專(zhuān)利名稱(chēng)：一種增強(qiáng)混凝土用粗旦evoh纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增強(qiáng)混凝土用粗旦塑鋼纖維材料的制備方法，尤其涉及一種具有極好 親水性能的增強(qiáng)混凝土用粗旦EVOH纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
混凝土是世界上用量最大且使用最廣泛的建筑材料之一，預(yù)計(jì)我國(guó)到2010年水 泥產(chǎn)量將增至8 8. 5億噸，即比1996年的4. 9億噸差不多翻了一倍，并超過(guò)世界水泥總 產(chǎn)量的三分之一。2006年至2020年，混凝土將仍然是我國(guó)現(xiàn)代工程建設(shè)的主要建筑材料。混凝土具有適用范圍廣，價(jià)格便宜，易澆注成型，耐久性好，還可制作節(jié)能型生態(tài) 環(huán)保型建筑材料等優(yōu)點(diǎn)，但是混凝土在工程應(yīng)用中也存在著抗拉強(qiáng)度低，極限拉應(yīng)變小，抗 沖擊耐磨損性能差，在凝固前由于失水收縮易造成塑性開(kāi)裂，以及是脆性材料等諸多缺點(diǎn)。 為解決混凝土存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的各種混凝土改性技術(shù)中，纖維混凝土的開(kāi)發(fā)應(yīng)用 可認(rèn)為是近年來(lái)混凝土技術(shù)的最大進(jìn)展之一?，F(xiàn)有增強(qiáng)混凝土纖維如聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維都具有自身的優(yōu)勢(shì)和缺陷聚 丙烯塑鋼纖維具有制備工藝簡(jiǎn)單、原料豐富、生產(chǎn)成本低、強(qiáng)度大、干濕強(qiáng)度相同等優(yōu)點(diǎn)；但 是其表面親水性能差，摻加在混凝土中與水泥、骨料的粘結(jié)性能差，導(dǎo)致握裹力弱、纖維在 混凝土中的拔出功小、對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果差。聚乙烯醇纖維具有良好的親水性能，對(duì)混凝 土增強(qiáng)效果顯著，強(qiáng)度高、模量大、斷裂伸長(zhǎng)率小和；但是其制備工藝復(fù)雜，不能采用傳統(tǒng)的 熔融紡絲方法，產(chǎn)品的制成率低，研究開(kāi)發(fā)成本高，生產(chǎn)成本高，所以在推廣和應(yīng)用上存在 著諸多缺陷。新型親水性樹(shù)脂EVOH即乙烯-乙烯醇類(lèi)共聚物，具有良好的力學(xué)性能，強(qiáng)度與拉 伸模量高，容易加工，可用傳統(tǒng)聚烯烴加工設(shè)備擠出、共混擠出，具有耐油性及耐化學(xué)藥品 性，吸濕性能好，大分子含有羥基親水基團(tuán)，透明性和光澤好，具有良好的耐紫外線及其他 輻射性，能長(zhǎng)期暴露于嚴(yán)酷條件下，具有良好的阻隔性，能夠通過(guò)很低的生產(chǎn)技術(shù)和成本生 產(chǎn)出高性能的工程纖維，其與混凝土骨料粘結(jié)性能好，握裹力極強(qiáng)，耐堿性能好，單絲纖維 在混凝土中的拔出功高，對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果顯著，大大改善了現(xiàn)有混凝土增強(qiáng)塑鋼纖維 的不足?，F(xiàn)有的關(guān)于EVOH纖維的技術(shù)文件中，申請(qǐng)?zhí)枮?7111657. 1和200680042475. 0的 專(zhuān)利分別公開(kāi)了一種服裝用和電池隔膜用EVOH細(xì)旦纖維。