[发明专利]一种聚丙烯粗纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯粗纤维及其制备方法，特别是一种用于增强混凝土的聚丙烯粗纤维及其制备方法。

背景技术

混凝土是目前用量最大、使用最广泛的建筑材料，其应用范围包括机场、大坝、桥梁、铁路、港口、房屋、公路等多种具有不同应力特点和性能要求的场合。混凝土的抗压强度高，但抗拉强度低、脆性大、易开裂、韧性差。因此，提高混凝土的耐久性，延长其工程使用寿命是混凝土的发展方向。

为了增加混凝土的抗拉强度，人们广泛采用各种纤维与混凝土混合。应用于混凝土增强的纤维制品必须具备高耐碱性、良好的自分散性、一定的抗拉强度和高弹性模量、以及合理的价格。常用于增强建筑材料的纤维主要有植物纤维、玻璃纤维、钢纤维及合成纤维。目前研究和使用较多的合成纤维是聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、尼龙纤维、聚酯纤维等。其中，聚丙烯纤维具有较好的化学稳定性，耐酸碱、耐腐蚀，良好的自分散性，用量少，价格低廉，能有效的增强混凝土的抗裂、抗渗、抗冻、及冲击韧性，从而提高混凝土的耐久性，延长其使用寿命，因此得到了广泛的应用。

根据纤维形状和构造的不同，聚丙烯纤维分为单丝纤维、网状纤维和粗纤维。细纤维(单丝纤维，网状纤维)对防止早期塑性开裂具有很好的效果，但在混凝土中易团聚，分散性较差，掺入量不宜太高；粗纤维分散性好，掺入量少，增强增韧及抗裂性能更佳。

纤维的拉伸强度和弹性模量是影响纤维增韧效果的重要因素。与钢纤维相比，聚丙烯纤维具有较低的弹性模量，但是拉伸形变大，吸收冲击能力强，韧性好。因此，需要进一步提高聚丙烯粗纤维的强度及模量，从而提高混凝土的韧性和抗裂性。

申请号为201010520316.5的中国专利公布了一种大截面异型混凝土增强改性聚丙烯纤维的生产方法，该种纤维的截面积为0.1～1mm²，长度为15～30mm，表面设有凹凸花纹。纤维由90～95％聚丙烯、1～3％高熔指聚丙烯，1～4％聚丙烯接枝马来酸酐，1～3％线性聚乙烯混合后，经熔融挤出冷却制得，所得纤维拉伸强度为4～6CN/dtex。

申请号为200510002624.8的中国专利提出一种高聚合物异型塑钢纤维生产方法。将聚丙烯和5～8％共聚乙烯采用锥形双螺杆在150～200℃下混合均匀，添加0.3～1.2％的PP成核剂、0.5～2％防老化剂、0.2～0.5抗氧化剂，并注入到螺杆机中，经喷丝板挤压喷丝，冷却，再经过二次超倍拉伸，二次高温活化处理，压痕，热定型后切断包装制成纤维成品。

申请号为01142105.3的中国专利，公布了一种水泥混凝土增强用的改性聚丙烯纤维，及其生产方法。该专利采用与水泥具有良好粘结性的且熔融可纺丝的聚酯改性聚丙烯粗纤维，并采用烷基磷酸乙醇胺对纤维进行表面处理，纺丝温度为240～310℃。所制得纤维与混凝土粘结性增强，且与水泥基体相容性较好，从而提高混凝土的抗裂性。

申请号为200810021644.3的中国专利，公布了一种混凝土用聚丙烯粗纤维及其制备方法。该专利采用无定形二氧化硅、硅灰活粉煤灰的一种或多种作为界面改性剂，并加入一定量的聚丙烯白色母粒，抗氧化剂和紫外吸收剂，制得一种改性聚丙烯纤维。该种纤维表面的界面改性剂能参与水化反应，改善纤维与水泥基体的界面粘结性，增强纤维在水泥中的分散性，充分发挥聚丙烯粗纤维的增强增韧效果。

申请号为03209250.4的中国专利介绍了一种用于混凝土和砂浆的抗裂抗渗增强纤维，该种纤维是由两种不同种类的高分子聚合物复合制备而成，具有同芯复合结构，其抗拉强度＞320MPa，弹性模量＞6000MPa。

申请号为200910184395.4的中国专利公开了一种制备高性能聚丙烯粗纤维的方法，主要是采用热致性液晶高聚物(TLCP)来改性聚丙烯粗纤维，纤维直径为0.6～1.2mm，断裂强度为650～700MPa，弹性模量为8800～9400MPa，断裂伸长率为12～15％。

上述专利公开的一些聚丙烯纤维的改性和制备方法，主要是采取增加纤维表面粗糙度，改善纤维与混凝土界面性能，通过加入液晶高聚物等方法，提高纤维混凝土的强度及抗裂性。但是通过以上方法改性的聚丙烯纤维对混凝土的韧性和抗裂性改善十分有限，且热致性液晶高聚物价格较高，增加聚丙烯纤维的成本。