CN101337781A - 一种混凝土用聚丙烯粗纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土用聚丙烯粗纤维及其制备方法，其单纤维直径或等效直径为0.08－1.5mm，对应的纤度为40－14200旦尼尔，断裂强度大于450MPa，弹性模量大于5000MPa，断裂伸长率为10％－30％。其制备方法是将聚丙烯及其各组分干燥至恒重后混合均匀，经双螺杆挤出机的喷丝板挤出后，进行水浴冷却，然后在高于聚丙烯玻璃化温度的条件下进行分级多次拉伸；在完成拉伸后，对粗纤维束喷洒重量浓度为5.0％的常规聚丙烯纺丝用油剂后进行热定型，再对纤维进行表面压痕处理，最后按长度要求切断打包。本发明可以使粗纤维与基体之间具有良好的界面作用力，从而提高或改善粗纤维增强混凝土的防裂、抗渗、抗折、韧性、抗冲击性以及抗冻融、耐火防爆裂性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯纤维及其制备方法，特别是涉及一种混凝土用聚丙烯粗纤维及其制备方法。
背景技术
混凝土是应用广泛非常重要的建筑材料，目前正向高性能、功能化、高耐久性方向发展。但混凝土固有的抗拉强度低、脆性大、韧性差、抵抗形变能力差等缺点制约了其发展与应用。近数十年来，使用合成纤维来增强混凝土，可达到改善其抗裂防渗性能，优化力学性能，提高抗冻融能力等目的。
合成纤维在混凝土中已经得到了广泛的使用，由于裂缝的减少或消除，保持了砂浆混凝土结构的整体性，改善了其耐久性，从而减少了结构修补与维护成本，达到了节材节能的目的。除此之外，合成纤维的使用无需改变混凝土的配合比与施工条件，应用方便。目前得的到应用的合成纤维主要有聚乙烯纤维(乙纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚丙烯腈(腈纶)、聚乙烯醇(维尼纶)、聚酰胺纤维(尼龙)、聚酯纤维(涤纶)及上述聚合物复合纤维等。
按纤维直径大小来划分混凝土用增强纤维，可分为直径小于100微米的细纤维与直径大于100微米的粗纤维。直径细的合成纤维对阻止混凝土的早期塑性开裂非常有效，但由于细纤维的掺量不能过高，对硬化混凝土的抗开裂、韧性、弯拉强度、抗冲击性等性能的改善有限。以往用钢纤维阻止硬化混凝土的开裂，提高混凝土韧性与抗冲击性能，但钢纤维存在锈蚀的问题，且掺量高时施工中有结团现象，也会磨损或损害搅拌器/车的圆筒及输送管道。粗合成纤维是一种新型的增强增韧材料，耐腐蚀、易分散、掺量低于钢纤维，能提高混凝土的抗干缩开裂与韧性，在恶劣环境工程中能替代钢纤维或焊接纤维网，抵抗温度应力，在路面工程中使用也不会损坏交通工具的轮胎。可广泛用于喷射混凝土、混凝土路面、桥面及工业地坪、机场跑道、装卸码头和停车场等。
合成纤维在混凝土中的使用拓宽了纤维的应用领域。在纺织行业适用的纤维并不具备在混凝土中应用的性能，为了发挥合成纤维在混凝土中的相应作用，要求其除了具备合适的力学性能外，还必须在混凝土中具有良好的分散性，这样才能使之发挥阻裂作用；纤维与混凝土的界面粘结强度也是影响纤维在混凝土中使用效果的主要因素之一。在纤维混凝土承受拉力时，荷载由混凝土通过纤维-混凝土界面传递给纤维，如果界面没有粘结，纤维容易产生滑移无法产生增强作用；界面粘结不充分，则可能发生界面粘结破坏，纤维也无法充分发挥其增强作用。只有在界面粘结充分的情况下，纤维才能充分发挥增强作用。针对以上情况，提高合成纤维在砂浆混凝土中的分散性，改善纤维-混凝土基材之间的弱界面状态，成为本技术领域研究开发的重点与热点之一。
由于聚丙烯为疏水性聚合物，与混凝土基材没有可以相互作用的官能团，因此在保证粗纤维分散良好的前提下，改善纤维-基材之间的界面性能是非常有必要的，这也是充分发挥聚丙烯粗纤维增强增韧效果的前提之一。
