專利名稱：一種混凝土用粗纖維及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物纖維及其制備方法，特別是涉及ー種混凝土用聚合物粗纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
混凝土是ー種應(yīng)用廣泛且非常重要的建筑材料，目前正向高性能、功能化、高耐久性方向發(fā)展。但混凝土固有的抗拉強度低、脆性大、韌性差、抵抗形變能力差等缺點制約了其發(fā)展與應(yīng)用。近數(shù)十年來，人們通過使用合成纖維來增強混凝土，以達到改善其抗裂防滲性能、優(yōu)化力學(xué)性能、提高抗凍融能力等目的。合成纖維在混凝土中已經(jīng)得到了廣泛的使用，由于裂縫的減少或消除，保持了砂 漿混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，改善了其耐久性，從而減少了結(jié)構(gòu)修補與維護成本，達到了節(jié)材節(jié)能的目的。粗合成纖維是ー種新型的增強增韌材料，耐腐蝕、易分散、摻量低于鋼纖維，能提高混凝土的抗干縮開裂與韌性，在惡劣環(huán)境工程中能替代鋼纖維或焊接纖維網(wǎng)，在路面エ程中使用也不會損壞交通工具的輪胎。可廣泛用于噴射混凝土、混凝土路面、橋面及エ業(yè)地坪、機場跑道、裝卸碼頭和停車場等。纖維與混凝土的界面結(jié)合強度是影響纖維在混凝土中使用效果的主要因素之一。在纖維混凝土承受拉カ吋，荷載由混凝土通過纖維-混凝土界面?zhèn)鬟f給纖維，如果界面無粘結(jié)作用，纖維容易產(chǎn)生滑移而無法產(chǎn)生增強作用；界面粘結(jié)不充分，則可能發(fā)生界面粘結(jié)破壞，纖維也無法充分發(fā)揮其增強作用。針對以上情況，改善纖維-混凝土基材之間的弱界面狀態(tài)，成為本技術(shù)領(lǐng)域研究開發(fā)的重點與熱點之一。針對改善纖維-基材界面的改性方法已有ー些報道。中國專利ZL200410033670.X公開了ー種混凝土用增強型改性聚丙烯粗纖維及其制備方法，通過用含有親水基團的高分子化合物與聚丙烯共混，固化前再經(jīng)過物理和化學(xué)的方法對粗纖維表面進行凹凸螺紋處理，從而使粗纖維與混凝土之間有良好的握裹力，改善或提高混凝土的韌性、抗沖擊、抗裂、抗凍、防滲、彎拉以及耐久性等綜合性能；中國專利ZL 200620024146. 5公布了ー種工程用碳塑加強筋，其特點是在直徑為O. 5-0. 8毫米的柱面上軸向分布有若干個相互平行的“ V”或“U”形凹槽；專利ZL 200810021644. 3采用了向纖維中添加具有水化活性的界面改性劑、異形截面、表面壓痕等組合技術(shù)來改善纖維與基體的界面性能；US6863969 B2也公開了ー種混凝土用的粗纖維，纖維的截面形狀為橢圓形或其他多邊形，截面的平均寬度為I. 0-5. O毫米，截面的平均厚度為O. 1-0. 3毫米，以此來減少纖維的成團并使纖維-基體的粘接カ提高。US 20030082376A1也公開了類似的粗纖維產(chǎn)品。從以上列舉的改性方法可以看出，改性方法分為化學(xué)方法和物理方法兩種，化學(xué)方法主要是通過添加親水聚合物來改善纖維-基材之間的界面，但存在一定的局限性纖維與基材之間的界面無法充分被水化產(chǎn)物填充，親水性聚合物的存在會使界面存在水膜聚集，使水灰比過大，相應(yīng)增大了孔隙率，從而影響纖維的增強增韌效果，而且其他組分的材料加入到聚合物中，將增加成型加工難度，同時也會在一定程度上降低其力學(xué)性能?，F(xiàn)有技術(shù)的物理改性方法主要是通過形成粗糙的表面與制備異型截面來提高其在混凝土中握裹力，從而發(fā)揮出粗纖維的增強效果。纖維在基體中承受載荷時，通常以拔出及滑移耗能等方式來提高抗沖擊及韌性變形能力，現(xiàn)有技術(shù)的粗糙表面是多為表面壓痕，異形截面是為了増加纖維與基體的接觸面積，這些類型的粗纖維在與基體脫粘后，所經(jīng)歷的行程都是相同的，因此對脫粘后的錨固與滑移耗能作用有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種新型混凝土用聚合物粗纖維，使其在復(fù)合材料體系中更好的錨固與結(jié)合，承受載荷時不容易被拔出而破壞，從而更好地改善纖維-混凝土基材的界面。