专利名称：一种增强混凝土用粗旦evoh纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及增强混凝土用粗旦塑钢纤维材料的制备方法，尤其涉及一种具有极好 亲水性能的增强混凝土用粗旦EVOH纤维的制备方法。
背景技术：
混凝土是世界上用量最大且使用最广泛的建筑材料之一，预计我国到2010年水 泥产量将增至8 8. 5亿吨，即比1996年的4. 9亿吨差不多翻了一倍，并超过世界水泥总 产量的三分之一。2006年至2020年，混凝土将仍然是我国现代工程建设的主要建筑材料。混凝土具有适用范围广，价格便宜，易浇注成型，耐久性好，还可制作节能型生态 环保型建筑材料等优点，但是混凝土在工程应用中也存在着抗拉强度低，极限拉应变小，抗 冲击耐磨损性能差，在凝固前由于失水收缩易造成塑性开裂，以及是脆性材料等诸多缺点。 为解决混凝土存在的问题，国内外开发的各种混凝土改性技术中，纤维混凝土的开发应用 可认为是近年来混凝土技术的最大进展之一。现有增强混凝土纤维如聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维都具有自身的优势和缺陷聚 丙烯塑钢纤维具有制备工艺简单、原料丰富、生产成本低、强度大、干湿强度相同等优点；但 是其表面亲水性能差，掺加在混凝土中与水泥、骨料的粘结性能差，导致握裹力弱、纤维在 混凝土中的拔出功小、对混凝土的增强效果差。聚乙烯醇纤维具有良好的亲水性能，对混凝 土增强效果显著，强度高、模量大、断裂伸长率小和；但是其制备工艺复杂，不能采用传统的 熔融纺丝方法，产品的制成率低，研究开发成本高，生产成本高，所以在推广和应用上存在 着诸多缺陷。新型亲水性树脂EVOH即乙烯-乙烯醇类共聚物，具有良好的力学性能，强度与拉 伸模量高，容易加工，可用传统聚烯烃加工设备挤出、共混挤出，具有耐油性及耐化学药品 性，吸湿性能好，大分子含有羟基亲水基团，透明性和光泽好，具有良好的耐紫外线及其他 辐射性，能长期暴露于严酷条件下，具有良好的阻隔性，能够通过很低的生产技术和成本生 产出高性能的工程纤维，其与混凝土骨料粘结性能好，握裹力极强，耐碱性能好，单丝纤维 在混凝土中的拔出功高，对混凝土的增强效果显著，大大改善了现有混凝土增强塑钢纤维 的不足。现有的关于EVOH纤维的技术文件中，申请号为97111657. 1和200680042475. 0的 专利分别公开了一种服装用和电池隔膜用EVOH细旦纤维。而混凝土中应用的EVOH纤维需 要特有的加工过程和工艺来满足其较高的性能要求，传统的服装用和电池隔膜用细旦纤维 的加工工艺并不能适应工程用纤维的要求，所以需要对其加工方法进行研究和改进，以开 发出专门针对混凝土用的EVOH塑钢纤维的制备加工方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种增强混凝土用粗旦EVOH纤维的制备方法， 采用该方法制备的增强混凝土粗旦EVOH纤维具有较好的增强效果，能够显著改善现有混凝土抗拉强度低，极限拉应变小的缺陷，从而提高混凝土构筑物的使用寿命和安全性能。为解决上述问题，本发明增强混凝土用粗旦EVOH纤维的制备方法采用如下技术 方案将EVOH树脂干燥后和添加料共混，加入到螺杆熔融挤压纺丝机中熔融，纺丝，经 过喷丝头牵伸，水浴冷却，然后经过油浴牵伸，蒸汽牵伸，再经过压痕，蒸汽热定型，冷却后 得到粗旦EVOH纤维，其中所述EVOH树脂中乙烯的摩尔含量为10 40% ；所述EVOH树脂采用充填搅拌式干燥，干燥温度为110°C 130°C，干燥时间为 2h 6h ；所述添加料为色母粒、增塑母粒、耐高温母粒、防腐母粒、消泡母粒、无机物超细颗 粒中的一种或几种；所述螺杆熔融挤压纺丝机的各区温度为预热区180 220°C、熔融区190 230°C、压缩区200 235°C、计量区190 220°C，纺丝温度为180 210°C ；所述喷丝头牵伸和水浴冷却步骤中，喷丝头孔径为1. 