在砂浆混凝土使用较多的聚丙烯纤维为直径范围为20-50微米的细纤维，其最主要作用就是减少或抑制早期塑性开裂。针对提高分散性与改善纤维-基材界面的改性方法也非常多，而对混凝土用聚丙烯粗纤维的改进技术就少有报道。
中国专利ZL200410033670.X公开了一种混凝土用增强型改性聚丙烯粗纤维及其制备方法，其纤度为64-9300旦尼尔，当量直径为0.1mm-1.2mm，抗拉强度为280-500MPa，弹性模量3800-5000MPa，极限拉伸率为15％-30％。并通过用含有亲水基团的高分子化合物与聚丙烯共混，固化前再经过物理和化学的方法对粗纤维表面进行凹凸螺纹处理，从而使粗纤维与混凝土之间有良好的握裹力，改善或提高混凝土的韧性、抗冲击、抗裂、抗冻、防渗、弯拉以及耐久性等综合性能。
中国专利ZL 200620024146.5公布了一种工程用碳塑加强筋，其特点是在直径为0.5-0.8毫米的柱面上轴向分布有若干个相互平行的“V”或“U”形凹槽。
中国专利ZL200510002624.8公开了一种异型塑钢纤维的生产方法，其直径为0.5-1.5mm，长度为20-60mm，通过先进的生产工艺和纤维结构的特殊处理，以获得表面粗糙、断面为五叶、六叶及多棱形状，横截面为凹凸形、波浪形、锯齿形状的纤维。
US 6863969B2也公开了一种混凝土用的粗纤维，纤维的截面形状为椭圆形或其他多边形，截面的平均宽度为1.0-5.0毫米，截面的平均厚度为0.1-0.3毫米，以此来减少纤维的成团并使纤维-基体的粘接力提高。US 20030082376A1也公开了类似的粗纤维产品。
从以上对聚丙烯粗纤维的改性方法可以看出，现有技术的研究均集中在通过使用物理方法形成粗糙的表面与制备异型截面的粗纤维来提高其在混凝土中握裹力，从而发挥出粗纤维的增强效果。但仅仅通过物理方法或添加亲水性聚合物的方法来提高分散性、改善纤维-基材之间的界面还是存在一定的局限性：纤维与基材之间的界面无法充分被水化产物填充，亲水性聚合物的存在会使界面存在水膜聚集，使水灰比过大，相应增大了孔隙率，从而影响纤维的增强增韧效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型混凝土用聚丙烯粗纤维，该纤维表面上的界面改性剂能参与水化反应，改善纤维-混凝土基材的界面，具有良好的分散性，不影响混凝土的工作性，在一定程度上减少或抑制硬化混凝土的裂缝，提高抗冲击等力学性能，改善抗渗、抗冻融等耐久性能。
本发明所述混凝土用聚丙烯粗纤维单纤维直径或等效直径为0.08-1.5mm，对应的纤度为40-14200旦尼尔，断裂强度大于450MPa，弹性模量大于5000MPa，断裂伸长率为5％-30％。
所谓等效直径是当纤维截面为三角形等异形截面时换算成圆形所得到的直径。
本发明的纤维长度为10-60mm。
本发明单纤维直径或等效直径优选为0.6mm-1.2mm，对应的纤度为2275-9100旦尼尔，断裂强度为450-500MPa，弹性模量为5000-5400MPa，优选的断裂伸长率为15％-20％，优选的纤维长度为20-50mm。
本发明所述混凝土用聚丙烯粗纤维包括聚丙烯、重量为聚丙烯加入量0.1％-25％的界面改性剂、重量为聚丙烯加入量0.0％-5.0％的聚丙烯白色色母粒、重量为聚丙烯加入量0.1-0.5％的抗氧化剂和重量为聚丙烯加入量0.1-0.3％的紫外吸收剂。
聚丙烯白色色母粒为常规的市售产品，主要由白色颜料与聚丙烯共混而成。
上述各组分的优选比例是：包括聚丙烯、重量为聚丙烯加入量0.2％-15％的界面改性剂、重量为聚丙烯加入量0.0％-3.0％的聚丙烯白色色母粒、重量为聚丙烯加入量0.1-0.3％的抗氧化剂和重量为聚丙烯加入量0.15-0.25％的紫外吸收剂。
