負(fù)極材料主要包括哪些

據(jù)了解，負(fù)極材料是鋰電池四大關(guān)鍵材料之一（決定鋰電池能量密度主要因素之一，占鋰電池成本約10%-15%），行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手主要集中在中日兩國(guó)（占到全球95%以上份額），雖然高端產(chǎn)品以日立、三菱等為主，但相關(guān)產(chǎn)業(yè)已出現(xiàn)由日本向中國(guó)轉(zhuǎn)移趨勢(shì)。負(fù)極材料主要分為碳負(fù)極和非碳負(fù)極，碳系負(fù)極可分為石墨、硬炭、軟炭負(fù)極等，石墨又可分為人造石墨、天然石墨、中間相炭微球；非碳系負(fù)極包括鈦酸鋰、錫類(lèi)合金負(fù)極、硅類(lèi)合金負(fù)極等。受技術(shù)和成本所限，主流負(fù)極材料以天然石墨與人造石墨為主，人造石墨主要用于大容量車(chē)用動(dòng)力電池和倍率電池以及中高端電子產(chǎn)品鋰離子電池，天然石墨主要用于小型鋰離子電池和一般電子產(chǎn)品鋰離子電池。

負(fù)極材料主要包括活性物質(zhì)（石墨、MCMB、CMS)、粘合劑、溶劑、基體等；古馬隆樹(shù)脂與橡膠相容性能好，可起到軟化、補(bǔ)強(qiáng)、增粘、分散等作用，一般作為溶劑型增粘劑、增塑劑或軟化劑，由于產(chǎn)量比松香穩(wěn)定，價(jià)格比松香低，廣泛應(yīng)用于橡膠、輪胎、三角帶、輸送帶、油漆、油墨、防水、膠管等行業(yè)，或是用于樹(shù)脂改性瀝青；乙烯焦油是乙烯裂解原料在蒸汽裂解過(guò)中原料及產(chǎn)品高溫縮合的產(chǎn)物，屬于易燃危險(xiǎn)品，是有機(jī)化工合成重要原料，有學(xué)者曾在網(wǎng)上公開(kāi)將乙烯焦油提煉成鋰電池包覆專(zhuān)用瀝青的方法——乙烯焦油沉降后加熱到80-120°C，然后進(jìn)行提純并保持減壓閃蒸，即可得到具備高導(dǎo)電性和高隔熱性能的鋰電池包覆專(zhuān)用瀝青，用于制備鋰電池時(shí)可以改變石墨材料外觀結(jié)構(gòu)，改變石墨材料倍率性能，提高石墨材料低溫性能，提高石墨和電解液的兼容性， 降低比表面積等等。

古馬隆樹(shù)脂的分類(lèi)

古馬隆樹(shù)脂分為固體和液體兩大類(lèi)無(wú)論固體的還是液體的都有增塑劑、增粘劑(或粘合促進(jìn)劑、粘著劑)的作用，固體的還可以作為補(bǔ)強(qiáng)劑)，液體的有一定的污染性還可以作為再生橡膠的再生劑。所以冰山雪花用的應(yīng)該是固體的古馬隆樹(shù)脂。推薦閱讀：《硅橡膠膠水的特點(diǎn)|硅橡膠膠粘劑行業(yè)應(yīng)用?》

古馬隆樹(shù)脂優(yōu)點(diǎn)

1. 能顯著提高合成橡膠的粘性，降低硫化后的剝離現(xiàn)象；

2.可以溶解硫磺減小噴霜現(xiàn)象的發(fā)生，降低加工過(guò)程中出現(xiàn)焦燒、存放時(shí)的自硫發(fā)生的幾率；

3.增塑效果良好，提高壓延、壓出的半成品的表面質(zhì)量，使得加工工藝變得容易；

4.與重油或高芳烴油并用，可以提高丁苯等橡膠的耐磨性和拉伸強(qiáng)度；

5提高炭黑在膠料里的分散程度；

6.與橡膠的相容性較好；

7.含有酚基，所以可以提高膠料的耐老化性能；

8.軟化點(diǎn)越高起到的補(bǔ)強(qiáng)性越好，壓縮強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、曲撓性都有所提高；

9.與其他增塑劑并用對(duì)膠料的性能優(yōu)化更有利。

古馬隆樹(shù)脂用途

1.古馬隆樹(shù)脂可以與各種干性油混合生產(chǎn)油漆，加入各種古馬隆樹(shù)脂和顏料混配可制得各種顏色的涂料，用古馬隆生產(chǎn)涂料廣泛應(yīng)用于車(chē)輛、船舶、橋梁的表面涂層上。古馬隆大大改善了漆膜的光澤、硬度、抗水耐堿性，并降低了生產(chǎn)成本；