5 5mm，长径比为6 15， 水浴冷却温度为35 80°C，喷丝头处的牵伸倍率为2 8倍；所述油浴牵伸，其油浴温度为70 120°C，油浴槽长度为5 10m，牵伸倍率为2 4倍；所述蒸汽牵伸，其蒸汽温度为130°C 150°C，蒸汽机槽长度为8 10m，牵伸倍率 为1. 5 3倍；所述压痕为垂直纤维轴向方向压痕，压痕深度为0. 1 0. 3mm ；所述蒸汽热定型步骤中，蒸汽温度为140 180°C，定型时间为15s 60s。将制成的粗旦EVOH纤维用切断机切断成长度为20 40mm。制成的粗旦EVOH纤维直径为250 1250 μ m。制成的粗旦EVOH纤维单丝截面为圆形、三叶形、腰果形、中空单孔形或中空多孔 形。本发明使用的原料为EVOH树脂材料，其熔点> 175°C，该树脂亲水性能好，可纺性 能好，可利用熔融纺丝方法制得性能优良的粗旦塑钢纤维。本发明方法中，所述油浴牵伸采用的油浴槽长度为5 10m，所述蒸汽牵伸采用的 蒸汽机槽长度为8 10m。采用本发明制备方法制得的粗旦EVOH纤维应用在混凝土中，由于EVOH表面具有 亲水性基团，可以与混凝土中的骨料产生很强的握裹力，可以显著改善的增强混凝土的抗 拉强度低，极限拉应变小和脆性大等缺点，增强效果显著；由于纤维单丝截面为圆形、三叶 形、腰果形、中空单孔形或中空多孔形，可以在保证纤维性能的前提下，增强纤维与混凝土 骨料、基材的粘结力、握裹力，提高纤维增强效果。采用本发明的制备方法生产的粗旦EVOH纤维，性能优良，特别是力学性能、化学 稳定性和高温稳定性优良，适用于工程领域，作为增强混凝土纤维对混凝土有显著的增强 效果，克服了现有工程纤维性能不足的缺点，扩展了现有EVOH纤维的应用范围，并具有生 产工艺简单、成本低、效率高的优点，可以迅速广泛的应用在实际工程中。
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步详细的描述。图1为本发明增强混凝土用粗旦EVOH纤维的制备方法的工艺流程图。
具体实施例方式如图1所示，本发明增强混凝土用粗旦EVOH纤维的制备方法以EVHO树脂为原料， 其制备方法包括以下步骤DEVOH树脂干燥，2)EVOH树脂与添加料共混，3)螺杆熔融挤压 纺丝机熔融，4)纺丝，5)喷丝头牵伸，6)水浴冷却，7) —级高温油浴牵伸，8) 二级高温蒸汽 牵伸，9)压痕，10)高温蒸汽热定型，11)冷却，12)切断机切断后打包。EVOH树脂是乙烯和乙烯醇的共聚物。本发明采用的EVOH树脂原料，其中乙烯的含 量按摩尔计为EVOH树脂的10 40%。该EVOH树脂等级为注塑级、纺丝级和/或通用级， 熔点高于175°C。步骤1)EV0H树脂干燥采用充填搅拌式干燥，干燥过程中干燥温度为110°C 130°C，干燥时间为2h 6h。步骤2)树脂原料与添加料的共混是在加入到螺杆熔融挤压纺丝机之前进行的。 掺加的添加料为色母粒、增塑母粒、耐高温母粒、防腐母粒、消泡母粒、无机物超细颗粒等物 料中的一种或几种，用于改善纤维的综合性能。步骤3)和步骤4)是在螺杆熔融挤压纺丝机中进行的，其螺杆熔融区域的温度设 置为预热区180 220°C、熔融区190 230°C、压缩区200 235°C、计量区190 220°C， 纺丝温度为180 210°C。步骤5)喷丝头牵伸和步骤6)水浴冷却过程中，喷丝头孔径为1. 5 3mm，长径比 为6 15，纤维喷出后水浴冷却温度为35 80°C，喷丝头的喷丝口处的牵伸倍率为2 8倍。冷却后纤维丝束牵伸采用两级牵伸的方式步骤7) —级牵伸为高温油浴牵伸，油 浴温度为70 120°C，油浴槽长度为5 10m，一级牵伸倍率为2 4倍；步骤8) 二级牵 伸为高温蒸汽牵伸，蒸汽温度为130°C 150°C，高温蒸汽机槽长度为8 10m，牵伸倍率为
