CN111996612B - 一种增强增韧纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强增韧纤维及其制备方法，增强增韧纤维由以下原料制成：超高分子量聚乙烯树脂、有机溶剂和水泥，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的0.1％‑10％。制备方法包括：(1)超高分子量聚乙烯树脂分散在有机溶剂中形成纺丝悬浊液；(2)纺丝悬浊液经过升温溶胀、溶解过程得到纺丝溶液；(3)纺丝溶液经过计量从喷丝孔挤出得到纺丝细流；(5)纺丝细流经过冷却固化得到冻胶丝；(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；上述(1)‑(3)任意步骤中添加水泥。本发明的增强增韧纤维能够分散到混凝土中，改善混凝土的脆性缺陷，对混凝土有增强增韧的作用。

Description

一种增强增韧纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纤维技术领域，具体地说，涉及一种增强增韧纤维及其制备方法。
背景技术
随着城镇化进程的推进，我国城市各类型超高层、复杂结构建筑、大型桥梁等需求不断出现，无筋建筑及各类结构加固工程增多，而普通混凝土材料已经无法满足现实的需求。高性能复合混凝土具有更高的强度、韧性、耐久性、耐候性、可加工性等，因此，纤维增强水泥基材料的需求与日俱增，具有代表性的产品便是超高性能混凝土(UHPC)，也就是纤维增强混凝土。而超高性能混凝土被广泛应用仍然受限，最关键的因素在于很难有能够满足其需求的添加组分-增强增韧纤维。目前纤维增强混凝土主要有两种：一是高弹模量短纤维增强混凝土，其代表纤维是钢纤维；二是低弹模量短纤维增强混凝土，其代表纤维是聚丙烯或尼龙纤维。但这两种纤维对混凝土只起到增强作用，对混凝土的抗裂、增韧效果较差。钢纤维在混凝土中存在难分散、易沉降、锈蚀等问题，制约着其在超高性能混凝土中的应用。
申请号为CN201910820344.X的中国专利申请公开了一种水泥基材料增强玄武岩纤维及其制备方法。包括以下步骤：①、准备基材玄武岩纤维；②、将步骤①中的玄武岩纤维通过浸润剂浸润，所述浸润剂包括重量百分比如下的组分：0.1％-2％的偶联剂、0.5％-10％的成膜剂、0.1％-2％的润滑剂和86％-96％的水；③、将步骤②中经过浸润的玄武岩纤维进行烘干、短切，得到水泥基材料增强玄武岩纤维。该方案在制备玄武岩纤维后，需要在浸润剂中浸润一定的时间，既增加了步骤，也增加了工艺时间，还需要配备相应的设备和人手；同时，该方案中并没有改善纤维与水泥之间的结合力，无法达到很高的强度和韧性。
因此，寻求一种制备方法简单、能在混凝土作为添加成分，并且在水泥中具有高强度、高模量、易分散、高增强性、高增韧性的纤维是需要解决的问题。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种增强增韧纤维及其制备方法。本发明的增韧增强纤维中含有水泥，添加到混凝土中后，纤维中的水泥成分与混凝土产生较好的结合力，改善混凝土脆性缺陷，对混凝土有增强增韧的作用。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
本发明的第一目的是提供一种增强增韧纤维，由以下原料制成：超高分子量聚乙烯树脂、有机溶剂和水泥，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的0.1％-10％。
超高分子量聚乙烯是分子量100万以上的线性聚乙烯，分子式：-(-CH2-CH2-)n-，密度：0.920～0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点超过130℃。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。本发明采用超高分子量聚乙烯树脂制备纤维，并在纺丝过程中添加水泥，获得含有水泥的超高分子量聚乙烯纤维，即增强增韧纤维。如此，既能够利用超高分子量聚乙烯纤维的高强度、高模量的性能，纤维中添加的水泥又能够与外界的混凝土通过物理吸附、化学键等产生作用力，从而可以增加纤维整体与混凝土的附着性，对混凝土有优良的增强增韧的作用。
进一步的方案，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的1％-10％，优选1％-8％，更优选6％。
进一步的方案，所述超高分子量聚乙烯树脂的添加量是有机溶剂质量的7％-30％，优选7％-20％，更优选7％-15％，更优选8％-12％。
当超高分子量聚乙烯树脂的添加量是有机溶剂质量的7％-30％时，制备的纤维性能更佳，当为8％-12％时性能更好。
进一步的方案，增强增韧纤维的断裂强度＞15cN/dtex，初始模量＞600cN/dtex，纤维断裂伸长率为2％-5％。
本发明所述的增强增韧纤维，制备方法可以采用溶液纺丝法，例如可以采用冻胶纺丝法；也可以采用改进的其它纺丝方法。
本发明的第二目的是提供一种如上所述的增强增韧纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将超高分子量聚乙烯树脂分散在有机溶剂中形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液经过升温溶胀、溶解过程得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量从喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；
