[发明专利]一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂

说明书

技术领域

本发明涉及建筑用水泥制品技术领域，尤其是一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂。

背景技术

水泥制品用聚乙烯醇(PVA)纤维为高强高模PVA纤维，制造方法有六种：湿法加硼纺丝、干湿法纺丝、凝胶纺丝、相分离纺丝、交联纺丝、聚醋酸乙烯醇解直接纺丝法，目前我国以采用第一种方法为主。

湿法加硼纺丝是在PVA溶液中加入硼酸作为交联剂，与PVA形成交联凝胶结构，减少大分子缠结以利于高倍拉伸，形成高取向和高结晶的高强高模PVA纤维，典型工艺如下：

PVA粉→水洗→溶解→脱泡→纺丝(碱性凝固浴)→湿热拉伸→酸中和→湿热拉伸→水洗→上油→干热拉伸→干热拉伸(220～240℃)→上油→切断→成品。

整个工艺过程一般分两次上油，第一次上油需要油剂有良好的渗透性，为数万根纤维内外层均能提供适宜的平滑及抱合性，消除静电，以保证干燥及干热拉伸过程中不粘连；另外，由于220～240℃的高温拉伸，还要求油剂必需有良好的耐热性。第二次上油主要提供纤维切断时的抗静电性、短纤松散性和在水泥中的分散性。

目前，国内发表的有关油剂方面研究的文献较少，检索到的主要文献如下：

专利号ZL 201210079631.8，公开了一种用于土建工程的聚乙烯醇纤维用纺丝油剂，组份成分：抗静电剂—聚纤维素季铵盐，16～30份；乳化剂—单甘油脂肪酸(C8～C12)酯，12～28份；平滑剂—氨基改性硅油，32～55份；改性剂—纳米级无机二氧化硅，1～5份。

专利号ZL 201210078776.6，公开了一种用于增韧水泥混凝土的聚乙烯醇纤维用纺丝油剂，组份成分：抗静电剂—脂肪烷基酰醇胺，16～30份；平滑剂—C18～C22ω-3或ω-6不饱和脂肪酸，12～28份；稳定剂—烷基聚氧乙烯醚，32～55份；添加剂—异丁基或正辛基三乙氧基硅烷、三氟丙基或三氟己基三甲氧基硅烷等，3～10份。

该两种油剂中，由于含有分子量较小的成分较多(＞12％)，在220℃干热拉伸工艺中发烟量较大。

另外，该两项专利均具有油剂对纤维的表面改性功能。专利号ZL201210079631.8公开的油剂中含有“聚纤维素季铵盐”和“纳米级无机二氧化硅”极性基团的成分，易与水泥水化后的产物和聚乙烯醇纤维表面大量羟基之间形成氢键，大幅度的提高聚乙烯醇与水泥混凝土基体之间的粘结力。

专利号ZL 201210078776.6公开的油剂含有的非极性物质：烷基烷氧基硅烷或卤代烷基烷氧基硅烷，能够对聚乙烯醇纤维表面的极性基团起到一定的“屏蔽效应”，避免与基体界面形成应力集中，提高水泥混凝土的韧性。

纤维在水泥基体复合材料中的作用，主要表现在：增韧、增强、阻裂，复合材料只有能够产生拉伸应变硬化特性才能达到增强增韧的目的。纤维与水泥基体界面的作用力性质可包括：纤维与水泥基体界面的化学粘结力、纤维滑移时的摩擦粘结力以及部分纤维拔出时的滑移硬化。

研究表明，PVA纤维表面的羟基，可以与复合材料中的水化水泥产物形成氢键，在纤维与水泥之间存在着化学结合层，使抗拉强度与弹性模量分别高出水泥砂浆百倍、十倍的高模高强PVA纤维，可以有效增强水泥基体复合材料。

但是，一般未经处理的PVA纤维表面分布有大量的羟基，使大量水化水泥产物聚集并紧紧的粘结在纤维表面，使纤维与水泥混凝土基体形成非常强的化学粘结力，引起应力集中，在受拉时，纤维不易拔出，多数被拉断，致使增韧有限。

早在2001年，已有国外学者用适量润滑油对纤维表面进行处理，降低了纤维与水泥基体的化学粘结力，使部分纤维在裂缝继续发展的时候不是被拉断，而是从水泥基体中拔出，并且在拔出的过程中有较强的滑移硬化特性，由此使PVA复合材料在低纤维掺量(2％)条件下的单轴极限拉伸应变达到4％～8％。

在专利号ZL 201210078776.6公开的油剂情况下，平滑剂—二十二碳六烯酸、γ-亚麻酸等的ω-3或ω-6不饱和脂肪酸，添加剂—异丁基或正辛基三乙氧基硅烷、三氟丙基或三氟己基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂等，二者组合，实现在纺丝过程中对纤维表面羟基的屏蔽，达到增韧目的，应该是一种较佳的选择，但该两种原料价格偏高，影响油剂经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种水泥制品用聚乙烯醇纤维纺丝油剂，针对湿法加硼纺丝法制备高强高模PVA纤维纺丝，本发明采用两种不同组成成分的油剂，分别满足纤维拉伸工艺和纤维切断及使用过程的要求，保证纤维的可纺性和提高纤维使用性能，减少环境污染，改善工作环境。