1.5 3倍。步骤9)压痕为垂直纤维轴向方向压痕，压痕深度0. 1 0. 3mm。步骤10)高温蒸汽热定型温度为140 150°C，定型时间为15s 60s。步骤12)切断机切断EVOH纤维的长度为20 40mm。按以上步骤制成的粗旦EVOH纤维直径在500 1250 μ m，单丝截面可以为圆形、三 叶形、腰果形、中空单孔形或中空多孔形等。实施例1采用的EVOH树脂中乙烯的摩尔含量为25%，掺入的添加料是占EVOH树脂总重量 为左右、颜色为柠檬黄的色母粒，干燥温度为110°c，干燥时间6h，干燥后切片含水量降 低到40ppm以下，系统采用充填搅拌式干燥，干燥温度低、时间短并且干燥效果明显。将干燥后的原料和添加料共混后加入到螺杆纺丝机中，纺丝机各区温度分别为 预热区195°C，熔融区215°C，压缩区225°C，计量区215°C，喷丝头温度205°C ；喷丝孔直径
2.5mm,长径比6，水浴冷却温度60°C，喷丝头牵伸倍率为6。
一级牵伸中油浴温度为95°C 士2，油浴槽长度为7. 5m，牵伸倍率为3. 0倍；二级牵 伸中高温蒸汽温度为135士2°C，牵伸倍率为1.65倍。纤维经过压痕后通过热定型装置，定型温度为140°C，定型时间为30s ；定型后通 过纤维切断机将纤维切断成30mm长度的塑钢纤维。最后制成的粗旦EVOH塑钢纤维成品的强度大于450MPa，断裂伸长率小于20%，模 量大于6GPa，纤维直径为0. 65mm,长度30mm，颜色为柠檬黄色。实施例2采用的EVOH树脂中乙烯的摩尔含量为20%，掺入的添加料是占EVOH树脂总重量 为0. 5%左右的增塑母粒，干燥温度为120°C，干燥时间4h，干燥后切片含水量降低到40ppm 以下，系统采用充填搅拌式干燥，干燥温度低、时间短并且干燥效果明显。将干燥后的原料和添加料共混后加入到螺杆纺丝机中，纺丝机各区温度分别为 预热区190°C，熔融区220°C，压缩区230°C，计量区215°C，喷丝头温度200°C ；喷丝孔直径 2. 0mm，喷出纤维为异型中空纤维，长径比7. 5，水浴冷却温度75°C，喷丝头牵伸倍率为6。一级牵伸中油浴温度为100°C 士2，油浴槽长度为7. 5m,牵伸倍率为3. 0倍；二级 牵伸中高温蒸汽温度为140士2°C，牵伸倍率为1.8倍。纤维经过压痕后通过热定型装置，定型温度为140°C，定型时间为30s ；定型后通 过纤维切断机将纤维切断成30mm长度的塑钢纤维。最后制成的粗旦EVOH塑钢纤维成品的强度大于475MPa，断裂伸长率小于15%，模 量大于6. 5GPa，纤维直径0. 5mm，长度30mm，颜色为淡白色。实例三采用的EVOH树脂中乙烯的摩尔含量为20 %，掺入的添加料是占EVOH树脂总重 量为0. 2%左右的耐高温母粒，干燥温度为125°C，干燥时间3h，干燥后切片含水量降低到 40ppm以下，系统采用充填搅拌式干燥，干燥温度低、时间短并且干燥效果明显。将干燥后的原料和添加料共混后加入到螺杆纺丝机中，纺丝机各区温度分别为 预热区185°C，熔融区220°C，压缩区235°C，计量区220°C，喷丝头温度205°C ；喷丝孔直径 3mm,长径比8，水浴冷却温度80°C，喷丝头牵伸倍率为8。一级牵伸中油浴温度为105°C 士2，油浴槽长度为9m，牵伸倍率为3.0倍；二级牵 伸中高温蒸汽温度为140士2°C，牵伸倍率为2.0倍。纤维经过压痕后通过热定型装置，定型温度为145°C，定型时间为45s ；定型后通 过纤维切断机将纤维切断成40mm长度的塑钢纤维。