在纤维质量标准中要严格控制 纤维的含水率.在生产过程中只有控制好原料的含 水率就完成可以满足此指标要求.含水率主要是通 过木质素纤维经过烘干后的质量比计算而得. 通过路用木质素纤维的质量指标间的特性分 析,可以看出,其中纤维筛分析,灰分含量,吸油率 是路用木质素纤维产品生产控制的主要质量指标, 如何制备出符合质量指标要求的路用木质素纤维, 研究其主要指标之间的关系将成为纤维生产过程 中控制产品质量的主要考虑因素. 2纤维结构形态与吸油率的关系研究 纤维结构形态是表征纤维被切割,分裂,润胀 和细纤维化后的纤维结构形式.由于纤维原料来源 不同定会导致纤维结构形态有很大的差异.同时影 响纤维结构形态的因素繁多.除纤维本身特性外. 还有化学加工方法等等. 吸油率指标是反映纤维对沥青的吸持作用,使 沥青混合料在拌和,运输,摊铺,压实的过程中保持 稳定的状态,防止沥青滴漏现象的发生. 为了分析纤维结构形态对吸油率指标的影响, 在室内进行了不同纤维种类与吸油率的试验.具体 结果见表2. 表2不同纤维原料的吸油率 纤维种类吸油率/倍 棉质纤维 禾本科原料纤维 以木质化学浆为主的纤维 以木质机械浆为主的纤维 1.5-2.5 2.5~3.5 3.5~5.0 4.08.0 通过上表可以发现.以木质机械浆为主的纤维 吸油率最大,其次为以木质化学浆为主的纤维,禾 本科原料纤维与棉质纤维吸油率较低.主要原因是 因为以木质机械浆为主的纤维主要是用阔叶材 (杨,桦,椴)生产居多,而阔叶材纤维结构形态主要 以导管为主,而以木质化学浆为主的纤维主要是用 针叶材生产居多,结构形态主要以管胞为主,因此, 前者吸油率明显高于后者. 为更好地控制纤维的形态结构以满足吸油率 指标的要求,在整个室内制备过程中,根据经验,选 择了K值(.SR)作为衡量纤维结构形态的标准,K 值系打浆度,又称叩解度,以.SR表示之,是测定纤 维结构形态与滤水难易程度的一个指标.它综合反 映了纤维被切割,分裂,润胀和细纤维化的程度.根 据值的大小可以掌握纤维的滤水和吸油速度,同 时可以概括地了解纤维的结构形态和化学性质. 值是控制和衡量木质素纤维质量,特别是吸油率和 筛分析的一个重要指标,可用于表明生产路用木质 素纤维的原料特征. 根据研究成果.在室内又进行了纤维结构形 态(值)和吸油率的相关性分析,结果见图1.从 图1相关性可以看出,纤维形态(值)和吸油率 有着相当高的相关性,随着K值的提高,吸油率几 乎呈直接(正比)增加,在K值为45.sR以上时, 吸油率能满足产品质量标准的要求.遵循二者之 间的相关性,在室内还特地制备了K值为85.sR 的3个样品,经测试,其吸油率为67倍,且筛分 指标均在70%,76%范围内,符合产品的质量标准 要求.所以提出,将值作为控制制备路用木质素 纤维原料的特征,同时建议K值应大于45.sR,这 样将可从源头上保证制备路用木质素纤维的质量 指标要求. 第2期游玉石.等:路用木质素纤维产品制备质量指标影响关系研究'3? 图1纤维形态(K值)和吸油率的相关性 3国内外路用木质素纤维产品结构形态的分析比较 为了进一步分析国内外产品的内在纤维结构 形态,帮助更好地掌握控制原料.以市售产品为试 样,研究分析了纤维结构形态(值,.sR)和纤维种 类配比(化学浆与机械浆比例). 纤维种类配比测定法是基于试样中各种纤维 对染色剂的显色反应及其固有的形态特征而加以 区别并测定其含量的方法.用显微镜测定纤维配 比,首先要把不同类型的纤维加以区别,然后才能 测定其含量.区别不同类型的纤维,主要是根据纤 维形态特征及其对某种染色剂的特有染色反应.检 验结果如图2图7所示. 图2国外某产品1K值87.0.SR,化学浆含量73.97%, 机械浆含量26.03% 图3国外某产品2K值87.5.SR,化学浆含量45.38%, 机械浆含量54.62% 图4国外某产品3值82.5.SR,化学浆含量69.83%, 机械浆含量30.16% 图5国内某产品l值83.5.SR,化学浆含量64.46%, 机械浆含量35.54% 图6国内某产品2K值81.0.SR,化学浆含量72.89%, 机械浆含量27.10% 图7国内某产品3K值87.5.SR,化学浆含量64.5%, 机械浆含量35.5% 从图中可以看出.