[发明专利]PVA-CSH复合纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及复合纤维材料领域，公开了PVA‑CSH复合纤维及其制备方法，将PVA原料加入热水中搅拌溶解后加入纳米水化硅酸钙分散液，搅拌均匀脱去气泡得到复合纺丝原液；纳米水化硅酸钙在PVA溶液中分散性好，原液可纺性不受影响，纺丝过程中不断丝，不堵孔，滤网上无团聚颗粒，在湿法纺丝工艺中喷丝孔强剪切场作用下，纳米水化硅酸钙向纤维表面迁移，经多级热拉伸和热定型制得表面富含纳米水化硅酸钙颗粒的PVA‑CSH复合纤维；该PVA‑CSH复合纤维应用到水泥基材料中时，其表面粗糙，且纤维表面的纳米水化硅酸钙作为水泥水化产物可提供成核位点，降低成核势垒，诱导并促进水泥水化产物沿纤维轴向生长，在增加纤维与水泥基材料界面相互作用的同时，还可以提高其早期力学性能。

技术领域

本发明涉及复合纤维材料领域，具体涉及PVA-CSH复合纤维及其制备方法。

背景技术

随着建筑行业的发展，纤维混凝土在实际工程中得到了广泛的应用，研究表明纤维可提高混凝土的韧性，抑制混凝土的早期塑性开裂，有效控制裂缝的发展，对混凝土的抗渗，防水及抗冻等耐久性也有很好的促进作用。

纤维混凝土中常用的纤维有钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、聚丙烯(PP)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维等，其中PP纤维化学稳定性好，价格适中，加入混凝土中可钝化原生裂隙尖端的应力集中，使介质内的应力场更加连续和均匀，提高混凝土早期抗拉强度，因此PP纤维被广泛应用于现代工程中。但PP纤维极性较低，纤维表面光滑、疏水，与水泥相互作用力较小，也影响了其在混凝土中性能的发挥。近年来许多报道指出通过对PP纤维进行表面改性，如压痕、等离子处理和二氧化硅亲水改性均可改善PP纤维与水泥的界面作用力，进而提高纤维混凝土的力学性能。

PVA纤维分子结构中富含羟基，极性大，与水泥相互作用力较聚丙烯纤维强，但由于其分子结构规整，高强高模PVA纤维结晶度较高，且纤维表面光滑(如图1所示)，与水泥的相互作用力仍然有改进的空间。专利CN105506999A利用含聚硅氧烷、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和润滑剂的乳液对高强高模PVA纤维进行浸轧处理，改善PVA纤维与水泥基体之间的界面，后处理过程较为复杂。专利CN111205026A通过熔法纺丝制备了截面为三角形、三叶型、四叶型或扁平波浪型的异形PVA纤维，增加了纤维的比表面积和与水泥之间的界面粘接强度，但熔法PVA纤维并未市场化。

发明内容

基于以上问题，本发明提供PVA-CSH复合纤维及其制备方法，纳米水化硅酸钙在PVA溶液中分散性好，原液可纺性不受影响，纺丝过程中不断丝，不堵孔，滤网上无团聚颗粒，在湿法纺丝工艺中喷丝孔强剪切场作用下，纳米水化硅酸钙向纤维表面迁移，经多级热拉伸和热定型制得表面富含纳米水化硅酸钙颗粒的PVA-CSH复合纤维；该PVA-CSH复合纤维应用到水泥基材料中时，其表面粗糙，且纤维表面的纳米水化硅酸钙作为水泥水化产物可提供成核位点，降低成核势垒，诱导并促进水泥水化产物沿纤维轴向生长，在增加纤维与水泥基材料界面相互作用的同时，还可以提高其早期力学性能。

为实现上述技术效果，本发采用了以下技术方案：

PVA-CSH复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

S1、PVA-CSH复合纺丝原液的制备：将PVA原料加入热水中搅拌溶解，待均匀稳定后加入纳米水化硅酸钙分散液，继续搅拌使溶液充分混合，静置脱去混合液中的气泡，得到复合纺丝原液；复合纺丝原液中PVA与纳米水化硅酸钙质量比为4～20:1；

S2、初生纤维制备：将上述复合纺丝原液加入料筒，利用计量泵将复合纺丝原液通过喷丝板挤入凝固浴，卷绕得到PVA-CSH复合初生纤维；

S3、后处理：将PVA-CSH复合初生纤维进行多级热拉伸和热定型即获得PVA-CSH复合纤维。

进一步地，步骤S1中PVA原料聚合度为1700～2500，醇解度为99％以上；复合纺丝原液中PVA质量分数为13％～16％，溶解温度为95～98℃，溶解时间为3～6小时。