本发明涉及一种建筑增强聚丙烯腈短切纤维及其制备方法，更具体的说，本发明涉及一种用于建筑水泥增强聚丙烯腈纤维及其制备方法。
背景技术
水泥材料是建筑材料中广泛使用的一种基料，它具有可加工性能好、施工工艺简单、价格低廉等一系列优势在建筑基础、墙体砌筑和室内外抹灰等方面得到了广泛的应用。但其同时也存在易开裂、脆性大等缺点，在水泥建筑材料中加入有机或无机纤维是一种广泛使用的抑制水泥材料脆性开裂的方法。20世纪70年代即实现了玻璃纤维在混凝土中的工业化应用。
可作为水泥建筑材料使用的有机合成纤维有聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维等。聚丙烯腈纤维具有与砂浆基体接触好、耐酸碱、耐高温、价格低廉等优点，得到了广泛的使用。
聚丙烯腈纤维制备方式有多种，按其制备过程分为一步法和两步法，其中一步法避免了共聚物的再次溶解，具有经济性高的优点。以二甲基亚砜为溶剂的一步法制备聚丙烯腈纤维则此外还具有纺丝原液固含量高的特点。二甲基亚砜一步法制备建筑增强聚丙烯腈短切纤维制备过程包括聚合、脱单、脱泡、凝固成型、多级凝固牵伸、多级热水牵伸、水洗、一次上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、热定型、二次上油、油剂再干燥、短切等步骤。
水泥基体是一种碱性基体，作为水泥增强材料使用的聚丙烯腈纤维，需要在长期的碱性氛围中保持较好力学性能。聚丙烯腈纤维的化学结构、凝聚态结构、后整理过程等均对其耐碱性有明显影响，其中以化学结构的最为显著。
日本专利jp58120811a，jp60021905a，jp61163149a，jp06115989a，jp08003812a公开了5篇建筑增强聚丙烯腈纤维的制备过程，但是上述专利未明确化学结构对纤维的耐碱性能的影响，更未明确耐碱性纤维应具备的化学结构，还存在明显不足。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题之一是现有技术中存在的建筑增强聚丙烯腈短切纤维耐碱性差的问题。提供一种建筑增强聚丙烯腈短切纤维，较好地解决了该问题，具有耐碱性好的优点。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的建筑增强聚丙烯腈短切纤维的制备方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种建筑增强聚丙烯腈短切纤维，由聚丙烯腈基原丝制得，其特征在于所述原丝共聚物包括丙烯腈链段和共聚单体链段，其中，丙烯腈链段质量占聚丙烯腈质量比≥99％，共聚单体链段同时包括离子型共聚单体链段和中性共聚单体链段，离子型共聚单体链段质量为中性共聚单体链段质量的1倍及以上。
上述技术方案中，所述离子型共聚单体包括但不限定为磺酸盐类、铵盐类，优选为苯乙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠等；中性共聚单体包括但不限定为丙烯酸酯类、乙烯酯类、丙烯酰胺类，优选丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等。
上述技术方案中，进一步优选方案为：所述丙烯腈链段质量占聚丙烯腈质量比≥99.6％，所述离子型共聚单体链段质量为中性共聚单体链段质量的2倍及以上。
为了解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的建筑增强聚丙烯腈短切纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯腈纺丝原液经凝固成型、凝固牵伸、热水牵伸、水洗、一次上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、热定型、二次上油、油剂再干燥，制得聚丙烯腈基原丝；其中，所述聚丙烯腈纺丝原液中共聚物包括丙烯腈链段和共聚单体链段，以占聚丙烯腈基共聚物总的质量百分数计，丙烯腈链段含量≥99％，共聚单体链段同时包括离子型共聚单体链段和中性共聚单体链段，离子型共聚单体链段与中性共聚单体链段的质量比大于等于1；
(2)将步骤(1)制得的聚丙烯腈基原丝经过纤维短切机进行短切，获得所述建筑增强聚丙烯腈短切纤维。
上述技术方案中，所述离子型共聚单体包括但不限定为磺酸盐类、铵盐类，优选为苯乙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠等；中性共聚单体包括但不限定为丙烯酸酯类、乙烯酯类、丙烯酰胺类，优选丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等。
上述技术方案中，进一步优选方案为：所述丙烯腈链段质量占聚丙烯腈质量比≥99.6％，所述离子型共聚单体链段质量为中性共聚单体链段质量的2倍及以上。
上述技术方案中，所述聚丙烯腈纺丝原液并无其他严格限定，例如但不限定进一步优选浓度为13-22wt％，特性粘数为2-7dl/g，分子量分布为2.0-5.0等，对其制备工艺也无特殊要求，可以采用本领域常用的制备工艺加以制备。
上述技术方案中，所述制备聚丙烯腈原丝的凝固浴介质为二甲基亚砜水溶液，凝固浴温度10-70℃，凝固浴质量浓度10-80％，牵伸比为0.5-0.9。
上述技术方案中，所述原丝制备时的多级凝固牵伸为温度20-70℃的多道牵伸，牵伸比为1-2。
上述技术方案中，所述原丝制备时的热水牵伸为温度90-99.5℃的多道牵伸，牵伸比为1-4。
上述技术方案中，所述原丝制备时的水洗采用温度60-90℃多道水洗，水洗过程中不施加牵伸。
上述技术方案中，所述原丝制备时的干燥致密化温度为100-150℃，牵伸比0.9-1.0。
上述技术方案中，所述原丝制备时的蒸汽牵伸绝对压力为0.1-1mpa，牵伸比为1-5。
上述技术方案中，所述原丝制备时的热定型温度为105-145℃，牵伸比为0.92-1.0。