虽然原料配比各不相同,但 产品的纤维结构形态却是相似的一致(值为 81.0,87.5.SR).也正进一步验证了值可很好地表 征纤维的形态结构及原料特征. 从图中纤维种类配比可知.国外产品1二者比 例为2.8:1,国外产品2为1:1.2,国外产品3为2-3: 1,国内产品质为1.8:1,国内产品2为2.7:1,国内产 品3为1.8:1.由此可知.除国外产品2中机械浆比 例稍大于化学浆比例.其他产品均为化学浆比例大 于机械浆比例.通过比较可以发现,纤维产品的原 料纤维种类配比比例基本相似,纤维种类配比也从 另一个角度反映出了产品的内在特征.因此纤维种 类配比也可以作为制备路用木质素纤维的原料选 择的考虑因素. 根据图2图76种国内外产品纤维种类配比. 进一步分析了纤维原料化学浆与机械浆对K值的 影响关系,具体见图8.从图8两条直线变化趋势可 以看出,化学浆与值呈反比关系.而机械浆却成 正比影响.也就是说在制备路用木质素纤维过程 中,若需增加吸油率应合理地提高机械浆的比例. ? 4?现代交涵技术2010年 KffiyoSR 图8化学浆与机械浆对值的影响关系 4灰分含量与吸油率的关系研究 为了研究灰分含量与吸油率的关系,对灰分含 量与吸油率两者的关系又进行了相关性分析,结果 见图9.从图9可以看出,灰分含量与吸油率两者之 间也具有相当高的相关性,从图中直线变化趋势可 知.随着灰分含量的增加.吸油率成反比下降.分析 其原因一是无机矿物质的吸油率比天然纤维低;在 同一重量下,灰分含量高则纯纤维含量就低,而提 高吸油率的有效成分应该是纤维而并非灰分,因 此,灰分高导致吸油率下降,这充分说明,在进行产 品生产时,要综合考虑选用原料的灰分含量.为了 保证灰分含量与吸油率能同时满足要求,应选用高 灰分含量,低吸油率的废弃木质素原料与高吸油 率,低灰分含量的废弃木质素原料以一定的质量比 例进行混合,就可以制备出符合产品要求的路用木 质素纤维产品.而不需要向国内生产企业额外添加 提高灰分含量的化学物质,如高粘土.另外,根据灰 灰分,% 图9灰分含量与吸油率的关系分析 分含量与吸油率的相关性,提出灰分含量指标可作 为制备路用木质素纤维产品的原料的参考指标,以 便更好地控制原料. 5结论 通过路用木质素纤维产品制备中原料纤维结 构形态与吸油率,灰分含量与吸油率的分析研究, 得出以下结论: (1)原料纤维结构形态(K值)与吸油率的关系 呈正比关系,经研究,提出将值作为控制制备路 用木质素纤维原料的特征,K值应大于45.SR,这 样将可从源头上保证制备路用木质素纤维的质量 指标要求. (2)灰分含量与吸油率呈反比关系,灰分含量的 合理选择是选择路用木质素纤维原料的关键指标. (3)通过国内外路用木质素纤维产品的纤维结 构形态对比分析,发现路用木质素纤维产品的原料 纤维种类配比基本相似,从而说明纤维种类配比也 可从另一个角度来作为制备路用木质素纤维产品 的原料选择考虑的因素. (4)通过原料纤维产品中化学浆与机械浆对纤 维结构形态值的影响关系分析,在制备路用木质 素纤维产品时,若需提高吸油率指标时应合理地提 高机械浆的比例,以便更好地制备出符合质量要求 的路用木质素纤维. 参与文献 [1]JTfr533--2004沥青路面用木质素纤维[s]. [2]曹荣吉,商士斌.路用木质素纤维的研制与应用[R].2007. [3]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通 出版社.2001. [4]沈金安,李福普.SMA路面设计与铺筑[M].北京:人民交 通出版社.2003. [5]yrj052--2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[s]. (收稿日期:2009—09—27)