用于水泥粘结建筑材料的双组分塑料纤维的制作方法

专利名称：用于水泥粘结建筑材料的双组分塑料纤维的制作方法
用于水泥粘结建筑材料的双组分塑料纤维本发明涉及特殊塑料纤维，其适用于具有4mm和更大最大颗粒直 径的混凝土中，从而决定性地改进这些建筑材料的抗张强度和断裂后行 为(Nachbruchverhalten )。混凝土的抗张强度是其抗压强度的约10倍低。断裂以相对脆性的 方式进行。为了让建筑结构承受拉力或剪切力，必须给混凝土配筋 (armieren)。安全性考虑通常是第 一位的。混凝土组分在超过其最大 负荷时不应以灾难性和突然的方式断裂，而应首先吸收一部分能量，从 而表现出延展性。这通常可采用配钢筋的方式实现。这类配筋需要详细 设计，以及然后所述配筋主要采用手工方式复杂地实施。在某些情况下， 可通过混合短切割钢纤维的方式完全或部分地省去常身见配钢筋。然而， 钢纤维存在严重缺陷。其易受腐蚀，常常在混凝土中导致难看的铁锈带 或斑点。其进一步产生了损伤的危险。由于其刚性(Starrheit),其还 具有较差的计量添加和混合性质。由于其较大的密度，导致了较大的计 量添加重量，这在其成本中表现出来。由于不均匀分布，混入钢纤维还 导致了材料性质的相对较高分散度。其它纤维类型如玻璃纤维具有其它 严重缺陷，例如有限的耐》咸性。塑料纤维的使用提供了一种选择。从而一方面所述纤维需要具有相对较大的抗张强度，另一方面需要与混凝土具有较高的粘结强度。在负 载情况下，在所述纤维全部表面的静摩擦保持有效，如此使得所述纤维 被均匀拉出，并能吸收大量的断裂能。廉价的纤维种类(特别是同样直 接与钢纤维相比)可基于聚烯烃(聚丙烯、聚乙烯)或其它热塑性塑料 生产。同时使用该纤维，在获得一定程度上达到优于使用钢材的显著抗 张强度值方面获得了成功，这些类型纤维情况下的弹性模量和对混凝土 的粘结强度通常较低。通过增加采用由相对昂贵的原料生产的纤维的E 模量，可实现静摩擦的改进。用于补强混凝土的多层热塑性塑料纤维由EP 1350773知晓。其特 别强调了不同层的聚合物具有不同的熔点。低熔点聚合物位于核心，具 有较高熔点的位于外壳，其中熔点差应为10°C-20°C。该措施有助于在 特殊的烘箱中加热后的拉伸，由于所述内层随着外层的加热同样被充分加热，使得以3-12倍拉伸是可行的。通过拉伸，使塑料分子纵向取向。塑料的强度首先通过此方式获得。为提高在混凝土中的粘附力，拉伸前这些塑料纤维在其外侧具有结构(Structure)。具体地说，将这些长丝 以使得通过共挤出双层或多层膜的方式生产。此后，通过压延机在这种 薄膜上形成压紋。随后将所述薄膜切割成窄条。最后，拉伸该该平坦条，通过这种方式有效地形成凸起或薄和厚区域。然而经证实重要的是在粘结工艺中发生压紋和拉伸。如在EP 1350773 A2中教导的，由于在非拉伸状态下压紋，部分材料发生团聚 (anhaufung)。由所述通过结构化挤压(verdrangen)的聚合物仍然是 无定形的。如果其后拉伸，则首先具有最小材料团聚的区域伸长。众所 周知并显而易见的，在每次拉伸工艺期间，具有最小耐受力的区域首先 被拉伸。在此情况下，其显然是较薄的区域。基于此原因，最终不能使 预先压紋化的条(也即先进行压紋的条在拉伸后)均匀伸长。这使得很 难甚至根本不可能在保持优良的生产条件下以这种方式彻底拉伸压紋 的长丝，所述保持优良的生产条件意味着避免长丝破损。所述较薄的区 域将会充分伸长，同时在较厚的区域，伸长度以及由此导致的分子取向 必然会不理想的较小。从而，按照这种方法生产的凸起与长丝的其它部 分相比较软，从而其弹性模量不足。这意味着所述凸起在拉出时轻微破 损。此外，由于所述拉伸使得凸起轮廓变得"模糊不清"，因此采用压 紋后拉伸的方式基本不可能得到锐利的凸起，这在EP 1350773 A2的图 1中清楚地表明。由于每个链的强度等于其最弱的一环，因此为在较薄 区域获得所需的强度值，需要使用大量过量的聚合物，该方法还导致了 一定量的材料浪费。EP 1350773 A2的

