CN1888161A - 用于防爆混凝土的多孔聚丙烯改性纤维 - Google Patents

用于防爆混凝土的多孔聚丙烯改性纤维 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于防爆混凝土的多孔聚丙烯改性纤维，其特征在于以熔融指数为16～60的聚丙烯切片为主体原料，按聚丙烯原料总量计算，添加0.1～1％的双硬脂肪酸酰胺表面活性剂，并且加入0.1～6％的无机陶瓷微粉，进行共混或重新造粒后，采用高压纺丝及多级拉伸的方法，纺制成高强聚丙烯多孔状长丝，经切割后用于混凝土或砂浆，该纤维能显著增强混凝土的防爆性能，防止混凝土高温后爆裂破碎，保持混凝土构件的完整性。

Description

用于防爆混凝土的多孔聚丙烯改性纤维
技术领域
本发明涉及一种用于混凝土的改性纤维，尤其是一种用于防爆混凝土的多孔聚丙烯改性纤维。
背景技术
纤维在混凝土中的作用，主要是为了防止水泥在固化时的塑性收缩导致的裂缝，现有技术中，加入的纤维主要有金属钢纤维，无机石棉纤维、玻璃纤维以及各种合成纤维。
英国专利(1130612)提出以膜裂聚丙烯纤维代替传统的增强纤维，用以提高混凝土的抗裂防渗、抗冲击、抗弯曲性能，但聚丙烯膜裂纤维由于其形态的网状结构，在水泥混和中不易分散，容易使局部产生结团现象，因而会影响纤维混凝土力学性能的提高。
中国专利CN 1273951A和CN 1322865A所公开的技术是采用三叶型或星型截面形状的纤维，利用其有分枝夹角的异型横截状增大纤维截面，提高与混凝土的啮合度，从而有利于混凝土抗裂抗渗、抗冲击、抗弯曲性能的提高。然而上述技术没有涉及如何防止混凝土的爆裂性，而对建筑物、地下设施水泥混凝土及砂浆层而言，在高温后避免混凝土爆破破碎，并保持混凝土构件的完整性非常重要，以防止爆裂后的碎片对人体造成伤害。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种具有多孔截面形状的聚丙烯纤维添加到混凝土中，增强混凝土的防爆性能，防止混凝土高温后爆裂破碎，保持混凝土构件的完整。
为实现本发明的目的，特公开以下技术方案：多孔聚丙烯改性纤维的制作方法，其特征在于以熔融指数为16～60的聚丙烯切片为主体原料，按聚丙烯原料总量计算，添加0.1～1％的双硬脂肪酸酰胺表面活性剂，并且加入0.1～6％的无机陶瓷微粉，进行共混或重新造粒后，采用高压纺丝及多级拉伸的方法，纺制成高强聚丙烯多孔状长丝，用于混凝土或砂浆时可切割成3～25mm的短纤维。
下面结合上述工艺流程，对制作方法作进一步详细说明。
(1)准备原料及添加剂。
本发明制作多孔聚丙烯改性纤维，主要原料是纤维级聚丙烯切片，其熔融指数为16～60。添加剂双硬脂肪酸酰胺，主要用于改善熔体流变性能，并按“附壁效应”附着在纤维表面，可改善聚丙烯纤维的亲水性，改善纤维互相缠结成团的能力，因而有利于最终纤维在混凝土中的分散；添加剂无机陶瓷微粉，主要是在纤维表面拉伸时有利形成凹凸孔穴，同时纤维表面存在的无机微颗粒易于提高纤维在水泥砂浆固化时的结合力。
(2)共混和造粒
共混的原料为聚丙烯切片，双硬脂肪酸酰胺表面活性剂，无机陶瓷微粉，其共混的方式是将上述原料在啮合机或转鼓式翻腾锅里搅料5～15分钟，转数10～35转/分。然后将共混后的原料直接纺丝或是将初步共混的原料在双螺杆造粒机上重新造粒。双螺杆的熔融温度为I区195～210℃，II区205～265℃，III区215～260℃，挤出模头190～220℃。
(3)多孔异型纤维的纺制
聚丙烯切片，添加剂双硬脂肪酸酰胺及无机陶瓷微粉的共混体经纺丝螺杆熔融挤压后进纺丝箱体计量泵，并在高压组件中(熔体压力80～200kg/cm2)由多孔喷丝板挤出细流。本发明的多孔形状是采用多个C形弧形狭缝组合，细流挤出后在冷却及熔体膨化的双重作用下粘成孔，纺丝箱体及组件的温度为185～265℃。
(4)卷绕
共混后的聚丙烯熔体细流冷却多孔成形后，经冷却甬道经40～130倍的喷丝孔预拉伸后，绕上入卷绕筒管，该工序形成的是多孔初生纤维(卷绕纤维)。
(5)多级后拉伸
本工序是为了进一步提高多孔聚丙烯初生纤维(卷绕纤维)的机械性能，即提高强度和模量，降低延伸度。多级拉伸是通过三道罗拉的速比及中间的热盘、热板来完成的。总拉伸倍率2～12倍，拉伸温度，热盘50～105℃，热板75～125℃，热定型温度：105～135℃。
(6)集束切割
将经多级拉伸的成品纤维，总纤度为800～1500dtex组合成束丝，总旦数30～80万dtex，经曳引张力机牵引入滾刀式切断机切断，切断长度3～25mm。
本发明的纺丝成多孔原理是利用聚丙烯熔体在C形狭缝挤出后膨化且冷却吹风作用下形成自闭粘合，形成多孔腔结构形状的横截面。本发明是一种采用高压纺丝多级拉伸的高强多孔聚丙烯纤维，掺入混凝土或砂浆后，有利于改善水泥构件制品在高温下的防爆裂性。
混凝土及砂浆层在发生火灾后发生爆裂，其爆裂性分为两个阶段，第一阶段发生在100℃左右，这时贮存在水泥构件内部的水汽膨胀，由于在混凝土的砂浆中掺加的多维向分布多孔结构聚丙烯纤维可起到导气的功能而减缓；第二阶段发生在200～300℃，燃烧会使水泥制品的氧化硅气体溶出，此时在混凝土及砂浆层的纤维会溶化，形成大的导孔而使气体排出。从上述的两个阶段中可以看出，多孔聚丙烯纤维可以大幅减少混凝土及砂浆层在高温下的爆裂状况，从而降低火灾对建筑物的危害性。
本发明的显著效果表现在如下几个方面：
(1)本发明采用C状弧形组合的狭缝，熔体由狭缝挤出后粘法纺成多孔纤维，相比导管法纺制多孔纤维相比，生产成本减低50％，特别是纺丝组件清洗简便，有利于大规模工业化生产。