2.古馬隆樹(shù)脂適用于天然合成橡膠的添加劑，古馬隆能改善成型操作，增加產(chǎn)品的硬度和彈性。由于改善橡膠的強(qiáng)度和耐老化性，古馬隆樹(shù)脂特別適用于做SBR橡膠的軟化劑，用于生產(chǎn)橡膠管、三角帶傳送帶和輪胎等；

3.古馬隆樹(shù)脂具有很好的粘結(jié)性，在粘合劑和壓敏膠帶中是一種較好的增粘劑。古馬隆可用于生產(chǎn)膠合板、墻壁紙和皮革用粘合劑改善了粘合劑的抗水性能。因?yàn)楣篷R隆凝固時(shí)收縮率小，可應(yīng)用于鑄造行業(yè)；

4.古馬隆樹(shù)脂具有耐水性、耐熔耗性和耐干燥性,油墨中加入古馬隆樹(shù)脂能起到展色、快干、增亮的效果，提高印刷性能等作用所以可以制作各種印刷油墨；

5.油漆主要使用高軟化點(diǎn)的古馬隆樹(shù)脂,油漆加入古馬隆樹(shù)脂能夠增加油漆光澤度，提高漆膜附著力、硬度、耐酸、耐堿性。

電池的包覆材料中主要成份是古馬隆樹(shù)脂，但起作用的是由各種含碳材料炭化后得到的無(wú)定形碳包覆層。

包覆材料為石墨負(fù)極升級(jí)必備品，賽道可延伸。石墨負(fù)極可通過(guò)包覆提升倍率性能及循環(huán)性能，是石墨負(fù)極產(chǎn)品升級(jí)的必備材料。我們預(yù)計(jì)2025年負(fù)極包覆材料需求有望超30萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間約50億元。此外，油系負(fù)極包覆材料的技術(shù)路線為可紡瀝青，僅需變更原材料的配比及工藝即可作為瀝青基碳纖維的原材料。瀝青基碳纖維具有彈性模量高、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)仍有較大增長(zhǎng)空間，預(yù)計(jì)2025年瀝青基碳纖維全球需求1.7萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間約50億元。

高軟化點(diǎn)為趨勢(shì)，產(chǎn)品有溢價(jià)。包覆材料產(chǎn)品具有差異化，主要在于軟化點(diǎn)，軟化點(diǎn)越高負(fù)極包覆材料的性能越佳，我們認(rèn)為未來(lái)高溫負(fù)極包覆材料占比有望持續(xù)提升。高溫包覆材料產(chǎn)品價(jià)值更高，以信德新材為例，其2021年高溫產(chǎn)品單噸毛利約8k元/噸，中高溫、中溫、低溫分別為6.6k、6.8k、7.2k元/噸，單位盈利具有差異性。

技術(shù)壁壘在于Know-how，龍頭具有較強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。我們認(rèn)為，負(fù)極包覆材料的行業(yè)屬性偏向精細(xì)化工，產(chǎn)品趨向高軟化點(diǎn)。包覆材料在制備流程中涉及眾多參數(shù)控制（如溫度、壓強(qiáng)、放反應(yīng)時(shí)間等）且設(shè)備需要自行設(shè)計(jì)，同時(shí)下游需求要求供貨的定制化以及產(chǎn)品的穩(wěn)定性。行業(yè)龍頭生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)&與客戶共同開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)較為豐富，具有較強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

報(bào)告內(nèi)容

包覆瀝青：石墨負(fù)極升級(jí)必備材料，下游需求高增

包覆瀝青是一種具有特殊性能的瀝青材料，經(jīng)炭化后得到無(wú)定形碳包覆層，修飾石墨中的孔洞、溝槽、裂紋等缺陷，提高材料的電化學(xué)可逆容量和循環(huán)性能。

包覆流程：將石墨粉末與包覆劑（瀝青、 樹(shù)脂）等混合, 經(jīng)固化-熱解-炭化，獲得塊狀包覆材料，而后將其粉碎至合適粒度,制得電池負(fù)極材料。該包覆層主要起到以下幾方面作用：