而混凝土中應(yīng)用的EVOH纖維需 要特有的加工過(guò)程和工藝來(lái)滿足其較高的性能要求，傳統(tǒng)的服裝用和電池隔膜用細(xì)旦纖維 的加工工藝并不能適應(yīng)工程用纖維的要求，所以需要對(duì)其加工方法進(jìn)行研究和改進(jìn)，以開(kāi) 發(fā)出專(zhuān)門(mén)針對(duì)混凝土用的EVOH塑鋼纖維的制備加工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種增強(qiáng)混凝土用粗旦EVOH纖維的制備方法， 采用該方法制備的增強(qiáng)混凝土粗旦EVOH纖維具有較好的增強(qiáng)效果，能夠顯著改善現(xiàn)有混凝土抗拉強(qiáng)度低，極限拉應(yīng)變小的缺陷，從而提高混凝土構(gòu)筑物的使用壽命和安全性能。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明增強(qiáng)混凝土用粗旦EVOH纖維的制備方法采用如下技術(shù) 方案將EVOH樹(shù)脂干燥后和添加料共混，加入到螺桿熔融擠壓紡絲機(jī)中熔融，紡絲，經(jīng) 過(guò)噴絲頭牽伸，水浴冷卻，然后經(jīng)過(guò)油浴牽伸，蒸汽牽伸，再經(jīng)過(guò)壓痕，蒸汽熱定型，冷卻后 得到粗旦EVOH纖維，其中所述EVOH樹(shù)脂中乙烯的摩爾含量為10 40% ；所述EVOH樹(shù)脂采用充填攪拌式干燥，干燥溫度為110°C 130°C，干燥時(shí)間為 2h 6h ；所述添加料為色母粒、增塑母粒、耐高溫母粒、防腐母粒、消泡母粒、無(wú)機(jī)物超細(xì)顆 粒中的一種或幾種；所述螺桿熔融擠壓紡絲機(jī)的各區(qū)溫度為預(yù)熱區(qū)180 220°C、熔融區(qū)190 230°C、壓縮區(qū)200 235°C、計(jì)量區(qū)190 220°C，紡絲溫度為180 210°C ；所述噴絲頭牽伸和水浴冷卻步驟中，噴絲頭孔徑為1. 5 5mm，長(zhǎng)徑比為6 15， 水浴冷卻溫度為35 80°C，噴絲頭處的牽伸倍率為2 8倍；所述油浴牽伸，其油浴溫度為70 120°C，油浴槽長(zhǎng)度為5 10m，牽伸倍率為2 4倍；所述蒸汽牽伸，其蒸汽溫度為130°C 150°C，蒸汽機(jī)槽長(zhǎng)度為8 10m，牽伸倍率 為1. 5 3倍；所述壓痕為垂直纖維軸向方向壓痕，壓痕深度為0. 1 0. 3mm ；所述蒸汽熱定型步驟中，蒸汽溫度為140 180°C，定型時(shí)間為15s 60s。將制成的粗旦EVOH纖維用切斷機(jī)切斷成長(zhǎng)度為20 40mm。制成的粗旦EVOH纖維直徑為250 1250 μ m。制成的粗旦EVOH纖維單絲截面為圓形、三葉形、腰果形、中空單孔形或中空多孔 形。本發(fā)明使用的原料為EVOH樹(shù)脂材料，其熔點(diǎn)> 175°C，該樹(shù)脂親水性能好，可紡性 能好，可利用熔融紡絲方法制得性能優(yōu)良的粗旦塑鋼纖維。本發(fā)明方法中，所述油浴牽伸采用的油浴槽長(zhǎng)度為5 10m，所述蒸汽牽伸采用的 蒸汽機(jī)槽長(zhǎng)度為8 10m。采用本發(fā)明制備方法制得的粗旦EVOH纖維應(yīng)用在混凝土中，由于EVOH表面具有 親水性基團(tuán)，可以與混凝土中的骨料產(chǎn)生很強(qiáng)的握裹力，可以顯著改善的增強(qiáng)混凝土的抗 拉強(qiáng)度低，極限拉應(yīng)變小和脆性大等缺點(diǎn)，增強(qiáng)效果顯著；由于纖維單絲截面為圓形、三葉 形、腰果形、中空單孔形或中空多孔形，可以在保證纖維性能的前提下，增強(qiáng)纖維與混凝土 骨料、基材的粘結(jié)力、握裹力，提高纖維增強(qiáng)效果。采用本發(fā)明的制備方法生產(chǎn)的粗旦EVOH纖維，性能優(yōu)良，特別是力學(xué)性能、化學(xué) 穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性優(yōu)良，適用于工程領(lǐng)域，作為增強(qiáng)混凝土纖維對(duì)混凝土有顯著的增強(qiáng) 效果，克服了現(xiàn)有工程纖維性能不足的缺點(diǎn)，擴(kuò)展了現(xiàn)有EVOH纖維的應(yīng)用范圍，并具有生 產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以迅速?gòu)V泛的應(yīng)用在實(shí)際工程中。