用于混凝土增强的聚合物纤维制造技术

本发明专利技术涉及粗合成纤维，其由三根或更多根部分熔融的长丝组成，所述长丝由包含至少一种聚丙烯的聚合物组合物制成，其中所述纤维具有带有三个或更多个叶片的多叶形横截面形状。本发明专利技术还涉及生产粗合成纤维的方法，涉及包含粘合剂和本发明专利技术的粗合成纤维的水泥质材料，以及涉及使用用本发明专利技术的粗合成纤维改性的混凝土混合物形成混凝土表面的方法。混合物形成混凝土表面的方法。混合物形成混凝土表面的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于混凝土增强的聚合物纤维


[0001]本专利技术涉及用于建筑材料，特别是用于水泥组合物的聚合物纤维。特别地，本专利技术涉及粗合成纤维，当在待增强的基质材料内机械搅拌时，其能够经历逐渐原纤化。

技术介绍

[0002]混凝土是世界上用于结构应用的最常见的人造建筑材料。通常，混凝土是具有高压缩强度但低拉伸强度(抗裂强度)的脆性材料。混凝土的拉伸强度可以通过使用改性添加剂(例如钢筋和加强网)来增加。聚合物、金属、玻璃和天然纤维也已用于改进混凝土的拉伸强度(在第一次裂纹发生之前的强度)和韧性(抗开裂性)。
[0003]可以使用不同类型的纤维来改进混凝土的特定性质。线密度不超过580旦尼尔(den)的合成微纤维(微纤维)通常用于防止混凝土凝固时的塑性收缩开裂，即防止混凝土在浇注后的前24至48小时期间的微开裂。将线密度大于580den且直径等于或大于0.3mm的粗合成纤维(粗纤维)添加到混凝土组合物中，以改进通过在第一次断裂发生后测量残余强度来量化的整体韧性。通常将粗纤维以1.8至8.9kg/m3的纤维剂量添加到混凝土混合物中。粗纤维可以以各种形状获得，例如绳、带或棒，并且它们可以是扭曲的、锯齿状的或压花的，以增强与混凝土的机械结合。合成纤维的混凝土增强性能取决于纤维的强度和纤维与混凝土基质之间的粘附力二者。
[0004]用纤维增强混凝土获得的益处导致在许多应用(包括地面上的板)中广泛使用纤维代替常规的温度和收缩以及韧性增强物。用于混凝土增强纤维的常用塑料材料包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、芳纶(例如Kevlar)、聚酰胺和聚乙烯醇纤维。所有这些都具有一个或多个缺点，例如高成本、低耐碱性、低韧性或混凝土基质与纤维之间的低界面结合。聚丙烯和聚乙烯已广泛用作微纤维和粗纤维的原料。它们的优点包括易于通过熔融纺丝(挤出)工艺加工成纤维、低成本和在碱性环境中的高耐受性。然而，由于低密度和疏水性，纤维倾向于在精整期间在表面上起霜，即纤维倾向于在固化完成之前从混凝土的表面突出。此外，聚丙烯和聚乙烯不能很好地结合到混凝土上，因此，这些类型的粗纤维通常被卷曲或压花以能够机械结合到基质上。纤维与混凝土之间的界面结合可以通过使用施加到纤维表面的涂层或通过纤维表面的化学改性来控制。然而，这些方法通常导致纤维生产工艺的成本和复杂性增加。
[0005]就纤维长径比而言，较大的纤维通常比小纤维更适合用于改进混凝土的韧性。较粗的纤维具有较高的断裂力，但由于表面积减小，它们也提供较少的与混凝土的界面结合。通常可以通过使用更长和更细的纤维来改进纤维的结合性能。然而，较长和较细的纤维倾向于在添加到混凝土中时聚集在一起成为难以破碎的球(成球)。通过使用预先包装在“圆盘”中的纤维和/或通过使用当在待用纤维增强的基质材料内机械搅拌时原纤化成许多较小纤维的纤维，可以改进抗成球性。原纤化增加了纤维的表面积，导致与混凝土的界面结合的改进。然而，过度原纤化可能导致可加工性、纤维分布和混合的问题，并降低较大纤维的韧性增强性能。
[0006]在斜坡板应用中的表面光整要求根据交通、纹理、室内或室外或者装饰吸引力要求而变化。对于大多数室内混凝土和复合金属甲板，需要更光滑的硬钢涂抹光整。出于各种原因，例如减少表面磨损、易于清洁和长期耐久性，这些平滑光整是重要的。在硬钢涂抹应用中用粗纤维增强的混凝土可能在表面上留下许多纤维，这由于其外观而对使用者而言是不期望的结果。因此，在完成固化之前具有低的从混凝土表面突出的趋势、以便能够实现平滑表面光整的混凝土增强纤维在斜坡板应用中是非常有价值的。
[0007]因此，希望提供一种低成本的粗合成纤维，其适用于改进混凝土的特定性能，特别是混凝土的整体韧性和耐久性，而不会对其他性能(例如表面光整特性和/或美学吸引力)产生负面影响。
[0008]专利技术概述
[0009]本专利技术的目的是提供粗合成混凝土增强纤维，其解决了现有技术的粗合成纤维的一个或多个问题。
[0010]本专利技术的另一个目的是提供低成本的粗合成纤维，其在改进混凝土的韧性和耐久性方面非常有效，在混凝土混合物中表现出良好的分散性和良好的表面光整性能。
[0011]令人意外地发现，由三根或更多根部分熔合的长丝组成的粗合成纤维(其中长丝由包含至少一种聚丙烯的聚合物组合物制成)可以解决或至少减轻与使用现有技术的粗合成纤维相关的许多问题。