(1)能夠防止電解液的共嵌入現(xiàn)象，從而有效降低石墨的不可逆容量；

(2)碳包覆能夠有效防止石墨在充放電過(guò)程中的石墨層的剝離、粉化，提高石墨材料的循環(huán)穩(wěn)定性；

(3)對(duì)于比表面積較大的石墨，無(wú)定形碳能夠填充入孔隙中，從而提石墨材料的振實(shí)密度高，并降低其比表面積；

(4)提高鋰離子電池的熱穩(wěn)定性。

下游鋰電需求高景氣。動(dòng)力&儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈高速發(fā)展。預(yù)計(jì)2025年全球鋰電池裝機(jī)量有望超2000Gwh，驅(qū)動(dòng)中游鋰電材料高速增長(zhǎng)。

我們預(yù)計(jì)2025年鋰電驅(qū)動(dòng)負(fù)極出貨量達(dá)270萬(wàn)噸，包覆負(fù)極占比90%，以90%損耗率計(jì)算，對(duì)應(yīng)2025年負(fù)極包覆材料需求30萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間54.2億元。

包覆材料占下游成本占比較小。我們以中端動(dòng)力電池成本計(jì)算，石墨化+原材料（針狀焦、石油焦）為人造石墨的主要成本構(gòu)成，包覆材料約占負(fù)極材料質(zhì)量的11%，成本約占中端負(fù)極材料的7%。

包覆材料競(jìng)爭(zhēng)格局較好，信德新材一家獨(dú)大。從供給的角度來(lái)看，目前包覆材料競(jìng)爭(zhēng)格局較好，根據(jù)信德新材說(shuō)明書(shū)自行測(cè)算，其2020 年市場(chǎng)占有率在 27%-39%，其余廠商規(guī)模較小，我們不完全統(tǒng)計(jì)了目前的包覆材料廠商產(chǎn)能及未來(lái)可能新增的產(chǎn)能，從趨勢(shì)和總量看，供給過(guò)剩風(fēng)險(xiǎn)較小。

行業(yè)屬性：壁壘在于know-how，賽道可延伸

產(chǎn)品有差異：軟化點(diǎn)是包覆瀝青的核心參數(shù)，差異主要來(lái)源于分子含量。瀝青的軟化點(diǎn)是瀝青最基本的性能指標(biāo)之一，是指瀝青試件受熱軟化而下垂時(shí)的溫度。不同軟化點(diǎn)的主要差別在于分子含量，高軟化點(diǎn)的C含量更高，氧含量更低，碳化后亦是如此。

軟化點(diǎn)越高，負(fù)極材料包覆后性能越好。高軟化點(diǎn)的包覆材料、更均勻的包覆是提升負(fù)極材料性能的關(guān)鍵。對(duì)比不同軟化點(diǎn)的測(cè)試性能，在高倍率條件下，高軟化點(diǎn)的負(fù)極材料放電容量更高，同時(shí)隨著軟化點(diǎn)的提升，首周放電容量和首效均呈提升的趨勢(shì)。

高軟化點(diǎn)產(chǎn)品具有溢價(jià)，未來(lái)滲透率有望提升。根據(jù)信德新材包覆材料根據(jù)軟化點(diǎn)不同分為四大分類(lèi)，分別為低溫（110-170℃）、中溫（170-220℃）、中高溫（220-270℃）、高溫（270-280℃），信德新材2019-2021年高溫包覆材料銷(xiāo)量占比從37%提升至45%。高溫包覆材料產(chǎn)品具有溢價(jià)，2021年高溫產(chǎn)品單噸毛利約8k元/噸，中高溫、中溫、低溫分別為6.6k、6.8k、7.2k元/噸。

工藝流程：精細(xì)化工屬性較強(qiáng)，know-how為技術(shù)壁壘。包覆材料反應(yīng)過(guò)程涉及眾多參數(shù)控制，具有一定的Know-how。首先需對(duì)乙烯焦油進(jìn)行篩選及純化，然后需靜若蒸餾、聚合、氧化及二次蒸餾、二次聚合等，設(shè)計(jì)的參數(shù)控制包括塔底、塔頂溫度、真空度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)時(shí)間等，需對(duì)反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行不斷的調(diào)配以達(dá)到最優(yōu)的產(chǎn)品參數(shù)。

投資成本&成本構(gòu)成。投資成本偏重資產(chǎn)。包覆材料+瀝青碳纖維產(chǎn)線單萬(wàn)噸投資額約1.6億，其中設(shè)備單萬(wàn)噸投資額約0.56億。原材料占比較高。公司采用的是石油基可紡瀝青路線，主要原材料為古馬隆樹(shù)脂、道路瀝青和乙烯焦油，2021年單噸原材料、單噸人工、單噸制造費(fèi)用分別為5732、271、954元/噸，原材料成本占比超70%。