上述各级分最优选的比例是：包括聚丙烯、重量为聚丙烯加入量0.5％-5％的界面改性剂、重量为聚丙烯加入量0.0％-2.0％的聚丙烯白色色母粒、重量为聚丙烯加入量0.15-0.20％的抗氧化剂和重量为聚丙烯加入量0.15-0.20％的紫外吸收剂。
上述聚丙烯为等规度不小于96％的均聚物，熔融指数为1-50g/10min，优选的为等规度不小于98％的均聚物，熔融指数为2-25g/10min。
上述界面改性剂为经过表面处理的界面改性剂，选自微纳米级的无定形二氧化硅、硅灰与粉煤灰其中的一种或一种以上任意比例的混合物。
界面改性剂具体的表面处理即改性的方法为：采用硅烷偶联剂对改性剂进行表面处理，以二氧化硅为例，其具体改性方法是：用去离子水将二氧化硅配置成重量浓度为5％的悬浮液，在乳化机中以5000r/min的转速，分散30min，转移到反应釜中，搅拌并升温，当温度达到70℃时，一次加入配制好的充分水解的重量浓度为15％硅烷偶联剂水溶液，且保证硅烷偶联剂的用量为纳米二氧化硅的1％，恒温反应1.0-3.5小时；将悬浮液过滤、低温烘干备用。当采用硅灰或粉煤灰或硅灰与粉煤灰的混合物或二氧化硅与硅灰和/或粉煤灰的混合物作为界面改性剂时，改性方法和上述单用二氧化硅时的改性方法相同。上述方法为常规的公知方法。
作为界面改性剂所用的无定形二氧化硅、硅灰与粉煤灰的粒径要求小于20微米，它们不仅具有一定的亲水性，分布在粗纤维表面的界面改性剂可以赋予纤维一定的亲水性，提高纤维的分散性，而且更为重要的是，在粗纤维掺入混凝土使用时，它们能参与水化反应，形成的水化产物成为改善纤维-基体界面性能的“桥梁”。
由于硅灰及粉煤灰为灰色或褐色等深色物质，当用到硅灰或粉煤灰作界面改性剂时，需要加入聚丙烯白色色母粒，其添加量为聚丙烯的1.0％-5.0％，使聚丙烯粗纤维产品外观为白色或浅色。
由于聚丙烯在加工过程中容易热氧老化，在应用过程中易受紫外照射而老化，故本发明中加入了抗氧化剂和紫外吸收剂。
本发明在使用界面改性剂改善纤维-基材界面性能的基础上，在纤维牵伸热定型后，对其进行表面压痕处理，其压痕的间距为5mm，压痕为“V”形，“V”形压痕的上口宽度为0.4mm，深度为纤维直径或当量直径的5％，压痕垂直粗纤维的轴向。这样可以增大纤维与基材的接触面积，形成一定的物理铆合作用，增强界面物理粘结，有效防止纤维混凝土在载荷条件下被拔出，从而使粗纤维增强增韧的作用得到更充分的发挥。
本发明的截面形状可以为圆形、三角形、矩形、五边形、“∞”字形、中空形。异型截面的纤维可更进一步增加纤维的握裹力。
本发明的制备方法是：将聚丙烯及其各组分干燥至恒重后按比例混合均匀，经双螺杆挤出机的喷丝板挤出后，进行水浴冷却，然后在高于聚丙烯玻璃化温度的条件下进行分级多次拉伸；在完成拉伸后，对粗纤维束喷洒重量浓度为5.0％常规聚丙烯纺丝用油剂后进行热定型，再对纤维进行表面压痕处理，最后按长度要求切断、打包即得混凝土用聚丙烯粗纤维产品。
上述各组分的混合在高速混合机中进行，以使界面改性剂、抗氧化剂等组分的均匀分散。
挤出过程中螺杆挤出成型温度为：机筒加料段为170-200℃，塑化段为210-240℃，均化段为250-270℃，模具喷丝板温度为270-300℃。
熔体在经喷丝板流出后在10-20℃的水浴中冷却，高温熔体的骤冷可以使聚丙烯保持较低的结晶度，非晶区较多的纤维可在后牵伸阶段达到较大的牵伸倍数，从而获得良好的力学性能。水浴中含有重量浓度为3.0％常规聚丙烯纺丝用油剂，如HMB-202(浙江皇马化工集团股份有限公司)、HAPP-66(江苏省海安石油化工厂)、2038(常州灵达化学品有限公司)，其作用是使纤维束有较好的平滑性与集束性、抗静电性，并防止牵伸过程中缠绕罗拉。