本發(fā)明的混凝土用粗纖維為多角棱柱沿軸向螺旋式扭轉(zhuǎn)后的形狀，長度為20mm-60mm，截面的直徑或等效直徑為O. 10-1. 20mm，相鄰的棱之間的表面是內(nèi)凹的。作為優(yōu)選，本發(fā)明的混凝土用粗纖維的棱寬為粗纖維截面外接圓半徑的1_20%。 本發(fā)明的混凝土用粗纖維的螺旋狀棱線和相鄰棱之間的內(nèi)凹面能増加纖維與基體的接觸面積，這ニ個特征可以增加脫粘后纖維拔出或滑移過程中的阻礙作用及行程，使纖維在復(fù)合材料體系中更好的錨固與結(jié)合，承受載荷時不容易被拔出而破壞，從而更好地改善纖維-混凝土基材的界面，在一定程度上減少或抑制塑性及硬化混凝土的裂縫，提高韌性、抗折及抗沖擊等力學(xué)性能。本發(fā)明的混凝土用粗纖維的制備方法為將纖維制備原料干燥至恒重后加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)噴絲板孔擠出后，使用冷卻液對絲條進行冷卻；將冷卻后的絲條接入與噴絲板孔形狀一致但成角度偏轉(zhuǎn)的導(dǎo)絲板孔；將通過導(dǎo)絲板孔的絲條在高于纖維制備原料玻璃化溫度的條件下進行分級多次拉伸；在完成拉伸后，對絲條進行熱定型，然后按長度進行切斷、打包，即得。所述纖維制備原料選自聚こ烯、聚丙烯、聚こ烯醇、聚酷、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酷、聚甲醛、聚碳酸酯及其它們的均聚物、共聚物和填充改性物。采用不同原料時，雙螺桿擠出機中各區(qū)的溫度設(shè)定不同。作為優(yōu)選，所述噴絲板孔與導(dǎo)絲板孔之間的距離為所要制得的粗纖維產(chǎn)品的長度的I. 0-1. 5倍，此范圍內(nèi)得到的粗纖維的錨固性能更佳。作為優(yōu)選，噴絲板孔與導(dǎo)絲板孔的偏轉(zhuǎn)角為15° -75°，在此范圍內(nèi)得到的粗纖維的錨固性能更佳。作為優(yōu)選，所述冷卻液的溫度為-20°C +10°C，相對較低的冷卻液溫度可以增加聚合物從熔融流動與冷卻凝固時的過冷度，從而更好地保持粗纖維的異形截面形狀。本發(fā)明的制備方法中，分級拉伸的級數(shù)為2-5級，總拉伸倍數(shù)為3-10倍。由于是在高于纖維制備原料玻璃化溫度的條件下進行分級多次拉伸，這樣就保證了聚合物分子鏈的蠕動、伸展與排列，從而充分取向。本發(fā)明的制備方法中，所述熱定型為本領(lǐng)域常用的操作，熱定型設(shè)定的溫度通常為高于所用聚合物原料玻璃化溫度10°c -80°c左右。本發(fā)明的混凝土用粗纖維，其相鄰棱之間存在的內(nèi)凹面由噴絲板孔的形狀、聚合物出ロ膨脹及冷卻收縮共同控制。
本發(fā)明所述混凝土用聚合物粗纖維具有以下特點I、為了改善纖維-基材的界面性能，避免使用化學(xué)改性手段，エ藝流程具有方便可行的優(yōu)點。2、通過螺旋型棱線來增大纖維在載荷條件下的拔出阻力，并通過棱線之間的內(nèi)凹面來増大纖維與基體的接觸面積，從而更好地發(fā)揮粗纖維的增強增韌作用。3、通過采用相對較低的冷卻液溫度來增加聚合物從熔融流動與冷卻凝固時的過冷度，從而更好地保持粗纖維的異形截面形狀。


圖I為本發(fā)明實施例I粗纖維的示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例I粗纖維制備過程中實現(xiàn)軸向螺旋式扭轉(zhuǎn)的示意圖。其中，I-噴絲板，2-導(dǎo)絲板，3-扭轉(zhuǎn)前的粗纖維。圖3為本發(fā)明實施例3粗纖維的示意圖。
具體實施例方式下面用實施例進ー步描述本發(fā)明，但所述實施例僅用于說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。以市售的表面平滑的圓形截面聚合物粗纖維、表面有壓痕的異形截面聚合物粗纖維作為參照樣。產(chǎn)品記號分別為A、B。實施例I將聚丙烯樹脂干燥至恒重后加入雙螺桿擠出機，各區(qū)設(shè)定溫度為