副產(chǎn)品橡膠助劑提供增值。在生產(chǎn)負(fù)極包覆材料的過(guò)程有伴有副產(chǎn)品，古馬隆樹(shù)脂的生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要有乙烯焦油裂解副產(chǎn)萘餾分，在包覆材料汽提、蒸餾等過(guò)程中伴有橡膠助劑的產(chǎn)生，我們根據(jù)信德新材歷史披露的產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)看，生產(chǎn)一噸負(fù)極包覆材料伴生1.2噸的橡膠助劑，外售橡膠助劑提供進(jìn)一步的產(chǎn)品增值。

橡膠助劑市場(chǎng)空間較大，產(chǎn)能消化有保障。汽車(chē)工業(yè)是橡膠助劑最大的下游應(yīng)用領(lǐng)域。輪胎和汽車(chē)是橡膠助劑消耗量最大的兩個(gè)下游，約70%的橡膠助劑應(yīng)用于輪胎生產(chǎn)，約 20%的橡膠助劑應(yīng)用于汽車(chē)相關(guān)，其他行業(yè)合計(jì)消耗約 10%的橡膠助劑產(chǎn)量。我們預(yù)計(jì)未來(lái)橡膠助劑需求穩(wěn)健增長(zhǎng)，負(fù)極包覆材料2025年預(yù)期副產(chǎn)36.1萬(wàn)噸橡膠助劑，占總橡膠助劑需求約20%，對(duì)行業(yè)供給拉動(dòng)較小，產(chǎn)能消化有保證。

賽道延伸：包覆材料工藝與可紡瀝青相似，具有賽道延伸性。包覆材料與可紡瀝青工藝流程相似，區(qū)別僅在于工藝參數(shù)和原料配比的調(diào)整，產(chǎn)出的可紡瀝青可以可以進(jìn)一步紡絲、碳化處理，用于生產(chǎn)瀝青基碳纖維。

碳纖維市場(chǎng)空間廣闊。碳纖維優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用范圍廣泛。1）輕量化：碳纖維復(fù)合材料重量比鋼輕3/4，比鋁輕1/3，更加節(jié)能；2）舒適性：碳纖維較柔軟且具備拉伸功能，利于控制整車(chē)的噪音振動(dòng)控制；3）可靠性：碳纖維碰撞吸能性好。預(yù)計(jì)2025年全球碳纖維需求約22.6萬(wàn)噸。

目前碳纖維以PAN基為主，瀝青基仍有較大潛在發(fā)展空間。目前碳纖維以PAN基為主，主要原因是其強(qiáng)度更大，成本更低，在增長(zhǎng)較快的領(lǐng)域PAN基更加適合應(yīng)用，目前PAN基碳纖維占到市場(chǎng)90%，而瀝青基碳纖維目前僅占全市場(chǎng) 8%。從性能來(lái)看，瀝青基炭纖維與 PAN 基炭纖維相比，存在部分優(yōu)勢(shì)，未來(lái)仍有比較大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ渚哂袕椥阅Ａ扛?、熱?dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低、耐沖擊性能、碳化收率高（收率超過(guò)70%， PAN基碳纖維從原絲到碳纖維成品，收率僅為50%）、原料來(lái)源廣泛等優(yōu)勢(shì)。

預(yù)計(jì)2025年全球?yàn)r青基碳纖維產(chǎn)量約1.7萬(wàn)噸、市場(chǎng)規(guī)模約60億元。2020年全球?yàn)r青基碳纖維產(chǎn)量9700噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間約35億元，我們預(yù)計(jì)瀝青基碳纖維仍會(huì)保持穩(wěn)健增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年瀝青基碳纖維1.71萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間約60億元。

投資建議

信德新材：負(fù)極包覆材料龍頭。

信德新材成立于2000年，主要生產(chǎn)鋰電池負(fù)極包覆材料和碳纖維可紡瀝青，通過(guò)ISO9001質(zhì)量認(rèn)證審核，替代了進(jìn)口產(chǎn)品。公司2017-2021年?duì)I收、盈利水平均呈現(xiàn)向上趨勢(shì)。