上述分级多次拉伸拉伸级数为2-5级，总拉伸倍数为3-10倍。由于是在高于聚丙烯玻璃化温度的条件下进行，这样就保证了聚合物分子链的蠕动、伸展与排列，从而充分取向。
上述热定型在80℃-135℃条件下进行。热定型目的是消除粗纤维在被强制拉伸时产生的内应力，而没有进行热定型单丝在应用时遇高温会发生收缩。
本发明所述聚丙烯粗纤维的主要性能指标：(参考GB/T 14335-93、GB/T 14337-93、GB/T 21120-2007相关测试方法进行)
| 项目 | 指标 | 项目 | 指标 |
| 密度(g/cm3) | 0.90-0.97 | 直径(mm) | 0.08-1.5 |
| 旦数 | 40-14200 | 纤维长度(mm) | 10-60 |
| 断裂强度(MPa) | ＞450 | 弹性模量(MPa) | ＞5000 |
| 断裂伸长率(％) | 10-30 | 耐碱性能*(％) | ≥95 |
*：耐碱性能是按照GB/T 21120-2007附录B水泥混凝土和砂浆用合成纤维耐碱性能试验方法进行检测，是指纤维的断裂强度保持率≥95％。
本发明所述混凝土用聚丙烯粗纤维具有以下特点：
1、为了改善纤维-基材的界面性能，所用的界面改性剂本身具有亲水性，分布在粗纤维表面能赋予纤维持久的亲水性，从而改变了聚丙烯的疏水本质，提高了纤维的分散性与握裹力。
2、界面改性剂如无定形二氧化硅、硅灰及粉煤灰均能参与水化反应，形成的水化产物能够填充纤维-基材之间弱界面中的空隙，使界面更为致密，从而极大地改善了它们之间的弱界面状态。
3、抗氧化剂的加入减少或消除了聚丙烯高温加工过程中的热氧老化，而紫外吸收剂的加入则提高了聚丙烯粗纤维抗老化能力。
4、在纤维牵伸热定型后，对其进行表面压痕处理，这些表面的“V”形刻痕可以增加纤维与基材之间有接触面积，形成纤维与基材的物理铆合，当纤维混凝土承受载荷时，纤维不会轻易被拔出。
5、当粗纤维的横截面为三角形、矩形、五边形、“∞”字形、中空形时，可以增加界面改性剂与混凝土基材的接触面积，有更多的界面改性剂参与水化反应。
6、制备新型混凝土用聚丙烯粗纤维所用的界面改性剂热稳定性好，在纺丝温度范围内不会发生热分解；均能耐酸碱腐蚀，从而保证纤维在强碱性条件下力学性能不恶化，同时界面改性剂成本低、来源广泛稳定。
本发明由于含有界面改性剂、抗氧化剂与紫外吸收剂，并通过表面压痕对粗纤维表面进行处理，使纤维具有一定的亲水性、良好的分散性、与基材的界面性能得到改善，耐热氧老化并具有长期抗老化性能。能够提高或改善粗纤维增强混凝土的防裂、抗渗、抗折、韧性、抗冲击性以及抗冻融、耐火防爆裂性能，能延长混凝土构件的服役寿命，减少维护与修补费用，节能节材，具有良好的经济效益与社会效益。
本发明在实际应用中，储运容易、掺入方便，与钢纤维相比，在较低掺量下就能达到等同的增强增韧效果，且基本上不影响混凝土的容重。它不需要改变混凝土原来的配合比，对混凝土的工作性几乎无影响，在海洋恶劣环境或高腐蚀性环境中比钢纤维更有优势，在岩土护坡加固中可部分或全部取代焊接纤维网，能增加混凝土路面及工业地坪的耐磨性。在喷射混凝土中使用时，能减少扬尘与喷射混凝土的回弹，增加混凝土的粘聚性并减少离析，减少对混凝土泵及喷射管的磨损，即使纤维的使用长度达到喷射管直径的0.7倍，也不会发生喷射管堵塞。
具体实施方式
下面用实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明。
实施例1
