用于混凝土的增强的复合纤维的制作方法
【专利说明】用于混凝±的増强的复合纤维
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求申请号为61/873,444且提交于2013年9月日的美国临时申请的优先 权/权益，其全部内容通过引用纳入本申请。 发明领域
[0003] 总体发明理念设及用于混凝±的增强的复合纤维，制造方法和使用该纤维增强混 凝±和其它建筑材料的方法。
【背景技术】
[0004] 建筑材料例如混凝±可^用纤维增强，从而克服当使用常规增强部件，例如不诱 钢钢筋和/或焊接丝网时会出现的特定问题。纤维可W引入混凝±初性(即失效期间的能量 吸收能力），克服其固有脆性并提供在直接或间接拉伸应力下的开裂后强度。用于增强混凝 ±的增强剂的大部分常规纤维是由低或高碳含量不诱钢、或例如聚丙締、聚乙締醇、聚醋等 的聚合物制成。运些常规纤维受到限制。需要相对高剂量(例如混合期间的聚集、累送期间 的粘连、加工性降低和难W压缩和精加工)会产生加工性问题。另外，此类常规纤维的成本 性能益处也由于要求相对高的剂量而经常低于常规解决方案;耐久性考量;健康、安全、和 环境问题等。复合增强材料，例如复合纤维可W克服常规纤维的缺点；即在相对较低的剂量 实现非常高的性能。
[0005] 肝2002154853 Al描述了通过用树脂浸溃连续的无机纤维束，使所得材料硬化，之 后剪切硬化的材料来制造复合纤维。该复合纤维的树脂含量为10-80质量％。它的长度为 IO-SOmm并且它的截面为0.1-12mm。
[0006] W02006059041 Al披露了基于共烙合的玻璃纤维和聚丙締纤维的复合纤维或复合 胶带，例如WTwintex⑩品牌销售何购自Owens Corning)并通过热塑性拉挤成型制造的 复合材料产品。
[0007] 然而，运些已知复合纤维的问题在于较高的生产成本。生产成本的关键是生产速 率。例如JP2002154853 Al描述了仅5米/分钟的生产线速度。
[000引更高的生产速率可W通过使用福射固化技术来实现。美国专利4,861，621(通过引 用纳入本申请)披露了拉挤成型工艺，其通过紫外福射来固化材料W用于光缆应用。具体来 说，将玻璃粗纱形式的增强细丝材料用可固化的涂层材料浸溃，然后通过UV福射装置之下。 拉挤成型速度为10米/分钟(实施例2)。
[0009] 其它UV固化工艺在本领域中也是已知的。然而，本领域仍然需要克服上述缺陷的 用于混凝±的增强的解决方案，特别是改进复合纤维的生产速率，既而降低制造成本的解 决方案。
【发明内容】
[0010] 总体发明理念设及用于混凝±的增强的复合纤维。该复合纤维包含用聚合物材料 涂覆的多个纤维。该复合纤维的所需剂量使混凝±具有更好的加工性，并提供高初性或为 大的裂纹开口提供开裂后强度，同时带来低制造成本。
[0011] 在一些示例性实施方案中，该复合纤维的特征在于，该复合纤维的长度为IO-SOmm 且该复合纤维的当量直径为0.3-2mm。
[0012] 在其它示例性实施方案中，聚合物涂料为福射(例如，UV)固化的聚合物涂料。
[0013] 在其它示例性实施方案中，聚合物涂料为该复合纤维的5-50wt%。
[0014] 总体发明理念还设及制造复合纤维的方法。在一些示例性实施方案中，该方法包 括制备液体聚合物涂料组合物;将该液体聚合物涂料组合物施用于多个纤维的表面W形成 涂覆的表面;和将涂覆的表面暴露于福射并固化该液体涂料组合物W形成复合纤维。
[0015] 总体发明理念还设及形成增强混凝±的方法。该方法包括制备混凝±和将一个或 多个本发明的复合纤维混合在该混凝±中，形成增强混凝±的步骤。
[0016] 在其它示例性实施方案中，施用的混凝±中复合纤维的剂量为2-75kg纤维每立方 米的湿混凝±。
[0017] 在其它示例性实施方案中，施用的混凝±中复合纤维的剂量为5-25kg纤维每立方 米湿混凝±。
[0018] 在其它示例性实施方案中，施用的混凝±中复合纤维的剂量为7.5-12.5kg纤维每 立方米湿混凝±。
[0019] 另外的特征和优点将在接下来的说明书中部分地描述，并且部分地可从描述中显 然，或可通过实践运里披露的示例性实施方案来学习。运里披露的示例性实施方案的目的 和优点通过所附权利要求中特别指出的或W其他方式引述的要件和组合来实现和获得。应 理解的是，前述概述和W下详细描述都仅仅是示例性的和解释性的，并且不限于本文披露 或要求保护的总体发明理念。
[0020] 详细说明