包覆材料為核心產(chǎn)品，橡膠助劑增厚利潤(rùn)。信德新材在生產(chǎn)負(fù)極包覆材料過(guò)程中會(huì)副產(chǎn)橡膠助劑，進(jìn)一步提升整體增值。根據(jù)歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)比，我們預(yù)計(jì)一噸負(fù)極包覆材料將對(duì)應(yīng)產(chǎn)出1.2噸的橡膠助劑。2017-2021年，公司負(fù)極包覆材料與橡膠助劑產(chǎn)品基本呈現(xiàn)穩(wěn)步提升的趨勢(shì)。

收入結(jié)構(gòu)健康，深度合作下游優(yōu)質(zhì)客戶。2021年信德新材前五大營(yíng)收占比60%，前四大均為負(fù)極行業(yè)龍頭，2021年貝特瑞、杉杉、江西紫宸、廣東凱金行業(yè)市占率超50%，公司也與上述龍頭公司簽署了行業(yè)戰(zhàn)略協(xié)議，深度合作下游優(yōu)質(zhì)龍頭。

積極拓展新產(chǎn)品&新領(lǐng)域，成長(zhǎng)空間不斷打開(kāi)。信德新材堅(jiān)持研發(fā)立身，公司擁有研發(fā)人員 60人，在員工總數(shù)中占比為 16.09%，研發(fā)費(fèi)用率處于可比公司中上游水平。

新產(chǎn)品：粘結(jié)劑&新型包覆材料。信德新材持續(xù)投入資金和人員開(kāi)展技術(shù)研發(fā)工作。在鋰電領(lǐng)域，新型包覆材料、粘結(jié)劑均有技術(shù)布局。主要包括天然石墨、硅負(fù)極粘結(jié)劑的產(chǎn)品工藝及設(shè)備研發(fā)以及新型硅負(fù)極&石墨的表面包覆材料的布局。

新領(lǐng)域：除自主研發(fā)外，公司積極尋求技術(shù)合作尋求碳材料新應(yīng)用領(lǐng)域，與企業(yè)、高校和科研院所建立技術(shù)合作關(guān)系。合作項(xiàng)目包括可紡瀝青、全釩液流儲(chǔ)能電池用瀝青基碳纖維氈項(xiàng)目、碳纖維膜等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及研究。

募投加碼產(chǎn)能，強(qiáng)化龍頭優(yōu)勢(shì)。信德新材2019-2021年產(chǎn)能利用率始終處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)能亟需拓張。信德新材擬公開(kāi)發(fā)行新股不超過(guò) 1700萬(wàn)股，占發(fā)行后總股本的比例不低于 25%，募投6.5億元投建3萬(wàn)噸碳材料產(chǎn)業(yè)化升級(jí)項(xiàng)目、研發(fā)中心項(xiàng)目，目標(biāo)新增2.3萬(wàn)噸包覆材料、0.67萬(wàn)噸碳纖維可紡瀝青。

信德新材主要從事鋰電池負(fù)極材料（簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)極材料）包覆材料（副產(chǎn)品是橡膠增塑劑）研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售，目前正在向下游瀝青基碳纖維生產(chǎn)領(lǐng)域拓展，主要大客戶有江西紫宸、杉杉股份、貝特瑞、凱金能源、翔豐華家等。

包覆料的制作類(lèi)似裂縫貼。裂縫貼是以瀝青、增塑劑、改性劑、增黏劑、填料等為基材，以丙綸無(wú)紡布或玻璃纖維布為面材，外加1層防粘隔離層的復(fù)合材料，具有耐熱性強(qiáng)、低溫柔性佳、延伸率大、持黏性好、可常溫施工(工序簡(jiǎn)單工期快)、安全環(huán)保等特點(diǎn)。

原材料

瀝青：10#石油瀝青，山東富鵬化工；70#石油瀝青，中國(guó)石化齊魯石化，二者按比例混合，瀝青性能指標(biāo)見(jiàn)表1。增塑劑：1#瀝青軟化油和2#瀝青軟化油，鄭州大洋石化，二者按比例混合。改性劑：線型SBS，熱塑性彈性體，中石化巴陵石化；SBR，低溫合成橡膠，山東高氏；橡膠粉，焦作。增黏劑：C5和C9石油樹(shù)脂(山東淄博)、萜烯樹(shù)脂(山東淄博)、古馬隆樹(shù)脂(河南濮陽(yáng))。填料：滑石粉，輝縣億達(dá)建材。輔助材料：丙綸無(wú)紡布、玻璃纖維布、PET膜等，市售。