上述(1)-(3)任意步骤中添加水泥。
水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。作为优选的实施方案，本发明所述的水泥，为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥任意一种或者多种组合。本发明在超高分子量聚乙烯纤维纺丝过程中，在纺丝细流形成之前的步骤中添加水泥，制备获得含有水泥的超高分子量聚乙烯纤维，即增强增韧纤维。如此，获得的纤维既具有超高分子量聚乙烯纤维的高强度、高模量的性能，当纤维添加进入混凝土中时，纤维中添加的水泥又能够与外界的混凝土通过物理吸附、化学键等产生作用力，从而可以增加纤维整体与混凝土的附着性，对混凝土有优良的增强增韧的作用。
进一步的方案，所述水泥的颗粒直径≤100μm；
优选的，所述水泥的颗粒直径≤60μm。
添加至纺丝过程中的水泥颗粒需要很好的分散在纺丝成型过程的溶液中，形成均匀的纺丝液，便于连续不断的纺丝。当水泥颗粒的直径大于100μm时，颗粒感过强，不能很好的分散，不利于形成均匀的溶液，不利于纺丝。当水泥的颗粒优选直径不大于60μm时，能够形成均匀的溶液，有利于形成性能良好的纤维。
进一步的方案，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的0.1％-10％；优选1％-10％，优选1％-8％，更优选6％。
水泥在纤维中的添加量影响增韧增强纤维的性能，水泥的添加量过多，不利于纺丝，水泥的添加量过少，则不能很好的与外界混凝土产生较强的作用力。本发明中，当水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的0.1％-10％时，既能够顺利生产纤维，也能够起到增强与外界混凝土结合的作用；当水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％时，效果最佳。
进一步的方案，所述超高分子量聚乙烯的添加量是有机溶剂质量的7％-30％，优选7％-20％，更优选7％-15％，更优选8％-12％。
本发明所述的超高分子量聚乙烯树脂相对分子量为100万-600万；优选为300-500万。
进一步的方案，所述有机溶剂选自石蜡油、白油、固体石蜡、四氢化萘、十氢化萘、二甲基苯或者甲苯中的一种或者多种；
优选的，有机溶剂为石蜡油或十氢化萘。
本发明所述的悬浊液，是指超高分子量聚乙烯分散在溶剂中还没有发生溶解的状态。
本发明所述的溶胀，是指悬浊液在一定的温度条件下进行溶剂化的过程，是超高分子量聚乙烯体积膨胀，虽然还没有发生溶解但是即将要溶解的过程。
本发明所述的升温溶胀，是指在搅拌的同时，悬浊液在75-101℃下保持一定时间的过程。优选的方案，本发明所述的溶胀，是指在搅拌的同时，悬浊液在75-101℃下保持0.5h-4h的过程。
本发明所述的溶解，是经过溶胀后的原液经过升温发生溶解，溶解方式优选釜式溶解、管式溶解、双螺杆挤出机溶解等。
经过溶解后得到的纺丝溶液经过计量泵计量，从喷丝板的喷丝孔挤出。
本发明的步骤(4)的冷却固化，是指纺丝溶液从喷丝板挤出来后，进入到气相空间、液相空间或者气相液相组合空间进行冷却固化形成冻胶丝束。
本发明所述的冻胶丝干燥，是指除去有机溶剂的过程。
当采用的有机溶剂为挥发性有机溶剂时，直接采用加热干燥除去溶剂，例如十氢萘。
当采用的有机溶剂为非挥发性有机溶剂时，例如石蜡油，先采用萃取剂萃取溶剂，例如氯仿，再通过加热除去萃取剂，得到干态原丝。
得到的干态原丝可以进行直接牵伸或者收卷后再牵伸，采用何种方式，取决于设备空间大小，对于纤维性能没有影响。
进一步的方案，步骤(5)中，干燥温度介于60-140℃之间，取决于干燥设备的空间大小，但是不能低于60℃或者高于140℃。若温度过低，则溶剂残留量高；若温度过高，纤维被破坏严重，很难实现后续再牵伸。
干燥后的原丝经过多倍热拉伸得到含有水泥的超高分子量聚乙烯纤维，即增强增韧纤维。
进一步的方案，步骤(6)中，多倍热牵伸的牵伸倍率为1.1-10；
优选的，牵伸倍率为2.0-5.0；使得到的纤维成品水泥含量更加稳定；
若牵伸倍率过低，纤维取向差，结晶度不高，力学性能低，达不到增强增韧的效果。若牵伸倍率过高，纤维毛丝则较多，不利于分散。另外，需要强调的是，过大的牵伸倍率，会使得纤维内的水泥颗粒对纤维进行破坏，降低纤维品质。
进一步的方案，多倍热牵伸的牵伸温度为130-160℃，经过在130-160℃下牵伸后，为了能够使其稳定，优选135-145℃，0.1-5s的热平衡处理，使得纤维在混凝土使用过程中能够更加耐受水化热。
经过牵伸后的含有水泥成份的纤维，断裂强度﹥15cN/dtex；初始模量﹥600cN/dtex。成品纤维的直径不超过1mm，但是不低于0.01mm，优选0.1mm。同时，纤维断裂伸长率在2％-5％。
本发明的第三目的是提供一种混凝土，所述混凝土中含有上述任一方案所述的增强增韧纤维；
优选的，所述增强增韧纤维切断，经过切断，控制长度在3-20mm，均匀分散在混凝土中。
作为优选的方案，所述增强增韧纤维切断，经过切断，控制长度在6-15mm，更优选的，控制长度在9-12mm，均匀分散在混凝土中。
