一种具有防碳化功能的pom纤维的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有防碳化功能的POM纤维。
【背景技术】
[0002] 在水泥水化过程中，由于化学收缩，自由水蒸发等诸多原因，在混凝土内部形成了 许多大小各异的孔隙，大气中的二氧化碳便通过这些孔隙向混凝土内部扩散，并在水的参 与下形成碳酸。碳酸与水泥水化过程中产生的可碳化物质发生反应，生成碳酸钙和其他物 质。由于碳化作用，氢氧化钙变成了碳酸钙，水泥石的原有强碱性逐渐降低，PH值降至8.5 左右（而要使混凝土中的钢筋不锈蚀，则混凝土的PH值必须大于11. 5)，称这种现象为中性 化。当中性化深度大于混凝土的保护层厚度，就会破坏保护层下钢筋表面的钝化膜，继而钢 筋就会出现锈蚀。锈蚀产生的体积膨胀将导致钢筋长度方向出现纵向裂缝，并使保护层剥 落，继而使得构件的截面减小、承载能力降低，最终将使结构构件破损或者失效。
[0003] 研宄表明，纤维的应用可以纤维改善混凝土的抗碳化能力。文献（黄守辉，叶 金瑞，左俊卿等.不同纤维混凝土碳化试验研宄[J].科技信息，2012,（7):523.郭艳 华，潘慧敏，李志业等.钢纤维混凝土碳化性能的研宄[J].混凝土，2007,（2):45-47. 程云虹，王宏伟，王元等.纤维增强混凝土抗碳化性能的初步研宄[J].建筑材料学 报，2010, 13(6) :792-795.王乾玺.纤维对混凝土抗氯离子和抗碳化性能的试验研宄[D]. 宁夏大学，2013.)都认为纤维可以增加 FRC的密实度，提高其抗碳化能力。具体机制为： 由于混凝土中加入纤维以后，纤维均匀分布在水泥砂浆中，彼此相连形成网络，抑制骨料下 沉，阻碍混凝土拌合物离析，降低混凝土的泌水，从而减少了混凝土中的孔隙通道；同时，大 量分布在砂浆中的纤维会使砂浆中的毛细孔变小，毛细管细化甚至堵塞，另外，纤维的加入 减少或阻止了混凝土中裂缝的形成、生长及扩展，并阻断裂纹的连通，也就是说，在纤维混 凝土中，纤维削弱了 C02的扩散途径，抑制了 C02的扩散，故纤维混凝土的抗碳化能力高于 基准混凝土。
[0004] 聚甲醛（POM)纤维作为合成纤维的一种，具有优异的力学性能、耐碱性、耐候性、 耐摩擦等性能，是实现水泥基复合材料抗裂增韧的关键工程纤维之一。
[0005] 但是，上述纤维的应用均是利用纤维的密实及抗裂作用来实现抗碳化效果的，其 作用效果还有待提高。本专利将发明一种本身具有防碳化功能的纤维，其纤维表面设有抗 碳化涂层。
【发明内容】
[0006] 现有技术中，POM纤维本身主要起抗裂作用，其抗碳化效果相对有限，为了提高 POM纤维本身的抗碳化功能，本发明提供了一种具有防碳化功能的POM纤维。
[0007] 本发明所述的具有防碳化功能的纤维，其纤维本体为经熔融纺丝得到的聚甲醛 (POM)纤维，纤维表面设有抗碳化涂层。干燥后涂层的主要成分为聚乙烯亚胺与聚乙烯吡咯 烷酮，其质量份数为50?90 :35?5。涂层厚度为纤维直径或等效直径的0. 2%?5%。
[0008] 所述的抗碳化涂层还包括偶联剂固化物，所述聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮与偶 联剂固化物三者的质量百分比为：
[0009] 聚乙烯亚胺 50?90%;
[0010] 聚乙烯吡咯烷酮5?35% ;
[0011] 偶联剂固化物 5?15%。
[0012] 所述的聚乙稀亚胺的分子量为3000-8500,聚乙稀卩比略烧酮的平均分子量为 8000 ?700000。
[0013] 所述涂层的制备方法包括下述步骤：将聚乙烯亚胺与聚乙烯吡咯烷酮分别配制成 合适浓度的水溶液，再将两种溶液混合，通过纤维涂覆装置在纤维表面形成液膜，干燥后即 可形成抗碳化涂层。所述聚乙烯亚胺与聚乙烯吡咯烷酮配制成水溶液的质量浓度分别为 20%?50%、10%?30%。