改性瀝青的制備

將10#和70#瀝青在130℃下加熱至目測(cè)無(wú)氣泡產(chǎn)生，然后熔融脫水；向體系中加入增塑劑并加熱攪拌，轉(zhuǎn)速500r/min；待溫度升至160℃時(shí)加入改性劑，繼續(xù)升溫至190~195℃，攪拌2.0~2.5h，轉(zhuǎn)速700r/min；待體系溶脹后，加入增黏劑并攪拌0.5h，轉(zhuǎn)速700r/min；加入填料，繼續(xù)攪拌0.5h，轉(zhuǎn)速700r/min；降溫至175℃，即制得改性瀝青。裂縫貼性能測(cè)試方法

(1)試樣制備

在玻璃纖維布的一面刮涂2mm厚的改性瀝青層制備裂縫貼試樣，用于測(cè)試剝離性能、剪切性能和持黏性；在有防粘隔離層的PET膜上刮涂1mm厚的改性瀝青層制備裂縫貼，用于測(cè)試耐熱性和低溫柔性。

(2)性能測(cè)試方法

分別按GB/T4507-2014《瀝青軟化點(diǎn)測(cè)定法環(huán)球法》、GB/T4509-2010《瀝青針入度測(cè)定法》、GB/T4508-2010《瀝青延度測(cè)定法》、GB23441-2009《自粘聚合物改性瀝青防水卷材》進(jìn)行性能測(cè)試。

結(jié)果與討論增塑劑對(duì)瀝青/裂縫貼性能的影響

增塑劑既能促進(jìn)SBS等改性劑的溶解分散，又可以一定程度上改善瀝青的粘附力和低溫柔性[3-4]，但使用過(guò)量則會(huì)大幅降低瀝青的耐熱性和粘結(jié)強(qiáng)度，甚至出現(xiàn)滲油現(xiàn)象，故增塑劑應(yīng)選擇無(wú)毒、揮發(fā)性小、與體系相容性好的品種[5]。本試驗(yàn)所用增塑劑由2種軟化油按照m(1#軟化油)∶m(1#軟化油)=10∶1的比例混合而成，增塑劑摻量對(duì)瀝青/裂縫貼性能的影響如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，隨著增塑劑摻量增加，瀝青的軟化點(diǎn)逐漸降低、低溫柔性逐漸增強(qiáng)，裂縫貼的剝離強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和持黏性則呈先提高后降低趨勢(shì)，當(dāng)增塑劑摻量為13.1%時(shí)均達(dá)到最大值。原因可能是增塑劑的加入促進(jìn)了瀝青和被粘物界面的相互潤(rùn)濕，界面處分子緊密接觸而使兩者間吸附力增大，裂縫貼剝離強(qiáng)度也隨之提高；隨著增塑劑用量繼續(xù)增加，瀝青分子間的作用力逐漸減弱、內(nèi)聚強(qiáng)度隨之降低，從而降低了裂縫貼的剝離強(qiáng)度[3-5]。改性劑對(duì)瀝青/裂縫貼性能的影響

SBS是苯乙烯(S)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)的三嵌段共聚物，常溫下具有橡膠彈性、高溫下能塑化成型，是目前綜合性能最佳的改性劑之一。SBS分子結(jié)構(gòu)的中央段(軟段)是柔順性極佳的橡膠相聚丁二烯，兩端(硬段)是塑料相聚苯乙烯；由于內(nèi)聚能較高，聚苯乙烯以物理交聯(lián)狀態(tài)分布在連續(xù)的聚丁二烯相中。SBS這種兩相分離特性使其能與瀝青形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而顯著提高瀝青的溫度穩(wěn)定性(高低溫性能和感溫性能)、彈性、延伸性、內(nèi)聚附著性及混合料的穩(wěn)定性、耐老化性[6]。線型SBS的分子質(zhì)量較低、溶解性好，其改性瀝青的內(nèi)聚強(qiáng)度較低、粘結(jié)性好、剝離強(qiáng)度高[4-5]；而星型SBS側(cè)鏈長(zhǎng)且多、具有更多化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，易導(dǎo)致分子間糾纏、不利于分子內(nèi)旋，從而降低了改性瀝青的柔性和粘結(jié)性[7]。因此，選擇線型SBS作為主改性劑，另加入能改善瀝青高低溫性能和持黏性的SBR和橡膠粉作輔助改性劑[m(SBS1401)∶m(SBR)∶m(60目橡膠粉)=3∶2∶4]，其對(duì)瀝青/裂縫貼性能的影響如圖3、圖4所示。

