专利名称：加捻合股玄武岩短切纤维的制作方法
技术领域：
本发明是一种新型的玄武岩短切纤维及其制造方法，属于新型复合材料技术领域。
背景技术：
纤维混凝土是纤维和水泥基料(水泥石、砂浆或混凝土)组成的复合材料。水泥石、砂浆与混凝土的主要缺点是抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，加入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维，可以克服这些缺点。所用纤维按其材料性质可分为①金属纤维。如钢纤维、不锈钢纤维。②无机纤维。主要有天然矿物纤维(温石棉、青石棉、铁石棉等)和人造矿物纤维(抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉、碳纤维等)。③有机纤维。主要有合成纤维(聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等)和植物纤维(西沙尔麻、龙舌兰等)。
制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比(即纤维的长度与直径的比值)的短纤维。但有时也使用长纤维(如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜)或纤维制品(如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡)。纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷(拉、弯)初期，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。
石棉水泥是一种典型的纤维混凝土，广泛用于制造某些薄壁的建筑制品。
玻璃纤维水泥是玻璃纤维与水泥砂浆的复合材料。配制这类复合材料时，应采用抗碱玻璃纤维。这种玻璃纤维含有一定量的氧化锆，其抗碱能力显著优于普通玻璃纤维。所用水泥基料的碱度应尽可能低。若使用普通玻璃纤维，则必须经过抗碱性材料的被覆处理。制备玻璃纤维水泥，可采用喷吹法，即将玻璃纤维无捻粗纱切短至一定长度，与水泥浆同时喷吹至模型上，再继之以真空脱水；也可用切短的玻璃纤维与水泥砂浆预先拌合后，再用灌筑、加
3压、挤出等方法成型；若采用长纤维或网格布时，则用抹浆法成型。采用喷吹脱水法的玻璃纤维水泥，其纤维的体积掺量可达6%，与未增强的水泥砂浆相比，其28天抗拉极限强度可提高2 3倍，抗弯极限强度可提高3 4倍，韧性可提高15 20倍。玻璃纤维在水泥基料中的长期耐久性尚有待进一步积累资料，故此种材料在80年代主要用于制作外墙挂板、阳台栏板、永久性模板等非承重构件。
钢纤维混凝土是钢纤维与水泥砂浆或混凝土的复合材料。所用钢纤维有截面呈圆形或矩形的长直纤维和多种异形钢纤维。纤维的长径比一般为50 100,纤维的体积掺量一般为1 2%。制备钢纤维混凝土可将钢纤维与混凝土混合后,再经振捣、离心、挤出等法成型,也可采用喷射法成型。当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时，则可制成泵送钢纤维混凝土。用普通混凝土的制造方法制成的钢纤维混凝土与素混凝土相比，其抗拉极限强度可提高30 50%,抗弯极限强度可提高50 150%，韧性可提高10 50倍。钢纤维混凝土主要用于桥面、路面、飞机跑道的面层，巷道与隧道的衬砌，岩坡稳定、水工建筑以及抗震、抗爆等工程。
聚丙烯纤维混凝土是由聚丙烯单丝、膜裂纤维或纤化薄膜与水泥砂浆或混凝土制成的复合材料。聚丙烯(polypropylene单体分子式为C3H6)是一种结构规整的结晶型聚合物。聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，被称为混凝土的"次要增强筋"，乳白色、无味、无毒，耐酸碱，表面疏水，化学稳定性好；主要缺点是分散性能差、与基体间的粘结力差，经改性处理掺入混凝土中，可明显改善其韧性，有时还能改善强度指标，增强抗渗能力。聚丙烯纤维混凝土( Polypr叩ylene Fiber Concrete,简称PPFC)是近年来迅速发展起来的一种优良且应用广泛的新型复合材料，广泛应用于水利、交通、城市建设等工程中。据悉，目前美国所用混凝土总量中，合成纤维混凝土约占7%,超过先期研究的钢纤维混凝土(占3%)。