本发明中，增韧增强纤维中水泥的添加并不是为了改善纤维本身的性能，而是为了制备适于改善混凝土性能的纤维，当本发明的增强增韧纤维添加至混凝土中时，能够很好地与混凝土附着结合，对混凝土起到很好的增强增韧作用。增强增韧纤维分散在混凝土中的长度也非常重要，控制长度在9-12mm时能够达到最佳的抗压强度和抗折强度。本发明所述的含有水泥的增强增韧纤维，对混凝土具有增强增韧的作用。超高分子量聚乙烯纤维内含有的水泥能够与外界的混凝土通过物理吸附、化学键等产生作用力，从而增加了聚乙烯纤维与混凝土的附着性。将得到的含有水泥的超高分子量聚乙烯长纤维，经过切断，均匀分散在混凝土中，用于建筑墙体、路基、桥梁、增强增韧结构体、无筋建筑、建筑或者路面修复。
进一步的方案，混凝土中，所述的增强增韧的纤维的添加量为混凝土质量的1％-10％。如此，含有水泥成分的超高分子量聚乙烯纤维对混凝土起到增强增韧的作用。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明采用超高分子量聚乙烯树脂制备纤维，并在纺丝过程中添加水泥，获得含有水泥的超高分子量聚乙烯纤维，即增强增韧纤维。如此，既能够利用超高分子量聚乙烯纤维的高强度、高模量的性能，纤维中添加的水泥又能够与外界的混凝土通过物理吸附、化学键等产生作用力，从而可以增加纤维整体与混凝土的附着性，对混凝土有优良的增强增韧的作用。
2、本发明在增强增韧纤维的制备方法中，控制水泥的颗粒直径、添加量以及纺丝过程干燥温度、牵伸温度、牵伸倍率等条件，既能够保证纺丝的顺利进行，保证了纤维的品质，又能够使纤维中的水泥与混凝土相互作用，增强混凝土的强度和韧性等性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
(1)将分子量600万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，同时加入直径为100μm硅酸盐水泥，硅酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的0.1％，同时给予100rpm机械搅拌，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在101℃下进行恒温溶胀4h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例2
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在100℃下进行恒温溶胀3h，输送到双螺杆挤出机入料口处，同时在入料口处喂入直径为40μm硅酸盐水泥，硅酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例3
(1)将分子量400万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为12％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下进行恒温溶胀3h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液中加入直径为30μm硅酸盐水泥，硅酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的1％，搅拌均匀后经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例4
(1)将分子量300万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为15％，同时加入直径为60μm硅酸盐水泥，硅酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的8％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在90℃下进行恒温溶胀4h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为140℃，牵伸倍率为1.1；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例5
(1)将分子量100万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为20％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在75℃下进行恒温溶胀0.5h，该过程中加入直径为10μm硅酸盐水泥，硅酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的10％，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为60℃，牵伸倍率为10；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例6
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，同时加入直径为30μm铝酸盐水泥，铝酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在100℃下进行恒温溶胀2h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为80℃，牵伸倍率为2；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例7