对二氧化硅进行表面处理，方法如下：称取一定质量的纳米二氧化硅，用去离子水配置重量浓度为5％的悬浮液，在乳化机中以5000r/min的转速，分散30min，转移到反应釜中，搅拌并升温，当温度达到70℃时，一次加入配制好的充分水解的重量浓度为15％的γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷(KH570)水溶液，且保证KH570的用量为纳米二氧化硅的1％，恒温反应1.0小时；将悬浮液过滤、低温烘干备用。
所用原材料均干燥至恒重后备用。将熔融指数为8g/10min的聚丙烯切片5kg加入高速混合机，再分别加入0.25kg已表面处理的二氧化硅、5g抗氧化剂1076、5g紫外吸收剂UV327，混合均匀后，把物料转移到双螺杆挤出机料斗中，螺杆各区的设定温度如下：
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 机头 |
| 180℃ | 220℃ | 240℃ | 260℃ | 270℃ | 280℃ | 285℃ |
熔体经过熔融、静态混合器混合、过滤器过滤后，从喷丝板的圆形喷丝孔挤出，进入10℃的水浴中冷却，水浴中含有3.0％常规聚丙烯纺丝用油剂2038(常州灵达化学品有限公司)，出水浴后的纤维在80℃的热辊上牵伸4.5倍，再经烘箱加热，继续在135℃的热辊上二次拉伸，倍数为2.0倍，拉伸完成后通过油嘴向纤维束喷射油剂2038的5.0％水溶液，接着纤维进行热定型，定型后对纤维进行表面压痕处理，切断成预定长度的聚丙烯粗纤维，打包成品。产品记号为A。
实施例2
对二氧化硅进行表面处理，方法如实施例1。
所用原材料均干燥至恒重后备用。将熔融指数为12g/10min的聚丙烯切片5kg加入高速混合机，再分别加入0.50kg已表面处理的二氧化硅、7.5g抗氧化剂DLTP、5g紫外吸收剂UV327，混合均匀后，把物料转移到双螺杆挤出机料斗中，螺杆各区的设定温度如下：
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 机头 |
| 170℃ | 210℃ | 225℃ | 250℃ | 260℃ | 260℃ | 270℃ |
熔体经过熔融、静态混合器混合、过滤器过滤后，从喷丝板的正五边形喷丝孔挤出，进入15℃的水浴中冷却，水浴中含有3.0％常规聚丙烯纺丝用油剂2038(常州灵达化学品有限公司)，出水浴后的纤维在80℃的热辊上牵伸5.0倍，再经烘箱加热，继续在135℃的热辊上二次拉伸，倍数为2.0倍，拉伸完成后通过油嘴向纤维束喷射油剂2038的5.0％水溶液，接着纤维进行热定型，定型后对纤维进行表面压痕处理，切断成预定长度的聚丙烯粗纤维，打包成品。产品记号为B。
实施例3
对硅灰进行表面处理，方法如下：称取一定质量的硅灰，用去离子水配置重量浓度为5％的悬浮液，在乳化机中以6000r/min的转速，分散30min，转移到反应釜中，搅拌并升温，当温度达到70℃时，一次加入配制好的充分水解的重量浓度为15％的γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷(KH570)水溶液，且保证KH570的用量为硅灰的2％，恒温反应1.0小时；将悬浮液过滤、低温烘干备用。
所用原材料均干燥至恒重后备用。将熔融指数为15g/10min的聚丙烯切片5kg加入高速混合机，再分别加入0.15kg聚丙烯白色色母粒、0.20kg已表面处理的硅灰、10.0g抗氧化剂DLTP、7.5g紫外吸收剂UV327，混合均匀后，把物料转移到双螺杆挤出机料斗中，螺杆各区的设定温度如下：
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 机头 |
