[發明專利]一種用于應變硬化水泥基復合材料的聚乙烯醇纖維的改性方法

有效

• 申請號: 201810027129.X
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108298853B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 郭麗萍;丁聰;柴麗娟;徐燕慧;曹園章
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C04B20/12
• 分類號: C04B20/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

本發明公開了一種用于應變硬化水泥基復合材料的聚乙烯醇纖維的改性方法，該方法以聚乙烯醇纖維為原料，首先在其表面涂覆一層界面環氧樹脂，接著在環氧樹脂涂層的表面涂覆一層納米石墨粉體；本發明的方法既能很好調控聚乙烯醇纖維與水泥基體的界面性能，又可以保證涂層的穩定性，不會對纖維本身造成損傷。

技術領域

本發明涉及復合材料的改性技術領域，尤其涉及一種用于應變硬化水泥基復合材料的環氧樹脂-納米石墨涂層表面改性聚乙烯醇纖維的方法。

背景技術

1992年美國密西根大學Victor Li與麻省理工大學Christopher Leung共同發表的論文從理論上論證了SHCC拉伸特性，建立了設計水泥基復合材料的物理基礎及設計準則，從而開啟了SHCC材料的研究和應用。應變硬化水泥基復合材料（Strain HardeningCementitious Composites，簡稱SHCC）在單軸拉伸荷載作用下具有應變硬化和多微縫開裂特性，極限拉應變可達3%~7%。其優越的抗拉性能和超強韌性顯著改變了傳統水泥基材料脆性大、易開裂的缺陷，使其成為近年來的研究熱點之一。

應變硬化水泥基復合材料基于微觀力學、斷裂力學以及統計學基本原理通過系統設計和性能優化而制備的。它具有多縫開裂特征和應變硬化特性以及優異的裂縫控制能力。在受到彎曲和拉伸荷載時，由于開裂處纖維的橋聯作用以及纖維與基體間傳遞應力時裂縫能夠穩定擴展，使得應變硬化水泥基復合材料表現出明顯的多縫開裂特性和應變硬化行為。因此，相對于傳統的纖維增強水泥基復合材料具有更好的力學性能和耐久性。

其目前應變硬化水泥基復合材料所用纖維多為PE纖維與PVA纖維，由于PE纖維價格較貴且長期力學性能下降，所以使用較多的是PVA纖維，但是由于聚乙烯醇纖維表面含有大量的羥基，與水泥的親和性較強，在拉伸作用下由于與水泥基體之間較強的粘接力，在拔出過程中導致聚乙烯醇纖維被拔斷，而不是被拔出；從而導致應變硬化水泥基復合材料性能將會受到嚴重影響。

目前為了調節聚乙烯醇纖維與水泥基體的界面性能，一般對聚乙烯醇纖維表面涂覆油劑（例如中國專利申請號201210468413.3），一方面油劑容易進入水泥基體中，影響水泥基體性能，另一方面纖維表面涂覆油劑在成型攪拌過程中油膜涂層很容易脫落；又例如（中國專利申請號201610375068.7）專利中使用強氧化劑高錳酸鉀對聚乙烯醇纖維表面氧化使聚乙烯醇纖維表面粗糙后再涂抹一層疏水物質，這一方面會破壞聚乙烯醇纖維表面，降低纖維的性能，同時疏水涂層只是依靠涂層與纖維表面的物理吸附力，穩定性也無法保證。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明目的在于提供一種有效降低聚乙烯醇纖維與水泥基體的化學粘結力，降纖維拔出過程中的界面摩檫力，避免纖維在拔出階段被拔斷，采用環氧樹脂-納米石墨為涂層的表面改性聚乙烯醇纖維的方法。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種用于應變硬化水泥基復合材料的聚乙烯醇纖維的改性方法，所述的方法以聚乙烯醇纖維為原料，首先在其表面涂覆一層環氧樹脂，接著在環氧樹脂涂層的表面涂覆一層納米石墨粉體。

本發明所述的環氧樹脂采用溶劑浸泡的方式涂覆在聚乙烯醇纖維的表面，所述環氧樹脂的涂覆量為聚乙烯醇纖維質量的5%～15%；本發明使用環氧樹脂預處理可以使得石墨與纖維表面粘結性能更強，不容易脫落，且不會影響PVA纖維原有物理力學性能。

本發明所述的納米石墨粉體采用機械攪拌的方式涂覆在環氧樹脂涂層的表面；本發明所述的納米石墨粉體為疏水型納米石墨粉體；所述納米石墨粉體的涂覆量為聚乙烯醇纖維質量的10%～50%；納米石墨本身的疏水性且具有潤滑功能，石墨是惰性材料不會與水泥基體發生反應，大大降低了聚乙烯醇纖維與水泥基體的化學粘接力與界面摩檫力，更好的發揮材料的應變硬化性能。

本發明提供的一種用于應變硬化水泥基復合材料的聚乙烯醇纖維的改性方法，包括如下步驟：