最后制成的粗旦EVOH塑钢纤维成品的强度大于495MPa，断裂伸长率小于15%，模 量大于7GPa，纤维直径0. 80mm，长度40mm，颜色为淡白色。采用本发明的制备方法生产的粗旦EVOH纤维，性能优良，特别是力学性能、化学 稳定性和高温稳定性优良，适用于工程领域，作为增强混凝土纤维对混凝土有显著的增强 效果，克服了现有工程纤维性能不足的缺点，扩展了现有EVOH纤维的应用范围，并具有生 产工艺简单、成本低、效率高的优点。以上所述只是本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原 则内所作的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
一种增强混凝土用粗旦EVOH纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤将EVOH树脂干燥后和添加料共混，加入到螺杆熔融挤压纺丝机中熔融，纺丝，经喷丝头牵伸，水浴冷却，然后经油浴牵伸，蒸汽牵伸，再经过压痕，蒸汽热定型，冷却后得到粗旦EVOH纤维，其中所述EVOH树脂中乙烯的摩尔含量为10～40％；所述EVOH树脂采用充填搅拌式干燥，干燥温度为110℃～130℃，干燥时间为2h～6h；所述添加料为色母粒、增塑母粒、耐高温母粒、防腐母粒、消泡母粒、无机物超细颗粒中的一种或几种；所述螺杆熔融挤压纺丝机的各区温度为预热区180～220℃、熔融区190～230℃、压缩区200～235℃、计量区190～220℃，纺丝温度为180～210℃；所述喷丝头牵伸和水浴冷却步骤中，喷丝头孔径为1.5～5mm，长径比为6～15，水浴冷却温度为35～80℃，喷丝头处的牵伸倍率为2～8倍；所述油浴牵伸，其油浴温度为70～120℃，牵伸倍率为2～4倍；所述蒸汽牵伸，其蒸汽温度为130℃～150℃，牵伸倍率为1.5～3倍；所述压痕为垂直纤维轴向方向压痕，压痕深度为0.1～0.3mm；所述蒸汽热定型步骤中，蒸汽温度为140～180℃，定型时间为15s～60s。
2.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于将制成的粗旦EVOH纤维用切断机 切断成长度为20 40mm。
3.根据权利要求1或2所述的的制备方法，其特征在于制成的粗旦EVOH纤维直径为 250 1250 μ m。
4.根据权利要求3所述的的制备方法，其特征在于制成的粗旦EVOH纤维单丝截面为 圆形、三叶形、腰果形、中空单孔形或中空多孔形。
5.根据权利要求1或2所述的的制备方法，其特征在于所述EVOH树脂熔点>175°C。
6.根据权利要求1或2所述的的制备方法，其特征在于所述油浴牵伸采用的油浴槽 长度为5 10m，所述蒸汽牵伸采用的蒸汽机槽长度为8 10m。
全文摘要
本发明公开了一种增强混凝土用粗旦EVOH纤维的制备方法，包括以下步骤将EVOH树脂干燥后和添加料共混，加入到螺杆熔融挤压纺丝机中熔融，纺丝，经喷丝头牵伸，水浴冷却，然后经油浴牵伸，蒸汽牵伸，再经过压痕，蒸汽热定型，冷却后得到粗旦EVOH纤维。采用本发明的制备方法生产的粗旦EVOH纤维，具有优良的力学性能、化学稳定性和高温稳定性，适用于工程领域，作为增强混凝土纤维对混凝土有显著的增强效果，并具有生产工艺简单、成本低、效率高的优点。
文档编号D01D5/24GK101962814SQ200910057638
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者何唯平, 倪建华, 庄园园, 张 杰, 郑伟 申请人:上海启鹏化工有限公司;深圳市海川实业股份有限公司;深圳海川工程科技有限公司;河源海川科技有限公司