| 175℃ | 215℃ | 225℃ | 255℃ | 265℃ | 265℃ | 280℃ |
熔体经过熔融、静态混合器混合、过滤器过滤后，从喷丝板的圆形喷丝孔挤出，进入10℃的水浴中冷却，水浴中含有3.0％常规聚丙烯纺丝用油剂2038(常州灵达化学品有限公司)，出水浴后的纤维在80℃的热辊上牵伸4.0倍，再经烘箱加热，继续在130℃的热辊上二次拉伸，倍数为1.5倍，拉伸完成后通过油嘴向纤维束喷射油剂2038的5.0％水溶液，接着纤维进行热定型，定型后对纤维进行表面压痕处理，切断成预定长度的聚丙烯粗纤维，打包成品。产品记号为C。
实施例4
对粉煤灰进行表面处理，方法如下：称取一定质量的粉煤灰，用去离子水配置重量浓度为5％的悬浮液，在乳化机中以4000r/min的转速，分散25min，转移到反应釜中，搅拌并升温，当温度达到70℃时，一次加入配制好的充分水解的重量浓度为15％的γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷(KH570)水溶液，且保证KH570的用量为硅灰的1.5％，恒温反应1.0小时；将悬浮液过滤、低温烘干备用。
所用原材料均干燥至恒重后备用。将熔融指数为28g/10min的聚丙烯切片5kg加入高速混合机，再分别加入0.25kg聚丙烯白色色母粒、0.10kg已表面处理的粉煤灰、10.0g抗氧化剂DLTP、7.5g紫外吸收剂UV327，混合均匀后，把物料转移到双螺杆挤出机料斗中，螺杆各区的设定温度如下：
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 机头 |
| 175℃ | 215℃ | 225℃ | 255℃ | 265℃ | 265℃ | 280℃ |
熔体经过熔融、静态混合器混合、过滤器过滤后，从喷丝板的“∞”字形喷丝孔挤出，进入18℃的水浴中冷却，水浴中含有3.0％常规聚丙烯纺丝用油剂2038(常州灵达化学品有限公司)，出水浴后的纤维在75℃的热辊上牵伸4.8倍，再经烘箱加热，继续在120℃的热辊上二次拉伸，倍数为1.2倍，拉伸完成后通过油嘴向纤维束喷射油剂2038的5.0％水溶液，接着纤维进行热定型，定型后对纤维进行表面压痕处理，切断成预定长度的聚丙烯粗纤维，打包成品。产品记号为D。
实施例5
对二氧化硅进行表面处理，方法如实施例1。
对硅灰进行表面处理，方法如实施例3。
所用原材料均干燥至恒重后备用。将熔融指数为20g/10min的聚丙烯切片5kg加入高速混合机，再分别加入0.20kg聚丙烯白色色母粒、已表面处理的二氧化硅与硅灰各0.20kg、10.0g抗氧化剂DLTP、7.5g紫外吸收剂UV327，混合均匀后，把物料转移到双螺杆挤出机料斗中，螺杆各区的设定温度如下：
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 机头 |
| 175℃ | 215℃ | 225℃ | 255℃ | 265℃ | 265℃ | 280℃ |
熔体经过熔融、静态混合器混合、过滤器过滤后，从喷丝板的圆形喷丝孔挤出，进入10℃的水浴中冷却，水浴中含有3.0％常规聚丙烯纺丝用油剂HAPP-66(江苏省海安石油化工厂)，出水浴后的纤维在80℃的热辊上牵伸4.0倍，再经烘箱加热，继续在130℃的热辊上二次拉伸，倍数为1.5倍，拉伸完成后通过油嘴向纤维束喷射油剂HAPP-66的5.0％水溶液，接着纤维进行热定型，定型后对纤维进行表面压痕处理，切断成预定长度的聚丙烯粗纤维，打包成品。产品记号为E。
实施例6
对二氧化硅进行表面处理，方法如实施例1。
对硅灰进行表面处理，方法如实施例3。
对粉煤灰进行表面处理，方法如实施例4。