[0012]本专利技术的主题是如权利要求1所定义的粗合成纤维。
[0013]本专利技术的粗合成纤维的优点之一是纤维具有一致的自原纤化性能。一旦将纤维引入混凝土混合物中，其就在混合过程中破裂成预定部分(长丝)。破裂增加了混凝土基质与纤维之间的接触面积，并且进一步使纤维的取向随机化。由于一致的自原纤化性能，纤维可以以<100的低长径比容易地掺入流化混凝土混合物中，以避免与分散(成球)相关的问题，同时通过在混合过程期间从纤维分离的单根长丝的较高长径比仍然获得改进的混凝土性能，特别是混凝土韧性。
[0014]本专利技术的粗合成纤维的另一个优点是可以将纤维混合在混凝土组合物中以改进韧性，而不会对斜坡板应用中的表面光整特性产生负面影响。通过使用本专利技术的纤维，可以显著减少或甚至消除硬钢涂抹应用中残留在混凝土板表面上的纤维数量。
[0015]本专利技术的其他主题在其他独立权利要求中呈现。本专利技术的优选方面在从属权利要求中呈现。
[0016]附图简要说明
[0017]图1示意性地示出了根据本专利技术的粗合成纤维的一种可能的横截面形状。
[0018]图2示出了用于生产本专利技术的粗合成纤维的一种可能方法的示意图。
[0019]专利技术详述
[0020]本专利技术的主题是由三根或更多根部分熔合的长丝组成的粗合成纤维，所述长丝由包含至少一种聚丙烯的聚合物组合物制成，其中所述纤维具有带有三个或更多个叶片的多叶形横截面形状。
[0021]术语“聚合物”是指通过聚合反应(聚合、加聚、缩聚)产生的化学上均匀的大分子的集合，其中大分子在其聚合度、分子量和链长方面不同。该术语还包括由聚合反应产生的所述大分子的集合的衍生物，即通过预定大分子中的官能团的反应(例如加成或取代)获得
的化合物，并且其可以是化学上均匀的或化学上不均匀的。
[0022]术语“丙烯共聚物”是指基于共聚物的重量包含至少50重量％，更优选至少60重量％的丙烯衍生的单元的共聚物，而术语“乙烯共聚物”是指基于共聚物的重量包含至少50重量％，更优选至少60重量％的乙烯衍生的单元的共聚物。
[0023]术语“熔融温度”是指材料经历从固态到液态的转变的温度。熔融温度(T
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)优选通过差示扫描量热法(DSC)根据ISO 11357标准使用2℃/min的加热速率测定。可以用Mett ler Toledo DSC 3+装置进行测量，并且可以在DSC软件的帮助下由测量的DSC曲线确定T
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值。在测量的DSC曲线显示几个峰值温度的情况下，将热谱图中自较低温度侧的第一峰值温度作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.粗合成纤维，其由三根或更多根部分熔合的长丝组成，所述长丝由包含至少一种聚丙烯的聚合物组合物制成，其中所述纤维具有带有三个或更多个叶片的多叶片横截面形状。2.根据权利要求1所述的粗合成纤维，当在待用所述纤维增强的基质材料内机械搅拌时，所述粗合成纤维能够经历逐渐原纤化。3.根据权利要求1或2所述的粗合成纤维，其中，所述至少一种聚丙烯占所述聚合物组合物的至少70重量％，优选至少75重量％。4.根据前述权利要求中任一项所述的粗合成纤维，其中，基于所述聚合物组合物的总重量，所述聚合物组合物还包含至少1重量％、优选至少5重量％的至少一种聚乙烯。5.根据前述权利要求中任一项所述的粗合成纤维，其具有多叶形横截面形状，所述多叶形横截面形状具有三个或更多个叶片和轴向延伸穿过所述纤维的中心部分。6.根据权利要求5所述的粗合成纤维，其中，每个叶片具有弯曲的尖端部分和位于朝向所述纤维的中心部分的基部部分。7.根据权利要求6所述的粗合成纤维，其中，所述基部部分的宽度(D2)小于所述尖端部分的最大宽度(D1)。8.根据权利要求6或7所述的粗合成纤维，其中所述尖端部分的最大宽度(D1)与所述基部部分的宽度(D2)之间的比(D1:D2)为1.1：1至3:1，优选1.2：1至2.7：1。9.根据前述权利要求中任一项所述的粗合成纤维，其由四根部分熔合的长丝组成。10.根据前述权利要求中任一项所述的粗合成纤维，其线密度为至少1000den，优选至少1200den，和/或纤维长度为至少20mm，优选至少25mm，和/或长径比(l/d)不大于85，优选不大于75，和/或纤维直径为至少0.25mm，优选至少0.35mm。11.用于生产粗合成纤维的方法，包括以下步骤：I)挤出包含至少一种聚丙烯的熔融聚合物组合物，以提供由三根或更多根部分熔合的长丝组成的未拉伸纤维，II)单轴拉伸在步骤I)中制备的未拉伸纤维以提供拉伸纤维，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：SIKA技术股份公司，
类型：发明
国别省市：