[发明专利]纤维增强材料,由其制造的产品,和制造它们的方法

说明书

发明背景 

本申请是申请日为2003年12月18日、申请号为200380110398.4、题目为“纤维增强材料，由其制造的产品，和制造它们的方法”申请的分案申请。 

发明领域

本发明涉及增强材料，更特别地，涉及用于为建筑材料提供结构和裂缝控制增强的合成纤维材料。 

发明背景描述

众所周知，向建筑材料如胶结材料(cementitious material)、砖、沥青等中加入增强组分能提高材料的结构完整性和降低开裂的可能性。当被掺入到胶结材料如混凝土中时，例如，加入增强组分以降低两种主要结构缺陷：1)低抗拉强度；和2)低断裂应变的影响。混凝土的抗拉强度较低，因为混凝土在被形成时通常包含大量微裂缝。正是这些微裂缝在施加应力下的快速扩散造成材料的低抗拉强度。由于混凝土的广泛使用和适用性，因此已进行了大量研究减少其不足的结构性质的影响。 

被加入到胶结材料的典型增强材料包括例如各种规格的金属丝网或增强纤维。能为建筑材料提供强度特性的各种增强纤维添加剂在本领域中是已知的。典型的增强纤维包括石棉纤维、玻璃纤维、钢纤维、矿物纤维和纤维素纤维。一些增强纤维比其它一些更适于特殊应用。例如，已知石棉纤维提供有效的增强，但由于环境和健康关注，未被广泛使用。另外，玻璃纤维和钢纤维相对昂贵，并在胶结材料中有分解的趋势。钢纤维一般在纤维增强材料的表面处分解，而玻璃纤维由于水泥的碱性而连续进行分解。另外，由于钢纤维的物理和化学特性，在整个混合物中均匀分布钢纤维有一定困难。此外，钢纤维存在降低其效力的一些固有物理和操作缺陷。这类缺陷包括例如在喷注混凝土(air placed concrete)应用中回弹，和因与钢纤 维接触而磨损设备造成的较高设备成本。 

已知混凝土在其被浇注后由于过量混合水的蒸发而有收缩的趋势。塑性收缩导致在混凝土浇注后即刻形成收缩裂缝，这使其基材变弱。不象其它纤维材料，合成纤维被认为能减少由早期塑性收缩引起的这类开裂。例如，用聚烯烃薄膜形成的原纤维化纤维已被成功用于防止或减少开裂。拉伸纤维多次，然后沿至少部分横切于取向方向的线切割。纤维因此被原纤维化。当混合在胶结材料内时，于是它们能提供变形以提高混凝土基材内的锚固和粘结，短纤维分散在整个混合物中，张开形成网状网络，因此提高了胶结基材的强度和粘结特性。 

在纤维增强领域，已取得一些进展来提供提高的韧性和耐久性，并减少了建筑材料如混凝土的基材中的开裂。但是，现有技术的增强纤维具有大量削弱或以其它方式限制它们的效力的缺点。因此，需要能为加入它们的建筑材料提供提高的结构性能的改进增强纤维。特别是需要这样的合成增强纤维，即当被加入到例如胶结材料中时，能提供表现出降低的渗透性、增加的疲劳强度、提高的韧性和减少的塑性收缩的建筑材料。 

发明概述 

在一种实施方案中，本发明提供一种纤维增强材料，其包括每个单丝(filament)为约350至约6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线(strands ofmonofilament)，绞线缠绕(twist)形成纤维束，缠绕程度(degree of twist)大于约0.9匝(turn)/英寸(0.36匝/cm)。 

在另一种实施方案中，本发明提供一种胶结材料用增强物，其包括多根聚烯烃单丝，所述多根单丝处于缠绕构造，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。 

本发明还提供增强的胶结材料，其包括胶结体(cementitious mass)和分散在整个胶结体内的纤维组分。纤维组分是每个单丝为约350至约6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。 

本发明还提供通过将多根聚烯烃单丝绞线缠绕成纤维束用于混入到胶结体内的胶结材料用增强材料，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。 

在另一种实施方案中，本发明提供一种用作胶结材料增强物的合成纤 维混合物，其包括第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分被原纤维化，并由均聚物材料形成。第二合成纤维组分为与第一纤维组分分离(discrete)的共聚物，并为缠绕形成非互连束的多根单丝，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。