由圖3可知，隨著改性劑摻量增加，瀝青軟化點(diǎn)先降低后升高、低溫柔性逐漸增強(qiáng)。由圖4可知，裂縫貼的剝離強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和持黏性則呈現(xiàn)先提高后降低趨勢(shì)，當(dāng)改性劑摻量為13.9%時(shí)達(dá)最大值。原因是初始階段改性劑的加入提高了瀝青分子間的作用力和內(nèi)聚強(qiáng)度，促使裂縫貼的剝離強(qiáng)度和持黏性隨之提高并達(dá)最大值；隨著改性劑摻量繼續(xù)增加，不斷增大的內(nèi)聚強(qiáng)度阻礙了瀝青分子在基面的分散與潤(rùn)濕，從而影響裂縫貼的剝離強(qiáng)度和持黏性[4-5]。增黏劑對(duì)瀝青/裂縫貼性能的影響

增黏劑使瀝青具有良好的初黏性、持黏性和抗剝離性。綜合考慮改性瀝青的粘結(jié)性、高低溫性及相容性指標(biāo)，選擇石油樹(shù)脂作為主增黏劑，萜烯樹(shù)脂、古馬隆樹(shù)脂作為輔助增黏劑[5，8-9]，其對(duì)瀝青/裂縫貼性能的影響如圖5、圖6所示。

由圖5可知，瀝青的軟化點(diǎn)除增黏劑摻量為2.9%外，總體逐漸降低，低溫柔性小幅波動(dòng)且有變差趨勢(shì)。從圖6可知，隨著增黏劑摻量增加，裂縫貼的剝離強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和持黏性亦呈先提高后降低趨勢(shì)?？梢?jiàn)摻入適量的增黏劑對(duì)裂縫貼的剝離強(qiáng)度、持黏性有一定改善作用，但使用過(guò)量反而降低瀝青的低溫柔性[5，10]。填料對(duì)瀝青/裂縫貼性能的影響

無(wú)機(jī)填料能提高改性瀝青的耐熱性、耐老化性、粘結(jié)性能及機(jī)械性能，且可節(jié)約瀝青用量、降低生產(chǎn)成本?？紤]到取材便利性及成本控制，在基質(zhì)瀝青、增塑劑、改性劑、增黏劑確定的前提下，選擇滑石粉作為填料進(jìn)行對(duì)比研究，其對(duì)瀝青/裂縫貼相關(guān)性能的影響如圖7、圖8所示。

由圖7可知，隨著填料用量增加，瀝青的軟化點(diǎn)先升高后降低，低溫柔性先持平后降低。從圖8可知，裂縫貼的剝離強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和持黏性整體呈下降趨勢(shì)。原因是填料的加入會(huì)吸附瀝青中的油分，使瀝青與被粘物的潤(rùn)濕度降低，從而降低體系的剝離強(qiáng)度和持黏性[5]。

古馬隆樹(shù)脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能

力學(xué)性能是材料最重要的性能。樹(shù)脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量大、抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，用于承力結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂基復(fù)合材料利用的是它的這種優(yōu)良的力學(xué)性能，而利用各種物理、化學(xué)和生物功能的功能復(fù)合材料，在制造和使用過(guò)程中，也必須考慮其力學(xué)性能，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。

1、樹(shù)脂基復(fù)合材料的剛度

樹(shù)脂基復(fù)合材料的剛度特性由組分材料的性質(zhì)、增強(qiáng)材料的取向和所占的體積分?jǐn)?shù)決定。樹(shù)脂基復(fù)合材料的力學(xué)研究表明，對(duì)于宏觀均勻的樹(shù)脂基復(fù)合材料，彈性特性復(fù)合是一種混合效應(yīng)，表現(xiàn)為各種形式的混合律，它是組分材料剛性在某種意義上的平均，界面缺陷對(duì)它作用不是明顯。

由于制造工藝、隨機(jī)因素的影響，在實(shí)際復(fù)合材料中不可避免地存在各種不均勻性和不連續(xù)性，殘余應(yīng)力、空隙、裂紋、界面結(jié)合不完善等都會(huì)影響到材料的彈性性能。此外，纖維（粒子）的外形、規(guī)整性、分布均勻性也會(huì)影響材料的彈性性能。但總體而言，樹(shù)脂基復(fù)合材料的剛度是相材料穩(wěn)定的宏觀反映。

對(duì)于古馬隆樹(shù)脂基復(fù)合材料的層合結(jié)構(gòu)，基于單層的不同材質(zhì)和性能及鋪層的方向可出現(xiàn)耦合變形，使得剛度分析變得復(fù)雜。另一方面，也可以通過(guò)對(duì)單層的彈性常數(shù)（包括彈性模量和泊松比）進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而選擇鋪層方向、層數(shù)及順序?qū)雍辖Y(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的應(yīng)用要求。

