[发明专利]一种混凝土增韧用聚氧亚甲基粗纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氧亚甲基纤维的制备方法，特别是用于混凝土增韧的聚氧亚甲基粗纤维的制备方法。

背景技术

    混凝土是最重要的建筑材料之一，目前正向高性能、功能化、高耐久性方向发展。混凝土存在抗拉强度低、韧性差和易开裂等缺点，导致混凝土结构物在低于极限荷载作用下发生开裂，使结构物服役寿命和耐久性能降低。在水泥基复合材料中掺入合成纤维能改善其脆性，抑制其早期塑性开裂，提高其抗裂、抗渗、韧性、抗疲劳和抗冲击等性能。

合成纤维可按照直径大小划分混凝土用的增强纤维，可分为直径＜0.1mm的细纤维和直径≥0.1mm的粗纤维。细纤维由于其直径小，在混凝土搅拌时易结团，掺量低，仅对混凝土的早期抗裂有效，而对硬化后的混凝土的抗开裂、韧性、弯拉强度、抗冲击性等性能改善有限。粗纤维能够提高混凝土的抗干缩开裂与韧性，是一种混凝土的增强增韧材料，在喷射混凝土、混凝土路面、桥面及工业地坪、机场跑道和停车场等领域得到了应用。

目前，混凝土用的粗纤维主要为聚丙烯（PP）粗纤维。聚氧亚甲基是一种分子链中含有醚键、力学性能优于PP的工程塑料，其与水泥基材料的粘结能力优于PP，且原料价格低于PP，若能制备成粗纤维，可替代PP粗纤维应用，降低粗纤维混凝土成本。目前，聚氧亚甲基纤维的相关报道主要如下： WO-2008001924、CN1715464A通过引入第三单体单元，控制聚氧亚甲基的半结晶时间大于30s，通过熔融纺丝制备纤维；在控制加工工艺方面，如CN1555430A、CN102011201A、CN101792938A采用多级缓冷-骤冷的工艺，对初生纤维离开喷丝板后进行加热缓冷，同时采用加压蒸汽的拉伸方法，制备高强度的纤维。但是，对于纺丝级原料的开发，主要从聚合角度出发，技术要求高，核心技术被国外几个大型公司所掌握，原料成本较高，难以进行大规模的工业化推广应用。多级缓冷-骤冷的工艺复杂，需要对纺丝设备进行缓冷-骤冷改造，进行高倍牵伸，且主要用于制备高强高模的细纤维。

CN103435964A中将聚甲醛80-100份、碳纤维12-18份、聚四氟乙烯1-5份、纳米蒙脱土2-5份等其他添加剂挤出制备增耐磨增强POM粒料，CN102993626A聚甲醛、玻璃纤维、聚氨酯、复配阻燃剂、抗氧剂、甲醛吸收剂、偶联剂等组成制备了增强阻燃的POM。从这些专利可以看出，添加碳纳米管、玻璃纤维可以增强POM，但是这些专利都是采用单一的增强方式，增强效果有限，且组分种类繁多，主要作为工程塑料使用，没有涉及纤维的制备和应用，更没有涉及到混凝土增韧用的聚氧亚甲基粗纤维。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，在于提供一种混凝土增韧用聚氧亚甲基粗纤维的制备方法，其采用了纳米粒子增强和纤维增强的协同增强效应，在较低的拉伸倍数下，用通用的粗纤维设备制备混凝土增韧用聚氧亚甲基粗纤维的制备方法。

   本发明的具体技术方案如下：

一种混凝土增韧用聚氧亚甲基粗纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）将聚氧亚甲基树脂、改性纳米填料、水溶性聚合物致孔剂、高性能纤维在高速搅拌机中混合均匀后挤出造粒，得到改性POM粒料；

（2）将改性POM粒料在双螺杆挤出机中纺丝后直接进入冷却浴中冷却成型，然后在热水浴槽中进行水洗除去水溶性聚合物的同时进行热拉伸；接着经干燥后进行二次拉伸，再进行热定型，最后切断成短纤维，制备出纤维等效直径为0.1-1mm，拉伸强度≥600MPa，拉伸模量≥6.5GPa的表面含有微孔的聚氧亚甲基粗纤维。

   上述在热水浴槽中进行水洗除去水溶性聚合物的同时进行热拉伸是在6m长的热水浴槽中进行，控制水洗的时间≥3.6s；以保证水溶性聚合物致孔剂的溶解。

根据聚氧亚甲基树脂的加工流动性所选择，聚氧亚甲基树脂的平均分子量太高或太低都无法加工成纤维；优选的所述聚氧亚甲基树脂的平均分子量为20000-50000，熔融指数为6-10g/10min。

   所述改性纳米填料选自碳纳米管、纳米纤维素晶须、石墨烯中的一种；改性纳米填料的加入量占聚氧亚甲基树脂质量的0.1-1.5%。所述改性纳米填料具有较高的强度和模量，可以用来提高纤维的强度。