[发明专利]一种HB(A-M)改性氮化硼纳米管增强PVA纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种HB(A‑M)改性氮化硼纳米管增强PVA纤维及其制备方法，制备方法为：将含HB(A‑M)改性氮化硼纳米管的PVA纺丝液进行干湿法纺丝制得HB(A‑M)改性氮化硼纳米管增强PVA纤维；HB(A‑M)改性氮化硼纳米管是通过将HB(A‑M)溶解于去离子水中，向其中加入羟基化的BNNT进行超声处理得到的；HB(A‑M)是以AB为单体，以二‑羟基乙胺为核分子合成的超支化聚合物，其中，AB由摩尔比为1.0～1.2:1.7～2.4的天冬氨酸与二羟甲基丙酸反应而成；PVA纺丝液中PVA的含量为35～40wt％，PVA纺丝液的粘度为1500～2200Pa·s；制得的HB(A‑M)改性氮化硼纳米管增强PVA纤维的纤度为24.1～35.3dtex，断裂强度为15.9～19.6cN/dtex，弹性模量为376～389cN/dtex。本发明有效解决了BNNT分散性较差的问题，制得了性能优良的HB(A‑M)改性氮化硼纳米管增强PVA纤维。

技术领域

本发明属于PVA(聚乙烯醇)纤维的技术领域，涉及一种HB(A-M)改性氮化硼纳米管增强PVA纤维及其制备方法。

背景技术

混凝土具有原材料丰富、成本低、可塑性强、耐久性好等优势，因此被广泛用于增强土工建筑。但水泥混凝土结构具有非均质、多相多孔的特点，容易在骨料与胶结材之间的界面区形成较大尺寸的微裂缝和微孔洞，所以水泥混凝土在受到外部荷载作用时会产生局部的应力集中，导致水泥混凝土存在脆性大、延性和抗裂性能差等缺点，纤维增强混凝土的机理主要包括三种，分别为阻裂理论、复合材料理论和多缝开裂理论，延缓或者阻止混凝土裂缝在产生后的扩展和生长，并将混凝土裂缝的尺寸控制在合理的范围内。

然而，由于目前普通的高强高模PVA纤维的纤度较小，在混凝土中易出现抱合现象，导致每吨混凝土最大纤维掺量仅为1.6kg左右。而高强粗旦PVA纤维的纤度较大，比表面积较小，可有效的减少纤维之间的缠结，在每吨混凝土中的最大纤维掺量可达到25kg左右，因此其可在混凝土中形成均匀、密集分布的三维乱向搭接牵连体系，有效的改善混凝土抗裂性差及脆性大等缺点。

高强粗旦PVA纤维的制备过程是一个复杂的过程，粗旦的合成纤维在混凝土中不易出现抱团的现象，然而纤维纤度越大，表面积越大，出现裂纹和缺陷几率越大，抗拉强度越小，所以需要加入增强材料来增强。

近年来，由于BNNT(氮化硼纳米管)不仅具有质量轻、力学性能好(拉伸强度和弹性模量分别高达18～19GPa、0.6～1.3TPa)等优势，还具有良好的弯曲韧性，在拉伸变形时表现出很好的塑性，拉伸压缩破坏应力为普通钢材的数十倍，因此常用作增强材料。目前现有技术常采用BNNT增强PVA薄膜，由于BNNT拥有着极大的长径比和比表面面积，BNNT之间存在大面积的接触，使得BNNT之间存在强大的范德华力，导致BNNT相互缠结，往往呈现出团聚的状态，形成应力集中点，影响对PVA薄膜的增强作用，此外，BNNT表面缺陷少，化学稳定性较好，缺乏活性官能团，导致它难以分散在绝大部分溶剂中，不利于实现对材料的增强。

目前未见采用BNNT增强PVA纤维的报道，将BNNT用于增强PVA纤维必定也存在分散性能不好的问题。针对该问题，现有技术采用尖端超声辅助水解，BNNT被羟基官能化，尖端超声处理产生的能量导致原样的BNNT团簇解开，部分B-N键断裂，解开纳米管，但是这种技术分散BNNT不仅稳定性、溶解性能差，而且会破坏BNNT的力学性能；也有现有技术通过共价改性和非共价改性来提高BNNT的分散性，其中共价改性大多采用在BNNT表面接枝聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、烷烃链，但是由于此为化学改性，可改变BNNT的性质，所以目前大多数采用非共价改性(如氢键、π-π键)，通过在BNNT表面接枝油酸胺、聚乙烯亚胺等胺类聚合物改善BNNT的分散性，然而改善效果有限，BNNT的分散性仍有待于进一步地提升。

如能采用非共价改性的方式明显改善BNNT的分散性，并将其用于增强PVA纤维将极具现实意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种HB(A-M)改性氮化硼纳米管增强PVA纤维及其制备方法。