[0014] 为加速涂层的固化速度，采用两种硅烷偶联剂KH550与KH560，各自水浓度为 15% -30%，按1 :1比例混合，通过自聚交联固化，促进聚乙烯亚胺与聚乙烯吡咯烷酮的成 膜；所述KH550为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，KH560为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0015] 涂层干燥成膜的温度与时间分别为：30°C?80°C，2min?120min。
[0016] 主要优点：利用纤维涂层主体成份聚乙烯亚胺的吸附固化二氧化碳的作用，纤维 加入混凝土后可以较好地抑制其中性化，从而提高FRC的抗碳化能力；聚乙烯吡咯烷酮具 有优良的成膜性能，而双组份的硅烷偶联剂可以自聚交联固化，促进成膜。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发 明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员 可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的 范围。
[0018] 对比例
[0019] 表面未涂覆聚乙烯亚胺的直径为40微米POM纤维作为对比样。
[0020] 实施例1
[0021] 选用90份分子量为5000的聚乙稀亚胺，配制成浓度为30%的水溶液，选用10份 分子量为100000的聚乙烯吡咯烷酮，配制成浓度为20%的水溶液；将上述二种溶液全部混 合均匀备用。将混合好的抗碳化涂层溶液涂覆在直径为40微米的POM纤维表面，在60°C的 条件下干燥40min，涂层干燥成膜，涂层厚度为纤维直径的1. 0%，即可获得具有抗碳化功 能的POM纤维。
[0022] 实施例2
[0023] 选用82份分子量为3000的聚乙烯亚胺，配制成浓度为20%的水溶液，选用5份分 子量为700000的聚乙烯吡咯烷酮，配制成浓度为12%的水溶液；将上述二种溶液全部混合 均匀备用。将混合好的抗碳化涂层溶液涂覆在直径为40微米的POM纤维表面，在45°C的条 件下干燥l〇〇min，涂层干燥成膜，涂层厚度为纤维直径的0. 8%，即可获得具有抗碳化功能 的POM纤维。
[0024] 实施例3
[0025] 选用90份分子量为3000的聚乙烯亚胺，配制成浓度为50%的水溶液，选用5份分 子量为700000的聚乙烯吡咯烷酮，配制成浓度为10%的水溶液；再将KH550、KH560均配置 成30%的水溶液，按1:1的比例混合。将上述四种溶液全部混合均匀备用。将混合好的抗 碳化涂层溶液涂覆在直径为40微米的POM纤维表面，在30°C的条件下干燥120min，涂层干 燥成膜，涂层厚度为纤维直径的0. 2%，即可获得具有抗碳化功能的POM纤维。
[0026] 实施例4
[0027] 选用50份分子量为8500的聚乙烯亚胺，配制成浓度为20%的水溶液，选用35份 分子量为8000的聚乙烯吡咯烷酮，配制成浓度为30%的水溶液；再将KH550、KH560均配置 成15%的水溶液，按1 :1的比例混合。将上述四种溶液全部混合均匀备用。将混合好的抗 碳化涂层溶液涂覆在直径为15微米的POM纤维表面，在80°C的条件下干燥2min，涂层干燥 成膜，涂层厚度为纤维直径的5%，即可获得具有抗碳化功能的POM纤维。
[0028] 实施例5
[0029] 选70份分子量为4000的聚乙烯亚胺，配制成浓度为30%的水溶液，选用20份分 子量为30000的聚乙烯吡咯烷酮，配制成浓度为18%的水溶液；再将KH550、KH560均配置 成24%的水溶液，按1:1的比例混合。将上述四种溶液全部混合均匀备用。将混合好的抗 碳化涂层溶液涂覆在直径为80微米的POM纤维表面，在60°C的条件下干燥40min，涂层干 燥成膜，涂层厚度为纤维直径的4%，即可获得具有抗碳化功能的POM纤维。
[0030] 实施例6
[0031] 选81份分子量为6300的聚乙烯亚胺，配制成浓度为42%的水溶液，选用10份分 子量为100000的聚乙烯吡咯烷酮，配制成浓度为12%的水溶液；再将KH550、KH560均配置 成18%的水溶液，按1 :1的比例混合。将上述四种溶液全部混合均匀备用。将混合好的抗 碳化涂层溶液涂覆在直径为54微米的POM纤维表面，在54°C的条件下干燥70min，涂层干 燥成膜，涂层厚度为纤维直径的1 %，即可获得具有抗碳化功能的POM纤维。