图1 ( A )同样清楚地说明了该点。 通过拉伸前压紋，仅能获得相互间具有极大间隔的凸起。从而，在EP 1350773 A2
中，其提及了 3:1-12:1,优选5:1-10:1的拉伸倍数。 采用图l(B)所示的棱锥压紋，以及为5的连续最小总拉伸(拉伸倍数) 后，凸起间的间隔为5mm,总拉伸为10时，其表现了高强度PP或HDPE 长丝的绝对极小值，凸起间的间隔为10mm,其中没有考虑压紋间隙。 EP 1350773 A2的图1 (A)中，进一步非常清楚地表明了采用拉伸前压 紋方式得到的长丝的轮廓。所述纤维在接片(Steg)(较薄区域)中超 出平均水平的薄。向着凸起(较厚部分)厚度连续增加，并然后又是连 续的压扁区。从而在特定范围内在每个凸起两端形成锥形。这种特性通常采用在EP 1350773 A2中描述的方法重现，两种方法中压紋类型独立 地选自棱锥、波紋或尖锐有角轮廓或单面或双面压紋。所述凸起不可避 免地总是在两面以相对于下一个较薄区域直径成非常尖锐的锐角的形 式消失。与具有由较薄区域至较厚区域的明显过渡的尖锐压紋相比，混 凝土的滑出显然是不利的。从而，采用拉伸前压紋的方式，仅可获得相互间具有较大间隔侧面 扁平化或圆滑化的凸起，此外很明显的是，按时间顺序先压紋后拉伸导 致了纤维内部的结构转变。在每个拉伸工艺期间，首先拉伸具有最小耐 受性的区域。在此情况下无疑是因所述结构化产生的较薄区域。基于此 原因，压紋后拉伸的纤维不再具有均匀的分子结构。所述较薄区域被充 分拉伸，而在较厚区域的拉伸率以及由此导致的分子均匀取向不可避免 地较小。基于此原因，为在较薄区域获得期望的强度值，使用了大量过 量的聚合物。此外，所述较厚区域较软，同样降低了对混凝土的粘结， 导致与硬聚合物表面相比更容易从水泥石块基质中滑出。针对该背景，本发明的目的在于提供用于在水泥粘结建筑材料中使 用的塑料纤维，特别是用于具有直径大于4mm的最大颗粒的混凝土中， 借此该塑料纤维显著改进了这些建筑材料的机械性质，其中所述塑料纤 维包含均匀的分子结构和在其表面更加致密的压紋。同时，这些塑料纤 维在其加工和混合方面更加实用，能够以最小的质量获得其抗张强度， 并能够在成本方面与钢纤维竟争。该目的通过在混凝土中使用塑料纤维实现，所述混凝土具有〉4mm 的最大颗粒直径，和所述塑料纤维具有0.15-2mm的平均直径，相当于 约160-28000分特(分特数=克/10000延米)，其特征在于，其为被拉 伸5-15倍的双组分纤维，所述纤维由不同的纯聚合物或聚合物混合物的 中心核和包封该核的壳通过共挤出法生产，在实施拉伸后，将连续和间 断地结构化或成槽的表面压紋在该连续拉伸的双组分纤维上，其中该结 构化的深度大于纤维平均直径的10%,和在所设置结构内其结构尖端在 轴向的最大间隔在0.5mm-3mm之间。由于区分为核和壳， 一方面所述壳聚合物关于可加工性(流变能力) 和纤维与混凝土的粘结强度，以及进一步地硬度、尺寸稳定性和耐磨性， 和另一方面所述核聚合物关于高抗张强度和低断裂伸长率均可相互独其不是如在全纤维(Vollfaser)的情况下必须由昂贵的通用聚合物制备 的完整纤维，从而降低了成本。