上述技术方案中，进一步优选方案为：所述凝固浴介质为二甲基亚砜水溶液，凝固浴温度20-65℃，凝固浴质量浓度15-75％，牵伸比为0.6-0.85；所述多级凝固牵伸为温度30-65℃的多道牵伸，牵伸比为1-1.5；所述热水牵伸为温度90-99.5℃的多道牵伸，牵伸比为1-4；所述水洗采用温度60-90℃多道水洗，水洗过程中不施加牵伸；所述干燥致密化温度为100-145℃，牵伸比0.92-1.0；所述蒸汽牵伸绝对压力为0.2-0.8mpa，牵伸比为2-5；所述热定型温度为105-140℃，牵伸比为0.95-1.0；于所述油剂再干燥温度105-120℃；纤维短切后长度为5-32mm。
采用本发明的技术方案，由于使用原丝丙烯腈链段质量占聚丙烯腈质量比≥99％，共聚单体链段同时包括离子型共聚单体链段和中性共聚单体链段，离子型共聚单体链段数为中性共聚单体链段数的1倍以上，本发明人惊奇地发现此三要素的匹配具有较好的协同增效作用，使得制备该纤维的耐碱性强、由此所制得的短切纤维在加速试验中强度保持率达到96％，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明做进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99％，苯乙烯磺酸钠链段质量和丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.5％和0.5％的共聚原液(特性粘数3.2dl/g)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：采用湿法纺丝进行初生纤维制备，纺丝原液经计量泵精确计量、再次过滤后，通过喷丝板进入第一凝固浴中，凝固温度25℃，浓度为75wt％，牵伸比为0.85，后续进行两级凝固牵伸，牵伸比分别为1.05、1.1，得到凝固纤维。
3、牵伸和水洗：三道热水牵伸温度分别为90、98、99℃，牵伸比分别为1.8、2.0、2.4。1-3道水洗温度65℃，4-6道水洗温度75℃，7-9道水洗温度80℃；前6道采用八角辊振动水洗，后3道采用超声振动水洗，水洗后纤维中二甲基亚砜含量0.3wt％。
4、一次上油和干燥致密化：将步骤3得到的纤维进行一次上油后进行干燥致密化，干燥致密化温度呈阶梯升温方式，第1道干燥致密化温度100℃，第2道干燥致密化温度为140℃。
5、蒸汽牵伸和热定型：将步骤4得到的纤维在0.7mpa的蒸汽中进行3.5倍牵伸,之后在130℃蒸汽中进行热定型，热定型牵伸比0.98。
6、二次上油和油剂再干燥：将步骤5得到的纤维经过二次上油和油剂再干燥。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.1cn/dtex，拉伸模量为225cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率94.8％以上。
【实施例2】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99％，苯乙烯磺酸钠链段质量和甲基丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.5％和0.5％的共聚原液(特性粘数3.2dl/g)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9cn/dtex，拉伸模量为224cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率94.7％以上。
【实施例3】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99％，苯乙烯磺酸钠链段质量和醋酸乙烯酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.5％和0.5％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为8.9cn/dtex，拉伸模量为223cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率94.6％以上。
【实施例4】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.6％，甲基丙烯磺酸钠链段质量和丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.2％和0.2％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.1cn/dtex，拉伸模量为226cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率95.3％以上。
【实施例5】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.6％，甲基丙烯磺酸钠链段质量和甲基丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.2％和0.2％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.2cn/dtex，拉伸模量为228cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率95.4％以上。
【实施例6】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.6％，甲基丙烯磺酸钠链段质量和醋酸乙烯酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.2％和0.2％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.2cn/dtex，拉伸模量为227cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率95.5％以上。