[0032] 实施例7
[0033] 选64份分子量为5400的聚乙稀亚胺，配制成浓度为36%的水溶液，选用30份分 子量为24000的聚乙烯吡咯烷酮，配制成浓度为25%的水溶液；再将KH550、KH560均配置 成27%的水溶液，按1:1的比例混合。将上述四种溶液全部混合均匀备用。将混合好的抗 碳化涂层溶液涂覆在直径为136微米的POM纤维表面，在72°C的条件下干燥18min，涂层干 燥成膜，涂层厚度为纤维直径的3. 6%，即可获得具有抗碳化功能的POM纤维。
[0034] 应用实施例
[0035] 选用表1中的配合比，按GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验 方法这一标准进行抗碳化实验，表2为各组纤维混凝在不同龄期的碳化深度。
[0036] 表 1 配合比（kg/m3)
[0037]
【主权项】
1. 一种具有防碳化功能的POM纤维，其特征在于，其纤维本体为经熔融纺丝得到的聚 甲醛（Ρ0Μ)纤维，纤维表面设有抗碳化涂层，所述抗碳化涂层的组成包括聚乙烯亚胺与聚乙 烯吡咯烷酮，其质量份数为50?90 :35?5,涂层厚度为纤维直径或等效直径的0. 2%?5%。
2. 根据权利要求1所述的具有防碳化功能的POM纤维，其特征在于，所述抗碳化涂层的 组成还包括偶联剂固化物，所述聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮与偶联剂固化物三者的质量 百分比为： 聚乙烯亚胺 50%?90%; 聚乙烯吡咯烷酮 5%?35% ; 偶联剂固化物 5%?15%。
3. 根据权利要求1或2所述的具有防碳化功能的POM纤维，其特征在于，所述的聚乙烯 亚胺的分子量为3000-8500,聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为8000?700000。
4. 根据权利要求1所述的具有防碳化功能的POM纤维，其特征在于，所述涂层的制备方 法包括下述步骤： (1) 将聚乙烯亚胺与聚乙烯吡咯烷酮分别配制成水溶液，再将两种溶液混合， 所述聚乙烯亚胺配制成水溶液的质量浓度为20%?50%， 所述聚乙烯吡咯烷酮配制成水溶液的质量浓度为10%?30% ; (2) 通过纤维涂覆装置在纤维表面涂覆步骤（1)所得混合液，形成液膜，干燥后即可形 成抗碳化涂层。
5. 根据权利要求4所述的具有防碳化功能的POM纤维，其特征在于，步骤（1)所述的混 合液还含有两种硅烷偶联剂KH550与KH560,各自水浓度均为15%-30%，按I : 1比例混合；所 述KH550为γ -氨丙基三乙氧基硅烷，KH560为γ -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
6. 根据权利要求4或5所述的具有防碳化功能的POM纤维，其特征在于，涂层干燥成膜 的温度为30°C?80°C，成膜的时间为2min?120min。
【专利摘要】本发明涉及一种具有防碳化功能的POM纤维。本发明所述具有防碳化功能的POM纤维，其纤维本体为经熔融纺丝得到的聚甲醛（POM）纤维，纤维表面设有抗碳化涂层，干燥后涂层的主要成分为聚乙烯亚胺与聚乙烯吡咯烷酮，其质量份数为50～90：35～5，涂层厚度为纤维直径或等效直径的0.2%～5%；为加速涂层的固化速度，采用两种硅烷偶联剂KH550与KH560，通过自聚交联固化，促进聚乙烯亚胺与聚乙烯吡咯烷酮的成膜。本发明所述具有防碳化功能的POM纤维加入混凝土后可以较好地抑制其中性化，从而提高FRC的抗碳化能力。
【IPC分类】D06M15-356, D06M15-61, D06M101-30, D06M13-513
【公开号】CN104562706
【申请号】CN201410812197
【发明人】刘建忠, 阳知乾, 刘加平, 李林, 徐德根, 吕进, 张丽辉, 韩方玉
【申请人】江苏苏博特新材料股份有限公司, 南京博特新材料有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月23日