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描述。圖1為本發(fā)明增強(qiáng)混凝土用粗旦EVOH纖維的制備方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明增強(qiáng)混凝土用粗旦EVOH纖維的制備方法以EVHO樹(shù)脂為原料， 其制備方法包括以下步驟DEVOH樹(shù)脂干燥，2)EVOH樹(shù)脂與添加料共混，3)螺桿熔融擠壓 紡絲機(jī)熔融，4)紡絲，5)噴絲頭牽伸，6)水浴冷卻，7) —級(jí)高溫油浴牽伸，8) 二級(jí)高溫蒸汽 牽伸，9)壓痕，10)高溫蒸汽熱定型，11)冷卻，12)切斷機(jī)切斷后打包。EVOH樹(shù)脂是乙烯和乙烯醇的共聚物。本發(fā)明采用的EVOH樹(shù)脂原料，其中乙烯的含 量按摩爾計(jì)為EVOH樹(shù)脂的10 40%。該EVOH樹(shù)脂等級(jí)為注塑級(jí)、紡絲級(jí)和/或通用級(jí)， 熔點(diǎn)高于175°C。步驟1)EV0H樹(shù)脂干燥采用充填攪拌式干燥，干燥過(guò)程中干燥溫度為110°C 130°C，干燥時(shí)間為2h 6h。步驟2)樹(shù)脂原料與添加料的共混是在加入到螺桿熔融擠壓紡絲機(jī)之前進(jìn)行的。 摻加的添加料為色母粒、增塑母粒、耐高溫母粒、防腐母粒、消泡母粒、無(wú)機(jī)物超細(xì)顆粒等物 料中的一種或幾種，用于改善纖維的綜合性能。步驟3)和步驟4)是在螺桿熔融擠壓紡絲機(jī)中進(jìn)行的，其螺桿熔融區(qū)域的溫度設(shè) 置為預(yù)熱區(qū)180 220°C、熔融區(qū)190 230°C、壓縮區(qū)200 235°C、計(jì)量區(qū)190 220°C， 紡絲溫度為180 210°C。步驟5)噴絲頭牽伸和步驟6)水浴冷卻過(guò)程中，噴絲頭孔徑為1. 5 3mm，長(zhǎng)徑比 為6 15，纖維噴出后水浴冷卻溫度為35 80°C，噴絲頭的噴絲口處的牽伸倍率為2 8倍。冷卻后纖維絲束牽伸采用兩級(jí)牽伸的方式步驟7) —級(jí)牽伸為高溫油浴牽伸，油 浴溫度為70 120°C，油浴槽長(zhǎng)度為5 10m，一級(jí)牽伸倍率為2 4倍；步驟8) 二級(jí)牽 伸為高溫蒸汽牽伸，蒸汽溫度為130°C 150°C，高溫蒸汽機(jī)槽長(zhǎng)度為8 10m，牽伸倍率為
1.5 3倍。步驟9)壓痕為垂直纖維軸向方向壓痕，壓痕深度0. 1 0. 3mm。步驟10)高溫蒸汽熱定型溫度為140 150°C，定型時(shí)間為15s 60s。步驟12)切斷機(jī)切斷EVOH纖維的長(zhǎng)度為20 40mm。按以上步驟制成的粗旦EVOH纖維直徑在500 1250 μ m，單絲截面可以為圓形、三 葉形、腰果形、中空單孔形或中空多孔形等。實(shí)施例1采用的EVOH樹(shù)脂中乙烯的摩爾含量為25%，摻入的添加料是占EVOH樹(shù)脂總重量 為左右、顏色為檸檬黃的色母粒，干燥溫度為110°c，干燥時(shí)間6h，干燥后切片含水量降 低到40ppm以下，系統(tǒng)采用充填攪拌式干燥，干燥溫度低、時(shí)間短并且干燥效果明顯。將干燥后的原料和添加料共混后加入到螺桿紡絲機(jī)中，紡絲機(jī)各區(qū)溫度分別為 預(yù)熱區(qū)195°C，熔融區(qū)215°C，壓縮區(qū)225°C，計(jì)量區(qū)215°C，噴絲頭溫度205°C ；噴絲孔直徑
2.5mm,長(zhǎng)徑比6，水浴冷卻溫度60°C，噴絲頭牽伸倍率為6。
