[發明專利]表面改性聚烯烴纖維

有效

• 申請號: 201580074641.4
• 申請日: 2015-08-10
• 公開（公告）號: CN107532375B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: R·馬卡羅脫;F·莫拉蒂;S·莫羅;M·科拉松諾;A·帕泰利;B·E·巴拉甘
• 申請（專利權）人: 建筑研究和技術有限公司
• 主分類號: D06M10/02
• 分類號: D06M10/02;D06M13/51;D06M10/08;D06M13/52;D06M11/79;D06M101/20
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 侯婧;鐘守期

本發明涉及表面改性聚烯烴纖維，這些纖維在水硬性組合物中的用途，含有這些纖維的水硬性組合物，以及一種用于加強水硬性組合物的方法。

本發明涉及表面改性聚烯烴纖維，這些纖維在水硬性粘合劑組合物中的用途，含有這些纖維的水硬性粘合劑組合物，以及一種用于加強水硬性粘合劑組合物的方法。

基于水硬性和非水硬性粘合劑的建筑和結構材料是其中復合纖維用于根據具體需要來調整物理性質的實例。混凝土和砂漿是相對較脆的材料，其中拉伸強度通常比該材料的抗壓強度低得多。因此，一般情況下需要對混凝土進行加強，通常用鋼筋。用各種類型的短的隨機分布的纖維來進一步加強混凝土或砂漿以滿足現代建筑行業的需求越來越受歡迎。主要目的不僅是提高建筑材料的韌性(抗裂性)，還要提高拉伸強度(斷裂強度)和延展性。

砂漿是細骨料與水硬性水泥的的混合物，而混凝土還含有粗骨料。水泥成分用作構成嵌入有骨料的基質的合成無機材料。混凝土和砂漿混合物還可含有通常用于常規和特殊用途的火山灰和其它摻合劑，從而改變未硬化和硬化的無機粘合劑組合物的物理性質。水泥通常包含無水結晶硅酸鈣(C₃S和C₂S)、石灰和氧化鋁。在水的存在下，硅酸鹽反應形成水合物和氫氧化鈣。水泥的硬化結構取決于新形成的晶體的三維性質和復雜排列，其本質上取決于各成分的量、固化時間和混凝土骨料的組成。在硬化過程中，塑料、化學或脫水收縮可能產生造成缺陷和收縮裂紋的空隙。此外，混凝土和砂漿中的硫酸鹽侵蝕通常是內部壓力在材料中產生裂紋的原因并因此使由這種材料制成的結構不穩定。

在抵消潛在缺陷的過程中，將纖維引入到無機粘合劑組合物中以加強最終基質。界面粘合強度決定了許多重要的復合性質，如整體復合強度、延展性、能量吸收性質等。各種天然和合成纖維已被用于無機粘合劑組合物中，以增加所得結構元件的穩定性，例如由混凝土混合物制成的結構元件。這種纖維的實例有天然材料，例如纖維素基纖維，如棉、粘膠、麻、黃麻、劍麻、蕉麻、竹、纖維素、再生纖維素(如)；合成材料如聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、芳族聚酰胺(aramide)、聚烯烴；以及無機礦物或金屬基材料如碳、玻璃、礦棉、玄武巖、氧化物陶瓷和鋼。

由這些材料生產的各種形狀和尺寸的纖維用作穩定劑和加強元件，由此鋼纖維通常用于大多數應用。然而，鋼將腐蝕問題帶到了水泥組合物中。常使用的合成纖維的實例是聚丙烯、聚乙烯和聚乙烯醇，其均具有一個或多個問題，例如高成本(例如聚乙烯醇)、低韌性或低界面粘合(例如聚丙烯)。

使用大多數纖維作為加強劑的局限性是由于基于差的潤濕性和與基質的粘合性(低界面粘合)和與水泥質材料的粘合性而導致的低拔出強度(pull-out strength)的結果。纖維加強混凝土的失效主要是由于纖維拔出或脫粘。因此，纖維加強混凝土的失效不會在開裂后突然產生。由于纖維與基質的粘合主要是機械的，因此文獻指出，為了獲得纖維與基質材料之間的良好粘附性，通常必須進行化學或物理預處理。各種機理已知并記載于文獻中，并且用于增加纖維與無機粘合劑組合物的界面粘合(Li VC等人，Advanced CementBased Materials，1997，第6卷，第1-20頁)。增加纖維表面積是例如增加纖維和基質之間的相互作用面積的一種方式。該表面積的增加加強了與基質的機械粘合，并且可以例如通過原纖維化方法實現。此外，已經利用纖維的表面調整，使得基質-纖維相互作用和機械粘合(例如扭轉、壓紋、卷曲)得以改進并且將鉤狀物引入纖維中。

表面改性的其他方法也使得纖維和基質之間的粘附性增強。使用例如具有SiCl₄的聚丙烯纖維的等離子體處理將極性基團引入到表面上，從而增加纖維的反應性和潤濕性(US 5,705,233)。這帶來了改進的相容性和改進的與水泥質基質的粘合，并最終使得相應纖維的拔出強度增加。然而，等離子體處理后殘留的氯離子很可能引起含鋼水泥質基質中的鋼的腐蝕。

WO 97/32825公開了用于增強包含加強纖維的水泥基質的粘合強度的方法。所述加強纖維通過采用可激發氣體的等離子體處理來制造。然而，等離子體處理的纖維遭遇的問題是，隨著時間的推移等離子體處理的加強效果消失。