聚丙烯纤维混凝土的相关试验研究和工程使用情况表明在混凝土中掺入一定量的纤维能起到改善混凝土性能特别是抗开裂，增加韧性的作用，而玄武岩纤维作为一种新近研究开发生产出来的产品，与聚丙烯纤维相比，其弹性模量和强度都较聚丙烯纤维髙很多，其在混凝土中的应用很值得研究。但玄武岩纤维与玻璃纤维一样属于脆裂纤维，因为其中的化学成分均为氧化物陶瓷(以氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁等为主)，如果直接短切用于干湿混凝土，在搅拌过程中因粗细集料(尤其是其中的粗集料)相互挤压摩擦极易导致短切纤维断裂并粉碎，这样纤维的增强增韧效果很差，无法利用连续玄武岩短切纤维的材料性能，前期的相关试验也证明了这点。本发明采用加捻合股后再短切这样的生产工艺生产的加捻合股玄武岩短切纤维有效地解决了这一 "短处"和弱处。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种可用于增强混凝土性能的玄武岩短切纤维制品及其 制作方法，运用该方法制得的加捻合股玄武岩短切纤维分散性好，掺入混凝土中不易发生脆 断，且具有良好的粘结性能，能起到很好的增强增韧效果。本产品适用于纤维混凝土的增强 增韧，如高速铁路客运专线无碴轨道板、岔板等用混凝土预制件、大体积混凝土、公路路面、 水利水电、沿海防护等使用的混凝土等。
技术方案本发明的加捻合股玄武岩短切纤维是由连续玄武岩纤维原丝经过一系列工序 加工处理后短切而成，其制作工序主要包括以下三部分的内容(1)连续玄武岩纤维原丝进 行加捻后，若干股加捻纱进行合股；(2)通过专用设备在加捻的合股纱上涂覆有机涂料或无 机涂料，然后烘干；(3)按一定的尺寸要求进行短切。
制作工艺流程
(1) 将绕丝筒上的玄武岩纤维原丝在初捻捻线机(退绕机)上加捻、巻绕成所需巻装形式 的单纱。
(2) 将两根或多根单纱在复捻捻线机(并捻机)上合股，巻绕成所需巻装形式的股纱。
(3) 加捻的股纱在无捻粗纱络纱机的牵引力下，通过装有有机涂料或无机涂料的浸渍槽、 经过烘干(烘干温度根据涂层的性能确定)，巻绕到筒子上。
(4) 将浸渍过有机涂料或无机涂料的股纱在短切机按一定的尺寸要求进行短切。
图1是加捻合股玄武岩短切纤维生产工艺流程图
权利要求
1.一种新型玄武岩短切纤维，其特征是避免了短切纤维在混凝土搅拌过程当中断裂并粉碎，能在混凝土中起到增强增韧效果。
2. 根据权利要求1所述的一种新型玄武岩短切纤维，其特征是将连续玄武岩原丝用加捻合股工艺处理后，通过浸渍有机涂料或无机涂料后短切而成。
3. 根据权利要求1所述的一种新型玄武岩短切纤维，其特征是为增加短切纤维的抗碱性能，增强其在干、湿混凝土中的分散性，且为了提高其抗折断的性能，经过加捻合股工艺处理后需浸渍能够提高纤维整体抱合性的涂料。
4. 根据权利要求2所述的一种新型玄武岩短切纤维，其特征是在加捻合股的连续玄武岩纤维表面浸渍一种有机涂料，对纤维表面进行改性，为了增加其耐碱性性能和使纤维硬挺便于短切。
5. 根据权利要求2所述的一种新型玄武岩短切纤维，其特征是在加捻合股的连续玄武岩纤维表面浸渍一种无机涂料，目的是增加其与混凝土之间的结合力，并提高其耐久性和防火阻燃的性能。
全文摘要
本发明涉及一种新型玄武岩短切纤维及其生产工艺，属于新型复合材料技术领域。本发明是将连续玄武岩原丝用加捻合股工艺处理后，通过浸渍有机涂料或无机涂料后短切而成。这种浸渍后的新型玄武岩短切纤维，提高了纤维整体抱合性和柔韧性；避免了在混凝土搅拌过程当中断裂并粉碎，均匀的在混凝土中起到增强增韧效果；同时提高了短切纤维在干、湿混凝土中的分散性、抗碱性及防火阻燃性。
文档编号C04B14/38GK101671137SQ20081012048
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者刚 吴, 吴智深, 胡显奇, 连天峰, 陈兴芬 申请人:浙江石金玄武岩纤维有限公司