所用原材料均干燥至恒重后备用。将熔融指数为22g/10min的聚丙烯切片5kg加入高速混合机，再分别加入0.25kg聚丙烯白色色母粒、0.20kg已表面处理的二氧化硅、硅灰与粉煤粉各0.10kg、12.0g抗氧化剂DLTP、10.0g紫外吸收剂UV327，混合均匀后，把物料转移到双螺杆挤出机料斗中，螺杆各区的设定温度如下：
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 机头 |
| 175℃ | 215℃ | 225℃ | 255℃ | 265℃ | 265℃ | 280℃ |
熔体经过熔融、静态混合器混合、过滤器过滤后，从喷丝板的圆形喷丝孔挤出，进入12℃的水浴中冷却，水浴中含有3.0％常规聚丙烯纺丝用油剂HAPP-66(江苏省海安石油化工厂)，出水浴后的纤维在80℃的热辊上牵伸4.2倍，再经烘箱加热，继续在130℃的热辊上二次拉伸，倍数为1.8倍，拉伸完成后通过油嘴向纤维束喷射油剂HAPP-66的5.0％水溶液，接着纤维进行热定型，定型后对纤维进行表面压痕处理，切断成预定长度的聚丙烯粗纤维，打包成品。产品记号为F。
各产品的性能汇总如下表：
| 产品编号 | A | B | C | D | E | F |
| 纤度(旦尼尔) | 2275 | 4044 | 5119 | 9100 | 6319 | 6319 |
| 当量直径(mm) | 0.6 | 0.8 | 0.9 | 1.2 | 1.0 | 1.0 |
| 纤维长度(mm) | 50 | 40 | 50 | 30 | 40 | 40 |
| 截面形状 | 圆形 | 正五边形 | 圆形 | “∞”字形 | 圆形 | 圆形 |
| 断裂强度(MPa) | 527 | 509 | 491 | 466 | 471 | 495 |
| 弹性模量(MPa) | 5560 | 5730 | 5420 | 5690 | 5770 | 5650 |
| 断裂伸长率(％) | 22 | 25 | 19 | 14 | 20 | 16 |
产品应用：
混凝土配合比：
| 产品编号 | 水泥 | 粗集料 | 砂 | 水 | 减水剂 | 粗纤维 |
| O | 415 | 1050 | 760 | 175 | 2.0 | 0.0 |
| A | 415 | 1050 | 760 | 175 | 2.0 | 8.0 |
| B | 415 | 1050 | 760 | 175 | 2.0 | 5.0 |
| C | 415 | 1050 | 760 | 175 | 2.0 | 9.0 |
| D | 415 | 1050 | 760 | 175 | 2.0 | 6.0 |
| E | 415 | 1050 | 760 | 175 | 2.0 | 6.0 |
| F | 415 | 1050 | 760 | 175 | 2.0 | 6.0 |
注：上述物料的单位为kg/m3
本发明的使用效果(测试依据：GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准，CECS13-89钢纤维混凝土试验方法)如下：
| 产品编号 | O | A | B | C | D | E | F |
| 塑性收缩减少比例 | 0％ | 65％ | 55％ | 67％ | 59％ | 60％ | 58％ |
| 干燥收缩减少比例 | 0％ | 82％ | 73％ | 91％ | 77％ | 85％ | 80％ |
| 防渗能力提高比例 | 0％ | 79％ | 77％ | 84％ | 81％ | 80％ | 79％ |
| 抗折性能提高比例 | 0％ | 37％ | 32％ | 41％ | 36％ | 40％ | 35％ |