此外，其允许在更少区域内使用昂贵组 分，例如仅在壳中使用。 一方面通过压紋，另一方面通过表面化学改性， 可将所述壳聚合物优化至期望的对水泥的粘结。从而，该两种措施的组 合经证实非常有效。适于结合入水泥粘结建筑材料中的纤维的不同结构示于附图中，以 及混凝土的效果通过测量图的方式表现。在附图中图1:表示粘结强度的力-路程图(Kraft-Weg-Diagramm ),即在水泥粘结建筑材料中不同纤维类型的每个纤维表面的力； 图2:具有初始圆形截面的断续压紋纤维； 图3:示意性地表示具有两个彼此并列设置辊的压紋装置； 图4:由侧面观察的纤维压纹类型； 图5:由侧面观察的纤维的另一种压紋类型；图6:具有不同材料的纤维核和纤维壳的压紋纤维，在所述核和/ 或壳聚合物中具有极细颗粒或纳米颗粒；图7:表示同一塑料纤维不同粘结强度的力-路程图，其中在壳聚合 物中使用纳米颗粒；聚合物中具有纳;颗粒;:压紋的纤维的粘结强度的力-路程图；图9:用于结合入待混合的所述水泥粘结建筑材料中的具有数千个 塑料纤维段的独立束；在涉及各个图前先在这里解释部分基本事实。与纤维水泥产品中的 纤维相比，因为与用于机械补强的常规纤维计量添加不同，所以用于混 凝土中的纤维具有0.15-2mm的显著更大的直径，换言之在0.3-2体积％ 左右不能获得所述建筑材料的足够的可加工性。迄今采用这类厚纤维 (特别是基于廉价的低分子量聚合物如聚烯烃)情况下，纤维和建筑材 料之间的粘结强度仍然不足，这是由于在负载情况下，纤维的截面下降， 使得该纤维会易于滑出其嵌入物。通过适宜的聚合物选择，或通过由增 加纤维的表面张力或电晕、等离子体或氟化物处理，或通过沉积蜡分散 体或软化剂，提高对混凝土的粘结强度，对于低分子量纤维的粘结强度 提高已经表现为不足，这也适用于双组分纤维的情况。当使用高模量塑料时，只有当绝大部分或全部纤维均使用这些昂贵的原料制备时，截面 变细才充分减小。现在具有压紋结构的双组分纤维对于在混凝土中的应 用打开了非常崭新的前景。已知对于热塑性原料，为获得纤维在低伸长情况下的最高强度值和高弹性才莫量，以下参数是决定性的所述聚合物必须具有低MFR(熔体 流动速率)和窄分子量分布。熔体流动速率根据ISO 1133定义，并为在 温度和压力负载下单位时间流过定义的管口的质量。此外，拉伸度(纺 丝后的拉伸工艺)必须选择为尽可能的高。然而，还已知直径为0.15-2mm 的纤维在机械负载下在纵向区域裂开(纤丝化)，这对与水泥与纤维间的粘结是非常不利的。在混凝土拉出中，纤维受到极大的机械负载，当 在加工工艺中聚合物被拉伸至其拉伸极限时，不可避免地发生纤丝化。 在拉伸工艺期间，具有较高MFR和较宽分子量分布的聚合物具有明显 更加有利的行为。这意味着由这类聚合物生产的纤维可以拉伸至更高程 度，直至达到其绝对拉伸极限。通常长丝、所述全纤维或共挤出长丝，例如核-壳纤维可按照以下体 系生产由喷嘴排出后，其中将每条纤维通过分离的孔压出，将该未拉 伸原纤维在水浴中冷却。所迷浴温可以控制。薄长丝冷却的与较厚的长 丝相比要快。在随后的拉伸工艺期间，长丝在一个或多个工艺阶段以非 接触的方式通过适宜的热源(烘箱)进行。与厚长丝如具有0.15-2.0mm 直径的长丝相比，薄长丝更快和更均匀地冷却和加热。具有更大质量的 长丝在中心更加长期地存储熔化能。理论上，在水浴中所述外层比内层 冷却得更多。