摘　要：采用重交70^#沥青、聚丙二醇、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、芳香族酸酐和二聚脂肪酸酐(5个因素)及E－51环氧树脂制得环氧沥青材料。设计了五因素四水平正交实验，以拉伸强度和断裂伸长率为主要考核指标，研究了沥青、活性增容剂、固化剂等主要因素对环氧沥青材料力学性能的影响，并优化出佳配方：10.0 g E－51双酚A环氧树脂，52.0 g重交70^#沥青，1.5 g芳香族酸酐，8.0 g二聚脂肪酸酐，2.0 g脂肪族缩水甘油醚环氧树脂及0.5 g聚丙二醇，材料断裂伸长率可达231.65％，拉伸强度2.14 MPa。
关键词：环氧树脂；沥青；聚丙二醇；脂肪族缩水甘油醚环氧树脂；芳香族酸酐；二聚脂肪酸酐；拉伸强度；断裂伸长率

0　引　言

　　沥青因良好的矿物附着力和粘弹性而被广泛应用于道路铺设，但较差的高低温性能导致其极易破坏而影响其使用性能。因此，对沥青进行改性来满足不同场合和环境的使用需要势在必行。
　　用环氧树脂来改性沥青是目前研究的热点之一。环氧树脂改性时，加入沥青中的环氧树脂与固化剂发生固化反应后形成网状结构固化物；而沥青分子将分散于这一环氧树脂的网状结构中，形成不可逆的固化物，从而赋予沥青优良的物理和力学性能。这种改性所得到的环氧沥青材料从根本上改变了沥青的热塑性性质，其新的性能使环氧沥青在路面铺装的工程中有着十分优异的特性：强度高、刚度大、韧性好；优良的抗疲劳性能；层问结合能力；良好的温度稳定性和耐腐蚀性。它是钢桥面铺装、路面磨耗层、超重载交通道路的理想筑路材料，具有广泛的应用前景。
　　国外上世纪60年代就开始研究环氧树脂改性石油沥青，经长时间发展，现已相当成熟。我国的一些科研机构在20世纪90年代开始对环氧沥青的配制方法和机理进行研究，现已取得一定成绩。然而，现阶段国产环氧沥青中仍存在制备工艺复杂、环氧树脂比例高、成本大、组分间相容性不好等问题。
　　本文通过正交实验法对环氧沥青配方的各组分进行优选，确定其配方。此配方解决了环氧沥青各组分相容性问题，降低了环氧树脂用量，节约了成本，且环氧沥青制备工艺简单。

1　实　验

1.1　主要实验材料
　　环氧树脂：E－51环氧树脂；沥青：重交70^#沥青；固化剂：芳香族酸酐(甲基四氢邻苯二甲酸酐)，武汉瑞基化工有限公司；二聚脂肪酸酐(桐油酸酐)，扬州广润化工有限公司；增容剂：脂肪族缩水甘油醚环氧树脂(1，4－丁二醇二缩水甘油醚)，武汉远城科技发展有限公司狮子山化工涂料厂；增韧剂：聚丙二醇PPG，分子质量4000，江苏省海安石油化工厂。
1.2　制备方法
　　取一定质量的重交70^#沥青于反应器中加热至120℃搅拌均匀，依次加入PPG、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、芳香族酸酐和二聚脂肪酸酐，120℃下搅拌30 min后，再加入适量的E－51环氧树脂，在120℃保温下继续搅拌20 min，随后转移至恒温箱中120℃下固化4 h即成环氧沥青材料。

2　结果与讨论

2.1　环氧沥青正交优化
　　优化实验采用五因素四水平L₁₆(4⁵)正交设计，正交实验的因素及水平见表1，实验方案及结果见表2。

　　从表2可知：因素A对拉伸强度的影响高于对断裂伸长率的影响，故因素A取水平A₂，同理因素C取水平C₂。对于因素B，水平由B₃变为B₂时拉伸强度降低3.9％，伸长率增加0.81％，B₃优于B₂。同理可知因素D，E分别取D₃，E₃。综上所述环氧沥青材料的优组合为A₂B₃C₂D₃E₃，此时环氧树脂的用量以10 g计。
2.2　主要成分用量对环氧沥青材料性能的影响
　　根据表2所示的极差分析来看，重交70^#沥青、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、二聚脂肪酸酐为影响环氧沥青性能的主要因素，为此研究这3种组分用量对环氧沥青性能的影响，在研究某一因素含量变化时，其它成分的含量以正交优化实验结果A₂B₃C₂D₃E₃为基础，并且环氧树脂的用量仍以10 g计。
　　1)重交70^#沥青
　　重交70^#沥青用量对环氧沥青力学性能的影响如图1所示。

　　沥青用量增加，环氧沥青断裂伸长率显著增大，而拉伸强度在沥青用量超过52.0 g时降低。这是因为环氧树脂固化形成立体网状结构成为连续相，沥青作为分散相进入网状结构中，当沥青用量低于52.0 g时，网状结构空隙未被填满，沥青增加使伸长率和拉伸强度同时增大；当沥青用量超过52.0 g，网状结构已经填满，无法填充到网状结构空隙中的沥青有可能形成新的沥青连续相从而导致环氧沥青材料的伸长率增加，拉伸强度则明显下降。
　　2)脂肪族缩水甘油醚环氧树脂
　　脂肪族缩水甘油醚环氧树脂用量对环氧沥青力学性能的影响如图2所示。

　　由图2可知，随着脂肪族缩水甘油醚环氧树脂增容剂用量的增加，环氧沥青材料力学性能显著提高并呈现先增加后降低的情况。这是因为脂肪族缩水甘油醚环氧树脂同时具有脂肪碳链和环氧基团，与环氧树脂和沥青的相容性均较好，起到了增强环氧树脂和沥青相容性的作用。因此在增容剂用量较低时由于相容性的增加使得材料力学性能增大，但当增容剂用量超过一定值后，将消耗固化剂，从而使环氧树脂呈现过量并固化不完全，但增容剂本身粘度极低，这些因素后导致固化后力学性能较差，造成材料整体性能下降。
　　3)二聚脂肪酸酐
　　图3显示了二聚脂肪酸酐用量对环氧沥青材料力学性能的影响。由图3可知，随二聚脂肪酸酐用量的增加，环氧沥青力学性能先升高后降低，当二聚脂肪酸酐用量为8.0 g时所得的环氧沥青材料力学性能佳。这是因为当二聚脂肪酸酐用量小于8.0 g时，环氧树脂未与固化剂完全反应，环氧树脂过量，无法发挥出大性能；而二聚脂肪酸酐用量超过8.0 g时固化剂反而过量，过量的固化剂填充在网状结构中，由于固化剂本身无力学性能，故造成材料整体性能大幅度下降。

2.3　环氧沥青材料的性能
　　按照正交实验优化结果A₂ B₃ C₂ D₃ E₃，取52.0 g重交70#沥青、1.5 g芳香族酸酐、8.0 g二聚脂肪酸酐、2.0 g脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、0.5 g聚丙二醇和10.0 g E－51环氧树脂来制备环氧沥青材料，完全固化后对其性能进行测试，结果如表3所示。从表3可知，正交优化所得到的环氧沥青材料具有优异的综合性能。

3　结　论

　　通过正交优化实验确定了一种环氧沥青材料的配方为：10.0 g E－51双酚A环氧树脂、52.0 g重交70^#沥青、1.5 g芳香族酸酐、8.0 g二聚脂肪酸酐、2.0 g脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、0.5 g聚丙二醇。固化完全后的环氧沥青材料具有优异的综合性能。