(2)本发明采用长丝高压纺及多级拉伸及短纤维集束切割相结合的工艺，提高了纤维力学性能，纤维抗张强度及弹性模量比市售纤维提高100％，可满足工程纤维对短切纤维的特殊需求。
                         附图说明
附图为制作多孔聚丙烯改性纤维的工艺流程图。
                       具体实施方式
实施例1
原料：            聚丙烯切片            熔融指数：16
添加剂1：         乙撑双硬脂肪酸酰胺
                  按聚丙烯重量添加量0.25％
添加剂2：         氧化锰(无机陶瓷微粉)
                  按聚丙烯重量添加量2.6％
共混时间：        15分，                共混方式：旋转式转鼓搅拌
纺丝孔数：    四孔    狭缝形式：C型：间隙：0.08mm
螺杆各区温度(℃)：一区    二区    三区    四区    弯管法兰区
                  190     205     210     205     198
纺丝温度：        210℃
吹风速度：        0.38m/s
吹风点板距：      18cm
吹风温度：        20℃
纺丝卷绕速度：    860m/分
后拉伸总倍率：    8.8倍
热盘温度：        56℃
热板温度I：       105℃
热板温度II：      115℃
中空度：          12％
成孔率：          100％
抗拉强度：        580MPa
弹性模量：        4800MPa
实施例2
原料：      聚丙烯切片         熔融指数：20
添加剂：    亚乙基双硬脂肪酸胺(按聚丙烯切片总重量0.18％)
添加剂：    氧化锆(无机陶瓷微粉)按聚丙烯切片总重量2.2％
共混时间：  15分钟共混方式：旋转式转鼓搅拌
孔数：      五孔    狭缝组合：四弧C型    间隙：0.06mm
螺杆各区温度℃：一区    二区    三区    四区    弯管法兰区
185    190    205    200    198
纺丝温度：            205℃
吹风速度：            0.40m/s
吹风点板距：          20cm
吹风温度：            18℃
纺丝卷绕速度：        960m/min
后拉伸总倍率：        8.4
热盘温度：            55℃
热板温度I：           102℃
热板温度II：          110℃
中空度：              15％
成孔率：              100％
抗拉强度：            560MPa
弹性模量：            4650MPa
实施例3
原料：    聚丙烯切片    熔融指数    25
添加剂1：亚丙基双硬脂肪酸酰胺(按聚丙烯切片重量计0.16％)
添加剂2：氧化锆(无机陶瓷微粉，按聚丙烯切片重量计2.0％)
共混时间：15分钟共混方式：旋转式转鼓搅拌
孔数：七孔    狭缝组合：六边弧C型    间隙：0.04mm
螺杆各区温度℃：一区    二区    三区    四区    弯管法兰区
                182     195     205     200     202
纺丝温度：        198℃
吹风速度：                0.52m/s
吹风点板距：              18cm
吹风温度：                16℃
纺丝卷绕速度：            900m/min
后拉伸总倍率：            7.6倍
热盘温度：                56℃
热板温度I：               104℃
热板温度II：              112℃
中空度：                  16.8％
成孔率：                  97.5％
抗张强度：                575MPa
弹性模量：                4850MPa
本发明实施例4：
原料：聚丙烯切片    熔融指数    32
添加剂1，亚丙基双硬脂肪酸酰胺(按聚丙烯切片重量计0.15％)
添加剂2，氧化锰(无机陶瓷微粉，按聚丙烯切片重量计1.8％)
共混时间：8分钟    共混方式：旋转式转鼓搅拌
双螺杆造粒温度：I区    II区    III区
                188    195     195
双螺杆造粒反应时间：    6分钟
孔数：九孔(纤维横截面九个孔)狭缝组合：八边弧C型
狭缝间隙：0.035mm
螺杆各区温度℃：一区    二区    三区    四区    弯管法兰区
180    188    195    200    198
纺丝温度：            196℃
吹风速度：            0.55m/s
吹风温度：            8～15℃
吹风点板距：          15cm
纺丝卷绕速度：        890m/min
后拉伸总倍率：        7.4
热盘温度：            58℃
热盘温度I：           106℃
热盘温度II：          115℃
中空度：              18.2％
成孔率：              98％
抗张强度：            560MPa
弹性模量：            4780MPa。