在此情况下，纤维中心和纤维表面间的热平衡不是通过具 有不同熔点的聚合物获得，而是通过由冷却浴的热补偿和拉伸烘箱温度 的热辐射实现。这里所述的塑料纤维根据长丝的标准方法生产。在核和 壳中的两种聚合物的熔点可以相同或不同，这是因为这对之后的进一 步 处理并不重要。然而，优选将表现出相同温度行为的聚合物用于核和壳， 这意味着其同时达到其约165。C的熔点。另一方面，操作在达到熔点后 具有不同粘度的聚合物，也即具有0.8和35g/10min的熔体流动速率 (MFR)。具有35g/10min熔体流动速率的壳聚合物在熔融后比核聚合 物(具有相同熔点)易于流动约44倍。不同的MFR抑制了纤丝化。与 较坚韧的核聚合物相比，较为易于流动的壳聚合物更加易于拉伸。从而， 未完全疲劳的壳阻止了纤丝化。优化所述纤维的更好条件的路径。 一方面所述壳聚合物可在可加工性 (流变性)和纤维与混凝土间的粘结强度方面优化，所述核聚合物可独 立地在其高抗张强度和低断裂伸长率方面优化。为此提供了核-壳纤维，其核由具有较低MFR和极窄分子量分布的聚合物组成，其壳由具有较 高MFR和较宽分子量分布的聚合物组成。在拉伸过程中，这样构造的 纤维的芯在机械性质方面实现了最大化，其中芯完全和均匀拉伸；而为 可靠地固定纤维并借此防止在负载下的纤丝化，所述壳仍然具有足够的 保留。因此，在这种纤维情况下，所述核的目标在于获得最佳可行的机 械值，以及所述壳以最理想的对水泥的粘结的方式构造。然后在稍后阶 段通过压紋使该充分拉伸的(也就是说连续并均匀拉伸的)纤维具有结深度方向上挤压或重新取向。该;维二总体轮i没有表现出弱化二;交薄区域。试验证实，通过额外结合3%-25%质量的细小矿物颗粒保持了高强 度值，但断裂伸长率下降。所有类型的金属盐、玻璃颗粒或玻璃珠或纤 维材料均适用于该结合。所述纤维的弹性模量借此升高，这对于该应用 具有极大的好处。同时，所述矿物材料的结合具有在负载下降低纤维收 缩(颈缩)的作用，其也对拉出行为具有正面影响。已经证实聚合物的表面张力因结合官能团而增加，这同样导致改进 的纤维与水泥间的粘结。然而该化学改性使得聚合物更加昂贵。由于就 核-壳纤维而言，仅所述壳与水泥直接接触，因此仅所述壳需要改性。所 述壳的比例取决于纤维的构造，约为全部纤维质量的20%-50%。为获得 与全纤维同样的效果，这类聚合物将必须全部改性。从而，通过上述措施的组合，可以构造具有非常新且明显改进的性 质的纤维。此外，由于整个纤维不需要像使用全纤维的情况下那样，由 昂贵的通用聚合物组成，而是在更少区域内使用昂贵聚合物，例如仅在 所述壳中使用，从而降低了成本。然后所述壳聚合物可一方面通过压紋， 另一方面通过表面化学改性而优化至期望的对水泥的粘结。从而，上述 两种措施的组合已经证实是非常有效的。过程在压紋的部分形成槽，以及同时将塑料水平侧向挤压，其还实现了咬合方面起到积极作用。通过该结构化，即使是对于负栽情况下的纤维 截面变细和在更低的纤维弹性模量下，纤维对建筑材料基质的粘结也不 会被克服。双组分纤维对混凝土的粘结性质的进 一 步改进特别成功地通过在所述壳聚合物中额外结合3%-25%质量矿物填料形式的颗粒直径<1^1111的细小纳米颗粒而实现。劲度和表面耐磨性借此提升。为赋予其结构化 的表面，这种纤维以相似或相同形式配备压紋。由于结合纳米颗粒，所 述压紋变得更硬且更加精确。关于纤维的拉出，采用相同的力传导，其导致了更低的拉出路径和更高的粘结强度，这在图7的图中显示。