[发明专利]一种含有碳纤维复配成核剂的混凝土增强用高强度聚丙烯粗纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高强度聚丙烯粗纤维及其制备方法，特别是一种用于混凝土增强的含有碳纤维复配成核剂的混凝土增强用高强度聚丙烯粗纤维及其制备方法。 

背景技术

混凝土由于其具有抗压强度高的优点，被广泛应用于包括房屋、桥梁、大坝、机场、公路、铁路、港口等多种具有不同应力特点和性能要求的场合，是目前用量较大的建筑材料之一。但其也存在韧性差、抗拉强度低、脆性大、易开裂等缺点。因此，提高混凝土的抗拉强度和韧性，延长其工程使用寿命是提高混凝土性能的重要方向，具有重要的应用价值。 

通过将混凝土与各种纤维混合以增加混凝土抗拉强度是目前被广泛使用的方法。其中聚丙烯纤维能有效提高混凝土的冲击韧性和抗裂、抗冻、抗渗能力、同时自身具有较好的化学稳定性，良好的自分散性，耐酸碱、耐腐蚀等特点而被广泛用作混凝土增强的一种纤维材料。 

申请号为01142105.3的中国专利公开了一种用于改善混凝土开裂缺陷的聚丙烯纤维及其制备方法，通过将改性高聚物树脂添加到聚丙烯树脂中进行熔融纺丝，纺丝温度为240～310℃，并用烷基磷酸乙醇胺进行表面处理，得到的纤维与混凝土粘结性增强，且与水泥基体相容性较好，从而提高混凝土的抗裂性，具有防止混凝土开裂的特点。申请号为98103243.5的中国专利提出了用微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料。主要用于防开裂和防渗漏要求较高的大型水利设施和储罐。其中水泥基体100份，微细聚丙烯纤维0.005～0.5，微细聚丙烯纤维的单丝长度为0.5～20.dtex，长度为3～50mm。申请号为96116519.7的中国专利，公布了一种水泥防裂用聚丙烯粗纤维，该纤维为表面多孔，截面为Y型，在水泥混凝土中掺入0.9kg/m³的该纤维能显著提高水泥制品的力学性能。申请号为200810021644.3的中国专利，公布了一种混凝土用聚丙烯粗纤维及其制备方法。该专利采用无定形二氧化硅、硅灰活粉煤灰的一种或多种作为界面改性剂，并加入一定量的聚丙烯白色母粒，抗氧化剂和紫外吸收剂，制得一种改性聚丙烯纤维。该种纤维表面的界面改性剂能参与水化反应，改善纤维与水泥基体的界面粘结性，增强纤维在水泥中的分散性，使得纤维对水泥混凝土的增强增韧效果得以充分发挥。 

上述专利公开的一些聚丙烯纤维增强水泥混凝土方法，主要是采取增加纤维表面粗糙度，改善纤维与混凝土界面性能等方法来提高混凝土的强度及抗裂性。但是通过以上方法改性的聚丙烯纤维对混凝土的韧性和抗裂性改善十分有限。 

在采用聚丙烯纤维制备高性能混凝土的方法中，聚丙烯纤维的模量和强度直接影响混凝土的韧性和抗裂性能。为了获得高强度高模量的纤维，本专利采用以碳纤维作为成核剂中有机成分与成核剂中无机成分复配添加入聚丙烯中，该成核剂的加入在促进聚丙烯的异相成核提高聚丙烯结晶度的同时，能诱导聚丙烯结晶沿纤维单丝方向取向，使聚丙烯粗纤维各向异性，从而更有利于提升聚丙烯粗纤维在拉伸方向的强度模量。 

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种含有碳纤维复配成核剂的混凝土增强用高强度聚丙烯粗纤维，该纤维具有较高的强度和模量，可用于制备高性能混凝土材料。 

本发明的含有碳纤维复配成核剂的混凝土增强用高强度聚丙烯粗纤维为共混物，该共混物包括聚丙烯、成核剂、增容剂、抗氧化剂、紫外吸收剂；各原料在含有碳纤维复配成核剂的混凝土增强用高强度聚丙烯粗纤维中的重量百分含量为：聚丙烯90～99﹪、成核剂0.1～2.5﹪、增容剂0.5～5﹪、抗氧化剂0.1～1.5﹪、紫外吸收剂0.1～1﹪； 

所述的聚丙烯为等规度≥97﹪的均聚物，熔融指数为3～40g/10min；

所述的成核剂为有机无机复配成核剂；该有机无机复配成核剂由有机成分与无机成分按照质量比为1：20～20：1 构成，其中有机成分为碳纤维，无机成分为凹凸棒土、碳酸钙、氧化硅、蒙脱土中的一种或多种。

所述的碳纤维的长度为2～10mm，碳纤维单丝纤度为0.7～1.5dtex。 

所述的增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯、丙烯酰胺接枝聚丙烯、甲基丙烯酸接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的一种或多种；增容剂的作用是提高无机填料与聚丙烯之间的相容性，增强界面粘结性，提高材料的力学性能。 

所述的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂b215、抗氧化剂168、抗氧化剂1076、抗氧化剂b225中的一种；抗氧化剂的作用是减少聚丙烯粗纤维加工过程中氧化降解。