一級(jí)牽伸中油浴溫度為95°C 士2，油浴槽長(zhǎng)度為7. 5m，牽伸倍率為3. 0倍；二級(jí)牽 伸中高溫蒸汽溫度為135士2°C，牽伸倍率為1.65倍。纖維經(jīng)過(guò)壓痕后通過(guò)熱定型裝置，定型溫度為140°C，定型時(shí)間為30s ；定型后通 過(guò)纖維切斷機(jī)將纖維切斷成30mm長(zhǎng)度的塑鋼纖維。最后制成的粗旦EVOH塑鋼纖維成品的強(qiáng)度大于450MPa，斷裂伸長(zhǎng)率小于20%，模 量大于6GPa，纖維直徑為0. 65mm,長(zhǎng)度30mm，顏色為檸檬黃色。實(shí)施例2采用的EVOH樹(shù)脂中乙烯的摩爾含量為20%，摻入的添加料是占EVOH樹(shù)脂總重量 為0. 5%左右的增塑母粒，干燥溫度為120°C，干燥時(shí)間4h，干燥后切片含水量降低到40ppm 以下，系統(tǒng)采用充填攪拌式干燥，干燥溫度低、時(shí)間短并且干燥效果明顯。將干燥后的原料和添加料共混后加入到螺桿紡絲機(jī)中，紡絲機(jī)各區(qū)溫度分別為 預(yù)熱區(qū)190°C，熔融區(qū)220°C，壓縮區(qū)230°C，計(jì)量區(qū)215°C，噴絲頭溫度200°C ；噴絲孔直徑 2. 0mm，噴出纖維為異型中空纖維，長(zhǎng)徑比7. 5，水浴冷卻溫度75°C，噴絲頭牽伸倍率為6。一級(jí)牽伸中油浴溫度為100°C 士2，油浴槽長(zhǎng)度為7. 5m,牽伸倍率為3. 0倍；二級(jí) 牽伸中高溫蒸汽溫度為140士2°C，牽伸倍率為1.8倍。纖維經(jīng)過(guò)壓痕后通過(guò)熱定型裝置，定型溫度為140°C，定型時(shí)間為30s ；定型后通 過(guò)纖維切斷機(jī)將纖維切斷成30mm長(zhǎng)度的塑鋼纖維。最后制成的粗旦EVOH塑鋼纖維成品的強(qiáng)度大于475MPa，斷裂伸長(zhǎng)率小于15%，模 量大于6. 5GPa，纖維直徑0. 5mm，長(zhǎng)度30mm，顏色為淡白色。實(shí)例三采用的EVOH樹(shù)脂中乙烯的摩爾含量為20 %，摻入的添加料是占EVOH樹(shù)脂總重 量為0. 2%左右的耐高溫母粒，干燥溫度為125°C，干燥時(shí)間3h，干燥后切片含水量降低到 40ppm以下，系統(tǒng)采用充填攪拌式干燥，干燥溫度低、時(shí)間短并且干燥效果明顯。將干燥后的原料和添加料共混后加入到螺桿紡絲機(jī)中，紡絲機(jī)各區(qū)溫度分別為 預(yù)熱區(qū)185°C，熔融區(qū)220°C，壓縮區(qū)235°C，計(jì)量區(qū)220°C，噴絲頭溫度205°C ；噴絲孔直徑 3mm,長(zhǎng)徑比8，水浴冷卻溫度80°C，噴絲頭牽伸倍率為8。一級(jí)牽伸中油浴溫度為105°C 士2，油浴槽長(zhǎng)度為9m，牽伸倍率為3.0倍；二級(jí)牽 伸中高溫蒸汽溫度為140士2°C，牽伸倍率為2.0倍。纖維經(jīng)過(guò)壓痕后通過(guò)熱定型裝置，定型溫度為145°C，定型時(shí)間為45s ；定型后通 過(guò)纖維切斷機(jī)將纖維切斷成40mm長(zhǎng)度的塑鋼纖維。最后制成的粗旦EVOH塑鋼纖維成品的強(qiáng)度大于495MPa，斷裂伸長(zhǎng)率小于15%，模 量大于7GPa，纖維直徑0. 80mm，長(zhǎng)度40mm，顏色為淡白色。采用本發(fā)明的制備方法生產(chǎn)的粗旦EVOH纖維，性能優(yōu)良，特別是力學(xué)性能、化學(xué) 穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性優(yōu)良，適用于工程領(lǐng)域，作為增強(qiáng)混凝土纖維對(duì)混凝土有顯著的增強(qiáng) 效果，克服了現(xiàn)有工程纖維性能不足的缺點(diǎn)，擴(kuò)展了現(xiàn)有EVOH纖維的應(yīng)用范圍，并具有生 產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。