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，同时加入直径为60μm硫铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下保持2h，进行升温溶胀，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为120℃，牵伸倍率为5；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例8
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，同时加入直径为20μm铁铝酸盐水泥，铁铝酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下进行恒温溶胀2h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例9
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，同时加入直径为10μm氟铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下进行恒温溶胀2h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例10
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，同时加入直径为40μm磷酸盐水泥，磷酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下进行升温溶胀2h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例11
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到石蜡油中，超高分子量聚乙烯在石蜡油中的质量浓度为7％，同时加入直径为30μm铝酸盐水泥，铝酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下进行升温溶胀2h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例12
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，同时加入直径为30μm铝酸盐水泥，铝酸盐水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下进行升温溶胀2h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
实施例13
(1)将分子量500万的超高分子量聚乙烯分散到十氢萘中，超高分子量聚乙烯在十氢萘中的质量浓度为7％，形成纺丝悬浊液；
(2)纺丝悬浊液在95℃下进行升温溶胀2h，然后经过双螺杆挤出机溶解，得到纺丝溶液；
(3)纺丝溶液经过计量，从喷丝板的喷丝孔挤出得到纺丝细流；
(5)纺丝细流经过20℃风冷却固化得到冻胶丝；
(6)冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；干燥温度为100℃，牵伸倍率为3；最后经过牵伸得到的纤维性能指标如表1。
表1各实施例所得纤维性能指标
Figure BDA0002625599300000101
Figure BDA0002625599300000111
实施例14-26
实施例14-26是分别将实施例1-13制备的纤维切断，控制长度为10mm，纤维添加量是混凝土质量的1.0％，均匀分散在混凝土中，按照T/CBMF37-2018，预制100mm*100mm*100mm立方体标准块，分别测试其第7天和第28天的抗压强度及抗折强度，结果如表2所示。
作为对照组，实施例27为普通混凝土，其中的超高分子量聚乙烯纤维含量为0，也就是没有添加超高分子量聚乙烯纤维。
表2各混凝土的性能参数
Figure BDA0002625599300000112
Figure BDA0002625599300000121
由表1和表2中的结果可以看出，在纤维的制备过程中添加水泥虽然没有改善纤维本身的性能，甚至有所降低，但当控制相同纤维长度并均匀分散在混凝土中时，采用不同纤维制备的混凝土的性能明显不同。
如表2中所示，与不含纤维的混凝土相比(实施例27)，其中分散了超高分子量聚乙烯纤维的混凝土(实施例26)的抗压强度及抗折强度有所提高；而实施例14-25中，分散了含有水泥的纤维的混凝土的抗压强度及抗折强度明显提高。这是因为超高分子量聚乙烯纤维内含有的水泥能够与外界的混凝土通过物理吸附、化学键等产生作用力，从而增加了聚乙烯纤维与混凝土的附着性，进而大大提高了混凝土的抗压强度及抗折强度。其中，实施例15制备的混凝土的强度更佳。
对比例1
本对比例1与实施例1的水泥的添加量不同，其他条件都相同，考察水泥添加量对纤维性能的影响，结果见表3。
表3不同水泥添加量对纤维性能指标的影响
Figure BDA0002625599300000122
Figure BDA0002625599300000131
注：水泥添加量以其与超高分子量聚乙烯树脂质量的百分比计算。
然后将上述制备的不同水泥添加量的纤维切断，控制长度为10mm，纤维添加量是混凝土质量的1.0％，均匀分散在混凝土中，按照T/CBMF37-2018，预制100mm*100mm*100mm立方体标准块，分别测试其第7天和第28天的抗压强度及抗折强度，考察不同水泥含量的纤维分散在混凝土中后，对混凝土性能的影响，结果如表4所示。