| 抗冲击性提高比例 | 0％ | 214％ | 198％ | 203％ | 190％ | 220％ | 228％ |
| 抗弯韧性提高比例 | 0％ | 313％ | 273％ | 287％ | 306％ | 297％ | 300％ |
Claims (13)
1、一种混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于单纤维的直径或等效直径为0.08-1.5mm，对应的纤度为40-14200旦尼尔，断裂强度大于450MPa，弹性模量大于5000MPa，断裂伸长率为10％-30％。
2、根据权利要求1所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于纤维的长度为10-60mm。
3、根据权利要求1或2所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于所述的聚丙烯粗纤维包括聚丙烯、重量为聚丙烯加入量0.1％-25％的界面改性剂、重量为聚丙烯加入量0.0％-5.0％的聚丙烯白色色母粒、重量为聚丙烯加入量0.1-0.5％的抗氧化剂和重量为聚丙烯加入量0.1-0.3％的紫外吸收剂。
4、根据权利要求3所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于所述的聚丙烯为等规度不小于96％的均聚物，熔融指数为1-50g/10min。
5、根据权利要求3所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于所述界面改性剂选自微纳米级的无定形二氧化硅、硅灰或粉煤灰中的一种或一种以上任意比例的混合物。
6、根据权利要求5所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于采用硅灰或粉煤灰作界面改性剂时，需要加入聚丙烯白色色母粒，其添加量为聚丙烯的1.0％-5.0％，使聚丙烯粗纤维产品为白色或浅色。
7、根据权利要求1或2所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于在纤维经牵伸热定型后，对其进行表面压痕处理，其压痕的间距为5mm，压痕为“V”形。
8、根据权利要求1或2所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于“V”形压痕的上口宽度为0.4mm，深度为纤维直径或当量直径的5％，压痕垂直纤维的轴向。
9、根据权利要求1或2所述混凝土用聚丙烯粗纤维，其特征在于纤维的截面形状可以为圆形、三角形、矩形、五边形、“∞”字形、中空形。
10、权利要求1至10任意一项所述混凝土用聚丙烯粗纤维的方法的制备方法，其特征在于：将聚丙烯及其各组分干燥至恒重后按比例混合均匀，经双螺杆挤出机的喷丝板挤出后，进行水浴冷却，然后在高于聚丙烯玻璃化温度的条件下进行分级多次拉伸；在完成拉伸后，对粗纤维束喷洒重量浓度为5.0％的常规聚丙烯纺丝用油剂后进行热定型，再对纤维进行表面压痕处理，最后按长度要求切断、打包。
11、根据权利要求10所述混凝土用聚丙烯粗纤维的方法的制备方法，其特征在于水浴温度为10-20℃，水浴中含有重量浓度为3.0％的常规聚丙烯纺丝用油剂。
12、根据权利要求10所述混凝土用聚丙烯粗纤维的方法的制备方法，其特征在于拉伸级数为2-5级，总拉伸倍数为3-10倍。
13、根据权利要求10所述混凝土用聚丙烯粗纤维的方法的制备方法，其特征在于热定型在80-135℃条件下进行。
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