仅在 所述壳聚合物中使用这些颗粒导致了显著质量和成本节约。实验室中拉出试验结果示于图1。采用混入矿物并额外地压紋的聚 合物改性纤维表现出了最好的结果。最大粘结强度一在7天老化的样品 和20mm纤维压紋深度的上测量一其值为2.0N/mm2。 ^v而该结果比未 压紋的相同纤维的两倍还要大。与具有未压紋平滑表面且在聚合物中未 结合任何辅助材料的未改性纤维相比，该粘结甚至为8倍高。在对比中， 该未压紋且未改性从而具有平滑表面的聚合物纤维仅能承受明显较低 的拉力。仅通过结合官能团的改性提升了聚合物的表面张力，如图l所 示其导致了纤维与水泥间改进的粘结。如该图中表明的，该纤维在负载 下快速失去其效果。这里所示的塑料纤维也不明显同于仅仅通过在塑料中混合矿物或 矿物粘结剂来试图获得对水泥的改进粘结和增强拉出力的那些产品。其 常常宣称所述填充剂表现出对水泥强且可控的粘结。已经发现该主张是 错误的。具体地说，已经明确绝大部分矿物或矿物粘结剂包埋在塑料内 或通过乳液、蜡、软化剂等包封在表面上，因此这些添加剂是基本无效 的。此外，试验也已经表明，通过结合矿物等观察到的较有利的拉出行 为最终主要归因于较不平滑的纤维表面和较小的纤维颈缩(收缩)。这里所示的双组分纤维的壳由改性聚合物组成，其优化了对水泥的 粘附和加工性能(流变性)。所述纤维的表面张力通过在所述壳聚合物 中结合官能团(例如马来酸酐或类似的功能性化学/活性物质)而提高， 其又导致改进的润湿'性和水泥与纤维间改进的粘结。已经证实直径为 0.35-0.5mm的核-壳纤维在试验中特别有利。所述核与壳的质量比介于50%/50%和80%/20%之间。已经证实颗粒直径〈liiim是有利的。聚烯烃 原料，PP和HDPE以及这两种聚合物的混合物已经证实可有利地作为 所述核。为赋予其结构化的表面，所述纤维的壳额外地具有压紋。图2显示了塑料制成的核/壳纤维。该纤维由聚烯烃材料即聚丙烯、 聚乙烯或其混合物或其它热塑性原料组成。所述纤维具有0.15-2mm的 直径。其具有由聚丙烯、聚乙烯或其混合物或其它热塑性原料构成的核 3,和由其它聚烯烃原料如PP、 HDPE或该两种聚合物的混合物构成的 包封所述核3的壳7。该双组分纤维的生产通过挤出工艺实现。这种纤 维可具有圆形截面，和与之不同的截面，例如椭圆形、正方形、矩形、骨形或星型或任意其它形状。作为特征，该纤维在其表面以连续或断续 的方式具有机械结构(Strukturierung ) 5,同时在所述结构5之间的区域 4保持空白。使该纤维在压紋区域保持一定的额外扁平，在此具有略宽 的稍长/椭圆形截面。在显示的实例中，结构5已经经压紋获得。该机械 结构的目的在于提供宏观压型的表面，借此增加所述双组分纤维与和混 入该双组分纤维的水泥类建筑材料间的静摩擦。已经证实，基于此方式 的压紋表现出特别出乎预料的优点。首先，压紋可以相对简单且廉价的 方式施加到纤维表面上；其次，通过该方式，宏观压型而不是微观压型 (profilieren )的表面在结构内保持了 一定程度的平滑和完整。通过这种 压紋可形成沟槽，所述沟槽可横穿过纤维，也可相对于纤维以一定斜角 运行。可压紋这类沟槽结构的组合，例如在其上叠加具有斜角的沟槽的 横穿过所述纤维的沟槽。然而，仅以斜角穿过所述纤维的沟槽同样可以 相互交叉。如果这种纤维以段长约10-80mm浇铸在水泥类建筑材料特别 是混凝土中，然后借助这种改进的纤维-基质粘结能提高抗张强度，并显 著改善断裂后行为(Nachbruchverhalten )。