[发明专利]一种聚甲醛纤维、改性方法及其应用

说明书

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种聚甲醛纤维、改性方法及其应用，聚甲醛纤维的改性方法包括：通过采用线性介质阻挡放电等离子体处理装置来处理POM纤维，在POM纤维表面产生活性基团，同时使其表面形成了特殊的螺纹状的微细粗糙结构，大大提升了POM纤维表面化学反应活性和粗糙度；利用偶联剂在活化反应后的POM纤维表面接枝纳米无机粉体，使纤维表面覆盖一层致密的纳米无机粉体，弥补了因等离子体处理导致的POM纤维的力学性能的损伤，提高了POM纤维和水泥混凝土之间的界面强度。本发明可以应用于增加水泥混凝土的强度。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是一种聚甲醛纤维、改性方法及其应用。

背景技术

高强度，长寿命是水泥基复合材料目前的主要发展方向。许多基础设施的恶化问题可以追溯到水泥混凝土的脆性和开裂，因此，提高水泥基材料的延展性是一项重要的研究工作。迄今为止，向水泥基材料中掺入纤维是赋予其延展性的最有效手段之一，可以强化、韧化水泥基体，提高其抗弯、抗拉强度，控制裂纹的传播和发展，改善失效模式，提高耐久性。因此，诞生了纤维增强水泥基复合材料(Fiber Reinforced CementitiousComposites，简称FRCC)。纤维的掺入可大幅度改善水泥混凝土基体的性能，在一定程度上克服了水泥基材料韧性差和早期抗拉强度低等缺陷，扩大了其在建筑工业领域内的应用范围。目前在FRCC中应用的合成纤维主要有维纶(PVA)、丙纶(PP)、腈纶(PAN)、涤纶(PET)等。聚甲醛(POM)纤维因开发较晚，其在FRCC中应用尚处于起步阶段。从分子结构上来讲，POM纤维增强水泥混凝土具有一定的优势，其分子中的-C-O-结构赋予纤维优异的耐磨性、耐疲劳性和吸波性，线性的分子链结构易结晶，赋予纤维高密度、高强度的特性，所以POM是五大工程塑料之一，作为纤维制品也继承了POM塑料的原有特点。已有文章证明POM纤维与水泥混凝土具有一定的相容性，可以提高水泥混凝土的抗拉强度(侯帅，王文年，曾宪森等.聚甲醛纤维增强混凝土劈裂抗拉强度的研究.武汉纺织大学学报，2013，26(3)：39-42)，但是有机POM纤维与无机水泥混凝土界面之间缺乏有效的物理和化学作用，致使界面粘合强度较弱，纤维对水泥混凝土的增强效果有限。也有采用特殊的工艺制备螺纹结构的(黎俊，黄玉东，胡帧等.CN201310023040.一种纤维表面可控刻蚀方法，2013)，但采用了复杂的加捻技术，工艺复杂。因此，亟待开发一种制备工艺简单且与水泥混凝土粘结强度大的改性POM纤维。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚甲醛纤维、改性方法及应用，本发明中的聚甲醛纤维具有较大的表面粗糙度，应用于水泥混凝土时与水泥混凝土之间的粘结强度较强。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种聚甲醛纤维改性方法，包括以下步骤：

S1.将纳米无机粉体分散在水相介质中并加入偶联剂进行搅拌处理，得到改性纳米无机粉体分散液；所述偶联剂与纳米无机粉体的质量比为(0.1～5)：100；

S2.采用平行于待处理纤维的狭长型线性介质阻挡放电等离子体处理装置对聚甲醛纤维进行等离子体处理，得到表面具有一定纹理和活性基团的改性聚甲醛纤维；

S3.将步骤S2得到的改性聚甲醛纤维浸渍到所述改性纳米无机粉体分散液中进行反应，制成表面接枝纳米无机粉体的聚甲醛纤维。

优选的，所述偶联剂选自硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和锆酸酯类偶联剂中的一种或几种。

优选的，所述偶联剂选自为含有环氧和烯烃双键基团的硅烷偶联剂。

优选的，步骤S1中所述纳米无机粉体选自二氧化硅、二氧化钛、二氧化硒、氧化钙、氧化铁、碳酸钙、硅酸二钙、硅酸三钙、羟基磷灰石、三氧化二铝、蒙脱土、滑石粉和硅灰石粉中的一种或几种。

优选的，步骤S1中所述改性纳米无机粉体分散液的质量浓度为0.5～6％。