2、樹(shù)脂基復(fù)合材料的強(qiáng)度

材料的強(qiáng)度首先和破壞聯(lián)系在一起。樹(shù)脂基復(fù)合材料的破壞是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，且破壞模式復(fù)雜。各組分性能對(duì)破壞的作用機(jī)理、各種缺陷對(duì)強(qiáng)度的影響，均有街于具體深入研究。

樹(shù)脂基復(fù)合材強(qiáng)度的復(fù)合是一種協(xié)同效應(yīng)，從組分材料的性能和樹(shù)脂基復(fù)合材料本身的細(xì)觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)出其強(qiáng)度性質(zhì)。對(duì)于最簡(jiǎn)單的情形，即單向樹(shù)脂基復(fù)合材料的強(qiáng)度和破壞的細(xì)觀力學(xué)研究，還不夠成熟。

單向樹(shù)脂基復(fù)合材料的軸向拉、壓強(qiáng)度不等，軸向壓縮問(wèn)題比拉伸問(wèn)題復(fù)雜。其破壞機(jī)理也與拉伸不同，它伴隨有纖維在基體中的局部屈曲。實(shí)驗(yàn)得知：?jiǎn)蜗驑?shù)脂基復(fù)合材料在軸向壓縮下，碳纖維是剪切破壞的；凱芙拉（Kevlar）纖維的破壞模式是扭結(jié)；玻璃纖維一般是彎曲破壞。單向樹(shù)脂基復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度也不同。實(shí)驗(yàn)表明，橫向壓縮強(qiáng)度是橫向拉伸強(qiáng)度的4～7倍。橫向拉伸的破壞模式是基體和界面破壞，也可能伴隨有纖維橫向拉裂；橫向壓縮的破壞是因基體破壞所致，大體沿45°斜面剪壞，有時(shí)伴隨界面破壞和纖維壓碎。單向樹(shù)脂基復(fù)合材料的面內(nèi)剪切破壞是由基體和界面剪切所致，這些強(qiáng)度數(shù)值的估算都需依靠實(shí)驗(yàn)。

雜亂短纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料盡管不具備單向樹(shù)脂基復(fù)合材料軸向上的高強(qiáng)度，但在橫向拉、壓性能方面要比單向樹(shù)脂基復(fù)合材料好得多，在破壞機(jī)理方面具有自己的特點(diǎn)：編織纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料在力學(xué)處理上可近似看作兩層的層合材料，但在疲勞、損傷、破壞的微觀機(jī)理上要更加復(fù)雜。

樹(shù)脂基復(fù)合材料強(qiáng)度性質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)還表現(xiàn)在層合材料的層合效應(yīng)及混雜復(fù)合材料的混雜效應(yīng)上。在層合結(jié)構(gòu)中，單層表現(xiàn)出來(lái)的潛在強(qiáng)度與單獨(dú)受力的強(qiáng)度不同，如0/90/0層合拉伸所得90°層的橫向強(qiáng)度是其單層單獨(dú)實(shí)驗(yàn)所得橫向拉伸強(qiáng)度的2～3倍；面內(nèi)剪切強(qiáng)度也是如此，這一現(xiàn)象稱(chēng)為層合效應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)

(1)在一定摻量范圍內(nèi)，增塑劑、改性劑、增黏劑和填料的加入能改善瀝青/裂縫貼的軟化點(diǎn)、低溫柔性、剝離強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、持黏性等性能，過(guò)量則會(huì)使之降低；綜合考慮環(huán)保、成本等因素，得到適宜的原料配比為：混合瀝青57%~61%、增塑劑12.5%~13.5%、改性劑13%~14%、增黏劑2.5%~3.5%、滑石粉11%~12%。經(jīng)測(cè)試，按最佳配比制備的裂縫貼的耐熱性82℃、軟化點(diǎn)92℃、低溫柔性-25℃、剝離強(qiáng)度4.6N/mm、剪切強(qiáng)度7.5N/mm、持黏性200min。

(2)改性基質(zhì)瀝青應(yīng)具有低溫柔性佳、粘結(jié)性強(qiáng)、相容性好以及必要時(shí)可自由調(diào)配等特點(diǎn)。

(3)改性瀝青中摻入適量填料，可以顯著降低成本、拓展改性瀝青裂縫貼的應(yīng)用前景。