一區(qū)I ニ區(qū)I三區(qū)I四區(qū)I五區(qū)I六區(qū)I機頭 150 °C 200°C 220 °C 225°C 230°C 220 °C 220 °C熔融后經(jīng)近似三角棱形噴絲板孔擠出，噴絲板孔的相鄰棱之間的凹入部為圓弧狀，絲條進入_5°C浴槽冷卻液中，將冷卻后的絲條接入與噴絲板孔形狀一致但偏轉(zhuǎn)45°的導(dǎo)絲板孔中，噴絲板孔與導(dǎo)絲板孔之間的距離為40mm，將通過導(dǎo)絲板孔的絲條在85-135°C下進行ニ級拉伸，各級的牽伸倍數(shù)分別為4倍與I. 5倍，然后在110°C下進行熱定型，最后切成長度為40mm的粗纖維。經(jīng)測試,該產(chǎn)品截面外接圓的半徑r0為O. 48mm,棱寬LI為rO的10%即O. 048mm，截面的等效直徑D經(jīng)計算為O. 492mm。本實施例產(chǎn)品記號為C，產(chǎn)品形狀見圖1，本實施例中粗纖維實現(xiàn)軸向螺旋式扭轉(zhuǎn)的不意圖見圖2。實施例2將聚丙烯樹脂干燥至恒重后加入雙螺桿擠出機，各區(qū)設(shè)定溫度為
權(quán)利要求
1.一種混凝土用粗纖維，其特征在于，所述粗纖維為多角棱柱沿軸向螺旋式扭轉(zhuǎn)后的 形狀，長度為20mm-60mm，截面的直徑或等效直徑為0. 10-1. 20mm，相鄰的棱之間的表面是 內(nèi)凹的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土用粗纖維，其特征在于，所述粗纖維的棱寬為粗纖維截 面外接圓半徑的1_20%。
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述混凝土用粗纖維的方法，其特征在于，制備方法為 將纖維制備原料干燥至恒重后加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)噴絲板孔擠出后，使用冷卻液對絲條進行冷卻；將冷卻后的絲條接入與噴絲板孔形狀一致但成角度偏轉(zhuǎn)的導(dǎo)絲板孔； 將通過導(dǎo)絲板孔的絲條在高于纖維制備原料玻璃化溫度的條件下進行分級多次拉伸；在完 成拉伸后，對絲條進行熱定型，然后按長度進行切斷、打包，即得；所述纖維制備原料選自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、 聚甲醛、聚碳酸酯及其它們的均聚物、共聚物和填充改性物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備混凝土用粗纖維的方法，其特征在于，所述噴絲板孔與 導(dǎo)絲板孔之間的距離為所要制得的粗纖維產(chǎn)品的長度的1. 0-1. 5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備混凝土用粗纖維的方法，其特征在于，所述噴絲板孔與 導(dǎo)絲板孔形狀之間的偏轉(zhuǎn)角為15° -75。。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備混凝土用粗纖維的方法，其特征在于，所述冷卻液的溫 度為-20°C +10°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6任一項所述的制備混凝土用粗纖維的方法，其特征在于，所述分 級拉伸的級數(shù)為2-5級，總拉伸倍數(shù)為3-10倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混凝土用粗纖維，為多角棱柱沿軸向螺旋式扭轉(zhuǎn)后的形狀，長度為20mm-60mm，截面的直徑或等效直徑為0.10-1.20mm，相鄰的棱之間的表面是內(nèi)凹的。制備方法為將纖維制備原料干燥至恒重后加入到雙螺桿擠出機中，經(jīng)噴絲板孔擠出后，使用冷卻液對絲條進行冷卻，然后將絲條接入與噴絲板孔形狀一致但成角度偏轉(zhuǎn)的導(dǎo)絲板孔，將通過導(dǎo)絲板孔的絲條進行分級多次拉伸，完成拉伸后，再進行熱定型，然后按長度進行切斷、打包，即得。本發(fā)明通過纖維外觀形貌的改變使粗纖維與基體之間具有良好的界面作用力，增加纖維本身的剛性，從而提高或改善粗纖維增強混凝土的防裂、抗折、韌性、抗沖擊性等性能。
文檔編號D01F6/46GK102659333SQ20121015018
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者劉加平, 劉建忠, 呂進, 周華新, 崔鞏, 李長風(fēng), 陽知乾 申請人:南京博特新材料有限公司, 江蘇博特新材料有限公司, 江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司, 江蘇蘇博特新材料股份有限公司