【实施例7】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.6％，苯乙烯磺酸钠链段质量和丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.3％和0.1％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.4cn/dtex，拉伸模量为228cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率95.8％以上。
【实施例8】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.6％，苯乙烯磺酸钠链段质量和甲基丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.3％和0.1％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.4cn/dtex，拉伸模量为229cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率95.8％以上。
【实施例9】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.6％，苯乙烯磺酸钠链段质量和醋酸乙烯酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.3％和0.1％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.3cn/dtex，拉伸模量为228cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率95.9％以上。
【实施例10】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.8％，甲基丙烯磺酸钠链段质量和丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.15％和0.05％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.4cn/dtex，拉伸模量为230cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率95.9％以上。
【实施例11】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.8％，甲基丙烯磺酸钠链段质量和甲基丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.15％和0.05％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.5cn/dtex，拉伸模量为229cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率96.0％以上。
【实施例12】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99.8％，甲基丙烯磺酸钠链段质量和醋酸乙烯酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.15％和0.05％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为9.6cn/dtex，拉伸模量为230cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率96.1％以上。
【对比例1】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比98％，苯乙烯磺酸钠占聚丙烯腈共聚物质量2％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为8.1cn/dtex，拉伸模量为200cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率80％。
【对比例2】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比98％，丙烯酸甲酯占聚丙烯腈共聚物质量2％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为8cn/dtex，拉伸模量为205cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率82％。
【对比例3】
1、原液制备：制备丙烯腈链段质量占聚丙烯腈共聚物质量比99％，苯乙烯磺酸钠链段质量和甲基丙烯酸甲酯链段占聚丙烯腈共聚物质量分别为0.2％和0.8％的共聚原液(特性粘数3.2)，并进行2微米精密过滤。
2、凝固成型：同实施例1步骤2。
3、牵伸和水洗：同实施例1步骤3。
4、一次上油和干燥致密化：同实施例1步骤4。
5、蒸汽牵伸和热定型：同实施例1步骤5。
6、二次上油和油剂再干燥：同实施例1步骤6。
7、纤维短切：将步骤6获得的纤维短切为12mm长短切纤维。
测试得到纤维的单丝拉伸强度为8.4cn/dtex，拉伸模量为213cn/dtex；纤维在80℃，naoh浓度为1mol/l的水溶液中处理48小时后，纤维拉伸强度和模量保持率90％。