由于塑料大的弹性，与钢纤 维相比可以毫无问题地混入更大的纤维体积比。与密度为7.8g/cmS的钢 密度相比，仅约0.9-l.lg/cn^的所述纤维密度为约8倍低。基于此原因， 当与钢纤维相比性能相同时，基于全部重量，使得所述塑料双组分纤维 类型在这里表现出明显更低的计量添加量和更加均勻的材料特性。所述双组分纤维的压紋可以最简单的方式，如图3中通过用于压紋 的装置所示意性表示的那样，通过使纤维不断通过两个压紋辊1、 2，然 后切成需要的长度来实现。连续或中断或断续的压紋5通过压紋辊1、 2 的性质和其调节(在凸紋上压紋凸紋或混合)来形成。所述辊1、 2在特定区域内具有压紋，和在其它区域没有压紋。在任何情况下所述压紋 深度均应大于纤维平均直径的10%。纤维的另一种压紋类型的侧视图示于图4。这里，所述双组分纤维通过以齿轮的方式构造的具有期望的纤维厚度的相互间距的两个先后运行的压紋辊。从而，纤维以锯齿形压紋，而图5所示的纤维通过同样 以齿轮形配置的两个压紋辊，但是其相互间以使得在每种情况下其齿相 互以较小间距相遇的方式运转，从而使得仅在其相遇时对穿过的纤维进 行挤压。然后，形成具有截面恒定变化形状的纤维。图6显示了具有不 同材料的纤维核3和纤维壳7的连续压紋纤维。结构沟槽5环绕纤维的 全部表面，仅在沟槽5之间的区域4纤维保持纤维平滑。所述核3可进 一步与各种类型的矿物填料、金属盐、玻璃颗粒或小玻璃珠或纤维材料 形式的微米颗粒或纳米颗粒6混合，其具有在拉力负载下减小纤维直径 下降，和降低断裂伸长率的作用。通过该方式，成功地进一步提高了这 些纤维的弹性模量，实现了建筑材料的粘结强度和均匀拉出行为的提 升。优选地，将所述壳聚合物7与矿物纳米颗粒混合，所述矿物纳米颗 粒表示直径小于lpm的那些。然而由于大部分矿物颗粒完全包封在塑料 中，因此该措施并没有起到直接改进纤维与混凝土间粘附的作用。其主 要通过化学地结合入聚合物中来实现，例如通过引入到水泥或通过将矿 物颗粒，或通过机械作用如粗糙化表面性质来实现。然而通过将纳米颗 粒结合入所述壳聚合物中获得了较硬的表面。借此压紋后对水泥的粘结 更好。力拉紧(Kraftaufnahme)可更快地实施，并能够承受更多的力。 在纤维拉出时获得了更小的表面磨损。基于此原因，保证了超过所述期 望的试验体挠曲3mm松弛距离的更大和更长的永久耐拉出性。由于影 响劲度的主要为其外壳，因此所述纤维劲度较高。借此在拉出/负载时获 得了更高的弹性模量和更小的"颈缩"(变细)，其又对粘结具有正面 影响。然而通过结合外部颗粒最高拉力通常下降。采用70%核与30%壳 的质量比，该拉力下降仅在30%的壳聚合物中有效。这些条件可由图7 中推导得出。这里，显示了两种相同塑料聚合物的强度值，所述两种塑 料聚合物的差别仅在于L型的壳采用纳米颗粒改性，同时M型的壳未 进行处理。仅在壳中结合矿物质同样带来了商业优势。包含结合的纳米 颗粒的聚合物与标准聚合物相比贵3-4倍。从而-全纤维-100%聚合物均需要这些特殊产品改性，还是仅在占全部产品约30%质量比的壳需要改 性，是本质差别。关于特定压紋，其表现出优势，并同样需要相对较短的长度，尖端间的间距仅约0.65mm。小间隔的压紋提高了配筋和其拉出力的均匀性。 压紋前所述长丝已经完成了其内部结构。所述压紋辊的轮廓可1:1地转 移至所述长丝上，从而长丝表面的结构可容易地适应技术要求。根据要 求，可使用其它压紋辊生产更小或更大的凸起，角状或圆形凸起，具有 较小间距或较大间距的凸起，和具有大或小的波紋等。