表4不同水泥添加量的纤维对混凝土指标的影响
Figure BDA0002625599300000132
注：水泥添加量以其与超高分子量聚乙烯树脂质量的百分比计算。
由表3和表4中可以看出，当水泥的添加量小于超高分子量聚乙烯树脂质量的0.05％，或者大于等于10％时，对混凝土的性能没有改善效果，当水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的1％-8％时，混凝土的抗压强度及抗折强度明显提高，当水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6％时，混凝土的抗压强度及抗折强度明显最佳。
对比例3
本对比例3与实施例12的制备纤维样品条件相同，考察不同长度的纤维分散在混凝土中后，对混凝土性能的影响，结果见表5。
表5不同长度的纤维对混凝土指标的影响
Figure BDA0002625599300000141
由表5中的结果可以看出，控制增强增韧纤维的长度为3-15mm，均匀分散在混凝土中时能够提高混凝土的强度，当增强增韧纤维的长度为9-12mm，均匀分散在混凝土时，混凝土的抗压强度和抗折强度更好。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (17)

1.一种增强增韧纤维，其特征在于，由以下原料制成：超高分子量聚乙烯树脂、有机溶剂和水泥，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的0.1%-10%；所述超高分子量聚乙烯树脂的添加量是有机溶剂质量的7%-30%；增强增韧纤维切断，控制长度在6-15mm，均匀分散在混凝土中，对混凝土增强增韧。
2.根据权利要求1所述的一种增强增韧纤维，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯树脂的添加量是有机溶剂质量的7%-20%。
3.根据权利要求1所述的一种增强增韧纤维，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯树脂的添加量是有机溶剂质量的7%-15%。
4.根据权利要求1所述的一种增强增韧纤维，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯树脂的添加量是有机溶剂质量的8%-12%。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种增强增韧纤维，其特征在于，增强增韧纤维的断裂强度＞15cN/dtex，初始模量＞600cN/dtex，纤维断裂伸长率为2%-5%。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的增强增韧纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将超高分子量聚乙烯树脂分散在有机溶剂中形成纺丝悬浊液；
（2）纺丝悬浊液经过升温溶胀、溶解过程得到纺丝溶液；
（3）纺丝溶液经过计量从喷丝孔挤出得到纺丝细流；
（5）纺丝细流经过冷却固化得到冻胶丝；
（6）冻胶丝经过干燥除溶剂和多倍热牵伸得到增强增韧纤维；
上述（1）-（3）任意步骤中添加水泥，水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的0.1%-10%；所述水泥的颗粒直径≤60μm，所述超高分子量聚乙烯的添加量是有机溶剂质量的7%-30%。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的1%-10%。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的1%-8%。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水泥的添加量是超高分子量聚乙烯树脂质量的6%。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的添加量是有机溶剂质量的7%-20%。
11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的添加量是有机溶剂质量的7%-15%。
12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的添加量是有机溶剂质量的8%-12%。
13.根据权利要求6-12任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自石蜡油、白油、固体石蜡、四氢化萘、十氢化萘、二甲基苯或者甲苯中的一种或者多种。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，有机溶剂为石蜡油或十氢化萘。
15.根据权利要求6-12任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，多倍热牵伸的牵伸温度为130-160℃，牵伸倍率为1.1-10。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，牵伸温度为135-145℃，牵伸倍率为2.0-5.0。
17.一种混凝土，其特征在于，含有权利要求1-5任意一项所述增强增韧纤维。
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