以上所述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原 則內(nèi)所作的修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種增強(qiáng)混凝土用粗旦EVOH纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將EVOH樹(shù)脂干燥后和添加料共混，加入到螺桿熔融擠壓紡絲機(jī)中熔融，紡絲，經(jīng)噴絲頭牽伸，水浴冷卻，然后經(jīng)油浴牽伸，蒸汽牽伸，再經(jīng)過(guò)壓痕，蒸汽熱定型，冷卻后得到粗旦EVOH纖維，其中所述EVOH樹(shù)脂中乙烯的摩爾含量為10～40％；所述EVOH樹(shù)脂采用充填攪拌式干燥，干燥溫度為110℃～130℃，干燥時(shí)間為2h～6h；所述添加料為色母粒、增塑母粒、耐高溫母粒、防腐母粒、消泡母粒、無(wú)機(jī)物超細(xì)顆粒中的一種或幾種；所述螺桿熔融擠壓紡絲機(jī)的各區(qū)溫度為預(yù)熱區(qū)180～220℃、熔融區(qū)190～230℃、壓縮區(qū)200～235℃、計(jì)量區(qū)190～220℃，紡絲溫度為180～210℃；所述噴絲頭牽伸和水浴冷卻步驟中，噴絲頭孔徑為1.5～5mm，長(zhǎng)徑比為6～15，水浴冷卻溫度為35～80℃，噴絲頭處的牽伸倍率為2～8倍；所述油浴牽伸，其油浴溫度為70～120℃，牽伸倍率為2～4倍；所述蒸汽牽伸，其蒸汽溫度為130℃～150℃，牽伸倍率為1.5～3倍；所述壓痕為垂直纖維軸向方向壓痕，壓痕深度為0.1～0.3mm；所述蒸汽熱定型步驟中，蒸汽溫度為140～180℃，定型時(shí)間為15s～60s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制備方法，其特征在于將制成的粗旦EVOH纖維用切斷機(jī) 切斷成長(zhǎng)度為20 40mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的的制備方法，其特征在于制成的粗旦EVOH纖維直徑為 250 1250 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的的制備方法，其特征在于制成的粗旦EVOH纖維單絲截面為 圓形、三葉形、腰果形、中空單孔形或中空多孔形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的的制備方法，其特征在于所述EVOH樹(shù)脂熔點(diǎn)>175°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的的制備方法，其特征在于所述油浴牽伸采用的油浴槽 長(zhǎng)度為5 10m，所述蒸汽牽伸采用的蒸汽機(jī)槽長(zhǎng)度為8 10m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種增強(qiáng)混凝土用粗旦EVOH纖維的制備方法，包括以下步驟將EVOH樹(shù)脂干燥后和添加料共混，加入到螺桿熔融擠壓紡絲機(jī)中熔融，紡絲，經(jīng)噴絲頭牽伸，水浴冷卻，然后經(jīng)油浴牽伸，蒸汽牽伸，再經(jīng)過(guò)壓痕，蒸汽熱定型，冷卻后得到粗旦EVOH纖維。采用本發(fā)明的制備方法生產(chǎn)的粗旦EVOH纖維，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，適用于工程領(lǐng)域，作為增強(qiáng)混凝土纖維對(duì)混凝土有顯著的增強(qiáng)效果，并具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)D01D5/24GK101962814SQ200910057638
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者何唯平, 倪建華, 莊園園, 張 杰, 鄭偉 申請(qǐng)人:上海啟鵬化工有限公司;深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司;深圳海川工程科技有限公司;河源海川科技有限公司