[0021] 现将描述各种示例性实施方案。然而，运些示例性实施方案可W不同方式实施并 且不应解释为限制到运里给出的说明。相反，提供运些示例性实施方案是为了使本公开完 整和全面地向本领域技术人员展示和传递总体发明理念。
[0022] 除非另有说明，本文使用的所有科技术语都具有与运些示例性实施方案所属领域 的普通技术人员一般理解的含义。本说明书中使用的术语仅仅是为了描述特定的示例性实 施方案并且不意图限制总体发明理念。
[0023] 如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式的"一个"、"一种"和"该"意图也 包括复数形式，除非上下文明确另有说明。本文提到的所有出版物、专利申请和其它文献在 此W它们的全部内容通过引用纳入本申请。
[0024] 除非另有说明，在说明书和权利要求中使用的表达成分、反应条件等的所有数字 在所有情况下都应理解为由术语"约"修饰。因此，除非有相反指示，说明书和所附权利要求 中给出的数量参数是近似的，可根据本示例性实施方案寻求获得的期望的性质而变化。最 起码，并且不想限制等同原则适用于权利要求的范围，各数值参数应依据有效数字和普通 取整方法解释。
[0025] 不受给出示例性实施方案的宽范围的数值是近似的限制，具体实例中给出的数值 都尽可能精确地记录。然而，任何数值必然含有从它们各自测量中存在的标准偏差必然产 生的误差。本说明书和权利要求中给出的每个数值范围将包括每个落入该宽数值范围内的 窄数值范围，好似运样的窄数值范围在本文中明确地书面示出。
[0026] 如本文中使用的，"纤维"是指一个或多个单丝的集合体。
[0027] 如本文中使用的，"聚合物涂料"是指单体和/或低聚物的混合物，其通过W下描述 的或W其它方式建议的固化方法之一硬化。
[0028] 如本文中使用的，"浸溃"是指部分地或全部地浸溃。
[0029] 如本文中使用的，"福射固化的"是指单体在福射的帮助下，优选在合适的催化剂 存在下聚合的。
[0030] 如本文中使用的，UV固化的是至单体在UV福射存在下聚合。
[0031] 如本文中使用的，术语"聚合物"包括术语"共聚物"，除非另有说明，术语"共聚物" 是指由任意两种或更多种不同单体制成的聚合物，包括，例如，立元聚合物、五元聚合物，聚 合后官能化的均聚物从而两种或更多种不同官能团存在于产物共聚物中，嵌段共聚物，分 段共聚物，接枝共聚物，和它们的任何混合物或组合。如本文中使用的，"(共)聚合物"是指 均聚物或共聚物。
[0032] 如本文中使用的"复合纤维"是指用聚合物材料涂覆的一个或多个纤维的集合体。
[0033] 如本文中使用的，"当量直径"是指EN14889标准中定义的直径。
[0034] 如本文中使用的，"纵横比"是指EN14889标准中定义的长度与直径比。
[0035] 如本文中使用的，"混凝±"是指任何类型的建筑材料，其含有嵌入基体(水泥或粘 合剂）中的聚集体，基体填充了聚集体颗粒之间的空间并将它们胶粘在一起，例如基于波特 兰水泥的混凝±，矿物砂浆，而且还有渐青。
[0036] 根据各种示例性实施方案，提供复合纤维用于混凝±的增强。该复合纤维的长度 可为约10-约80mm。该复合纤维的当量直径可为约0.3-约2mm。在其它示例性实施方案中，该 复合纤维的长度为约30-约50mm且该复合纤维的当量直径为约0.5-约1.0mm。
[0037] 该复合纤维的形状可多种多样。在一些示例性实施方案中，该复合纤维是大体上 圆柱形的或楠球形的。另外，该复合纤维的表面也可是多种多样的，例如光滑的、粗糖的或 有压纹的。
[0038] 在某些示例性实施方案中，该纤维为无机纤维，例如玻璃或其它矿物纤维。非穷举 的示例性玻璃纤维包括A型玻璃纤维，C型玻璃纤维，G型玻璃纤维，E型玻璃纤维，S型玻璃纤 维，E-CR型玻璃纤维（例如，也Ivantex狼玻璃纤维，可购自Owens Corning), R型玻璃纤 维，可生物溶解的玻璃纤维，耐碱性的玻璃，或它们的组合，所有运些都可适于用作增强纤 维。在一些示例性实施方案中，耐碱性的玻璃纤维，例如可购自Owens Corning的 Cemfil⑩，适于用作增强纤维。
[0039] 形成纤维的单丝的直径可范围在约10-约27微米，或约13-约20微米。
[0040] 纤维的特克斯可为300-2400特克斯。在一些示例性实施方案中，特克斯范围在 400-1200特克斯。
[0041] 根据各种示例性实施方案，细丝的至少50%的表面用聚合物涂料浸溃。在其它示 例性实施方案中，