这种弹性对于按 照在压紋后才拉伸的方法生产的长丝来说是不可想象的。从而已经表明 充分且均匀地拉伸的直径相同的长丝在后一阶段才压紋是非常必要的。挤压和重新取向，同时其°结构;呆持々;变。这避免了k有;交弱聚合物4构的弱化薄区域。图8显示了力-路程图，其用于表示所述粘结强度，即与在壳聚合物 中没有压紋和纳米颗粒的相同纤维相比，在壳聚合物中具有纳米颗粒的 两种不同压紋纤维类型单位纤维面积的力。已经表明最佳的结果通过在壳聚合物中组合适宜的压紋和应用纳米颗粒获得。这里得到了 3.17N/mm2的最高值。为获得期望的机械性质，通常将约0.3%体积的钢纤维混合在水泥粘 结建筑材料中。在这里所示的双组分塑料纤维的情况下，采用0.5%体积 实现了 4.8倍低的质量添加，但具有明显改进且更加规则的断裂后性质。 此外，这种10-80mm长的轻塑料纤维段的加工比钢纤维要简单得多。与 使用钢纤维的情况不同，使用这些塑料纤维根本不存在腐蚀危险。另外， 这里描述的塑料纤维耐碱腐蚀。最后，不仅塑料纤维本身对于在混凝土中技术上更有意义的应用是 决定性的。最终，为使其显示出效果，所述纤维还必须以适宜的形式结 合入所述混凝土中。如果不能在混凝土中获得均匀的分布，则即使最好 的纤维也是毫无用处的。如果所述纤维以略松散的方式如以吹入或分散 成堆的方式结合入混凝土中，则然后常常形成混凝土不能完全渗入其中的纤维团。这些纤维聚集体损害了混凝土的强度和规则性。采用水溶性塑料膜将数千纤维缠绕成束，并然后切成段或束，发现了出乎预料的有效解决方案。图9显示了这种束8之一，以给出一个相关概念。其长和直径约50mm,重55克和包含6000条纤维，用透明水 溶性惰性塑料膜9包封但开放顶部和底部，并在那里切成平面。然后将 该束8使用该塑料膜可靠地绑在一起。在结合入所述混凝土后该膜才会 溶解，并且使所述纤维分散在混凝土中。但是各纤维并不相互粘粘，而 仅仅通过摩擦保持在一起。通过溶解该包封膜，借此实现了纤维在混凝 土中的快速分散。在该束8中所述纤维均取向相同。可在混凝土中毫无 问题地混合最高2%体积的纤维。纤维在所述束中的平行放置使其能够 均匀分布。所述缠绕膜是完全水溶性的，并进一步地是惰性的。如证实 的，其不会影响混凝土的质量。在混凝土中4.5kg纤维的纤维组分(0.50/0 体积或492000条独立纤维)仅需要施加82份这种纤维束8。与小包的 包装相比，在这些束中几乎没有包含任何空气，借此其在结合入混凝土 时不会浮起，并从而能够显著更好地混合。在混合混凝土时，所述束分 散、解体，但纤维没有损坏，而是分别紧密包封在混凝土中。然而该塑 料纤维包装还具有明显的商业优势它们明显比松散纤维的捆更加紧 密。4.5kg纤维仅需要约0.0151112容量的容器。该包装是矩形的。基于此 原因，其在标准集装箱中提供了良好的堆积可行性。紧密的形状同样带 来了运输上的节约。
权利要求
1.一种用于最大颗粒直径＞4mm的混凝土中的塑料纤维，其平均直径为0.15-2mm，相当于约160-28000分特(分特＝克/10000延米)，其特征在于，其为拉伸了5-15倍的双组分纤维，由不同纯聚合物或聚合物混合物的中心核和封装该核的壳通过共挤出法生产，和实施拉伸后，在该连续拉伸的双组分纤维上压纹连续或断续结构化或沟槽化的表面，其中该结构化的深度大于纤维平均直径的10％，和在结合的结构内其结构尖端的轴向最大间距为0.5mm-3mm范围。
2. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中的塑料纤维，其特征在于，所述纤维为聚烯烃纤维，这意味着其由 聚丙烯或聚乙烯或这些原料的混合物组成，或由其它热塑性原料生产。
3. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中的塑料纤维，其特征在于，其核(3)由具有低熔体流动速率(MFR) 和窄分子量分布的聚合物组成，和其壳(7)由具有较高MFR和较宽分 子量分布的聚合物组成。
4. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中的塑料纤维，其特征在于，所述结构化的表面为单面或多面机械压 紋(5),其为直角、斜紋、交叉或任意其它形状。
5. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中的塑料纤维，其特征在于，将矿物、金属或陶瓷颗粒(6)以填料、 盐、玻璃颗粒、小玻璃珠或纤维材料的形式结合入所述核聚合物(3)、 壳聚合物(7)或这两种聚合物(3、 7)中。
6. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中的塑料纤维，其特征在于，将3%质量-25%质量的颗粒直径《1^1111 的细小矿物纳米颗粒结合入所述壳聚合物(7)中。
7. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中的塑料纤维，其特征在于，为增加纤维的表面张力和极性，将官能 团结合入所述壳聚合物(7)中。
8. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中的塑料纤维，其特征在于，将其以数千段的束(8)形式进行包装， 所述束用水溶性塑料膜(9)缠绕，并由此保持在一起。
9. 根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径^4mm的混凝土中的塑料纤维，其特征在于，将其以数千段的紧密束(8)形式进行 包装，各段长为10mm-80mm,其中所述束两端平坦切割，并通过水溶 性惰性塑料膜(9)缠绕保持在一起。
10.根据前述权利要求中的一项的用于最大颗粒直径〉4mm的混凝 土中塑料纤维的用途，其特征在于，将其以数千段段长为10mm-80mm 的束(8)形式进行包装，其中所述束(8)使用水溶性塑料膜(9)缠 绕，向其中加入水泥粘结建筑材料并与其混合。
全文摘要
核/壳纤维由塑料如聚丙烯、聚乙烯或所述原料的混合物或其它热塑性聚合物形成。所述纤维直径为0.15-2.0mm，和所述核/壳纤维具有连续或断续结构化的表面，所述结构化表面由在单面或多面实施的压纹(5)形成，深度至少为所述纤维平均直径的10％。所述压纹(5)可与纤维方向正交或斜交或任意形式，但在任意情况下拉伸所述纤维后其增加到5-15倍。所述核/壳纤维被切成10-80mm的段，并以数千个的束进行收集并以水溶性塑料膜缠绕。所述纤维用于提高水泥粘结建筑材料特别是混凝土的抗张强度，改进断裂后行为或通常用于机械补强。所述束可与所述塑料膜一起结合到建筑材料中，而没有任何不利因素。
文档编号E04C5/07GK101278098SQ200680036251
公开日2008年10月1日 申请日期2006年9月21日 优先权日2005年9月30日
发明者E·施威特, J·考夫曼 申请人:联邦材料试验研究院;菲布罗特克股份公司