Claims (3)

1、用于防爆混凝土的多孔聚丙烯改性纤维，其特征在于以熔融指数为16～60的聚丙烯切片为主体原料，按聚丙烯原料总量计算，添加0.1～1％的双硬脂肪酸酰胺表面活性剂，并且加入0.1～6％的无机陶瓷微粉，进行共混或重新造粒后，采用高压纺丝及多级拉伸的方法，纺制成高强聚丙烯多孔状长丝，经切割后用于混凝土或砂浆。
2、根据权利要求1所述的多孔聚丙烯改性纤维经切割后用于混凝土和砂浆，其特征在于：可按实际需要切割成3～25mm的短纤维。
3、用于防爆混凝土的多孔聚丙烯改性纤维，其制备方法包括如下步骤：
(1)准备原料及添加剂
本发明所需主要原料是纤维级聚丙烯切片，添加剂双硬脂肪酸酰胺和无机陶瓷微粉，双硬脂肪酸酰胺主要用于改善熔体流变性能，并按“附壁效应”附着在纤维表面，可改善聚丙烯纤维的亲水性，改善纤维互相缠结成团的能力，因而有利于最终纤维在混凝土中的分散；添加剂无机陶瓷微粉，主要是在纤维表面拉伸时有利形成凹凸孔穴，同时纤维表面存在的无机微颗粒易于提高纤维在水泥砂浆固化时的结合力；
(2)共混和造粒
共混的原料为聚丙烯切片，双硬脂肪酸酰胺表面活性剂，无机陶瓷微粉，其共混的方式是将上述原料在啮合机或转鼓式翻腾锅里搅料5～15分钟，转数10～35转/分。然后将共混后的原料直接纺丝或是将初步共混的原料在双螺杆造粒机上重新造粒，双螺杆的熔融温度为I区195～210℃，II区205～265℃，III区215～260℃，挤出模头190～220℃；
(3)多孔异型纤维的纺制
聚丙烯切片，添加剂双硬脂肪酸酰胺及无机陶瓷微粉的共混体经纺丝螺杆熔融挤压后进纺丝箱体计量泵，并在高压组件中(熔体压力80～200kg/cm2)由多孔喷丝板挤出细流；
(4)卷绕
共混后的聚丙烯熔体细流冷却多孔成形后，经冷却甬道经40～130倍的喷丝孔预拉伸后，绕上入卷绕筒管，该工序形成的是多孔初生纤维(卷绕纤维)；
(5)多级后拉伸
本工序是为了进一步提高多孔聚丙烯初生纤维(卷绕纤维)的机械性能，即提高强度和模量，降低延伸度。多级拉伸是通过三道罗拉的速比及中间的热盘、热板来完成的，总拉伸倍率2～12倍，拉伸温度，热盘50～105℃，热板75～125℃，热定型温度：105～135℃；
(6)集束切割
将经多级拉伸的成品纤维，总纤度为800～1500dtex组合成束丝，总旦数30～80万dtex，经曳引张力机牵引入滚刀式切断机切断，切断长度3～25mm。
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