一种径向连通孔型混凝土用耐火防爆聚甲醛纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种径向连通孔型混凝±用耐火防爆聚甲醒纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 混凝±结构的防火性能研究己表明，与普通混凝±相比，高性能混凝±的抗火性 能较低。当其遭遇火灾或高溫时，常常会发生爆裂，其特征是伴随着爆炸声，混凝±裂成大 小不一的碎块，但爆裂前却没有任何预兆。此外，高性能混凝±在高溫下或高溫后的承载力 损失程度也高于普通混凝±。
[0003] 高性能混凝±具有低水灰比、良好的密实性及较低的渗透性，其火灾等高溫下的 爆裂特性与其低渗透性密切相关。高溫下，混凝±中的水蒸气从混凝±内部孔隙中逸出时 受阻，导致混凝±基体内部蒸汽压逐渐上升，并产生膨胀应力。当环境溫度继续升高，混凝 上内的蒸汽压也继续升高，混凝上内部的膨胀应力也在增大，直到混凝上结构发生爆裂，运 是目前研究者们公认的爆裂发生的主要原因的蒸汽压原理；另外一个理论是热应力原理， 是指火灾高溫在混凝±内部引起了溫度梯度，伴随溫度梯度而产生的热应力最终引发了爆 裂。
[0004] 为解决高溫爆裂，主要应从W下两方面着手：
[0005] (1)增大混凝±基体孔隙，在蒸汽压力达到临界值时让其通过孔隙全部或部分释 放，运对内部结构不太密实的普通混凝±来说，难度不大，但对水灰比较低的高性能混凝± 而言，难W实现。
[0006] (2)建立蒸汽压力释放通道。合成纤维烙点相对较低，混凝±中加入合成纤维后， 当溫度达到合成纤维烙点时，混凝±-般还处于自蒸发阶段，内部压力还不大，合成纤维烙 融并分解形成众多孔道。同时由于合成纤维分散的均匀性及纤维直径微细、数量巨大的特 征，使得混凝±内部孔结构发生了变化，孔隙的连通性加强，为混凝±内部水分的分解蒸发 提供了通道，也就缓解了混凝±内部压力，从而可降低爆裂发生的可能。
[0007] 聚甲醒（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初、耐火防爆的关键工程纤维之一。
[0008] 柳献等人（柳献，袁勇，叶光.聚丙締纤维高溫阻裂机理[J].同济大学学报：自 然科学版，2007, 35(7) :959-964.)对聚丙締纤维混凝±的高溫阻断机理进行了深入研究， 结果表明渗入聚丙締纤维可W很好的提高混凝上高溫防爆裂能力。
[0009] 郝晓玉（郝晓玉.聚丙締纤维高强混凝±高溫后的微观特性及其抗压性能研究 巧].太原理工大学，2012.)对高强混凝±的微观结构进行了定性和定量分析，研究高溫对 混凝±孔隙率及孔径分布的影响。
[0010] 宁艳红（宁艳红.聚丙締纤维混凝±受高溫作用后的渗透性能巧].北京交通大 学，2009.)认为升溫速率影响了其渗透性，随升溫速率的提高而增大。当聚丙締纤维渗量 相同时，聚丙締纤维烙化会增大纤维高性能混凝±的渗透系数，并且随聚丙締纤维体积渗 量的增大时变得更加显著。同时，含湿量是导致高性能混凝±发生爆裂的主要因素。
[0011] 从文献概述可W看出，现有研究多集中于纤维对混凝±高溫后性能影响规律的研 究，而其机理及针对性的纤维产品开发相对缺乏。上述常规纤维的耐火防爆效果还有待提 高。特别是应用现有的合成类纤维（如聚丙締纤维），难W在火灾早期建立蒸汽压释放通 道！
【发明内容】
[0012] 针对现有高性能混凝±在发生火灾时时常爆裂的问题，本发明提供一种径向连通 孔型混凝±用耐火防爆聚甲醒纤维（POM)，在火灾早期建立蒸汽压释放通道，从而维持高性 能混凝±在发生火灾时的稳定性。
[0013] 本发明所述径向连通孔型混凝±用耐火防爆聚甲醒纤维，单根纤维径向具有多个 平行连通孔，孔的数量为2-12个；每根纤维中，孔的总面积占纤维总截面积的15% -60%， 相邻孔间距为纤维半径的4% -25%。
[0014] 本发明所述径向连通孔型混凝±用耐火防爆聚甲醒纤维，使用海岛复合纺丝工 艺，其制备方法包括下述步骤：
[0015] (1)将聚甲醒与聚乳酸分别干燥至含水率50ppmW下，经海岛型复合纺丝机制备 出海岛型复合纤维；其中聚甲醒为海组份，聚乳酸为岛组份，岛的数量由海岛型复合纺丝机 的复合纺丝组件的设置决定，两者比例为由每根纤维中孔的总面积占纤维总截面积百分数 决定；
[0016] (2)前述步骤所得海岛型复合纤维经后道牵伸热定型后，短切得到短复合纤维； 再将短复合纤维置于碱液或溶剂中，揽拌2min~150min，将短复合纤维中的岛组份除去， 洗涂，于80°C~100°C条件下将洗涂后的纤维干燥至恒重，即可得到所述径向连通孔型混 凝±用耐火防爆聚甲醒纤维；
[0017] 所述碱液的主要成分为氨氧化钢或氨氧化钟中的一种或任意比例混合，抑值不低 于11 ;所述溶剂为二甲基甲酯胺或二氯甲烧。
[001引所述二甲基甲酯胺溶剂的溫度控制在100°C~120°C。
[0019] 所述二氯甲烧溶剂的溫度控制在20°C~30°C。
[0020] 所述的聚甲醒原料烙融指数范围为6. 0~15.Og/lOmin。
[0021] 在高分子材料行业，烙融指数是一个可W直观表征并反映材料性能的重要指标。 测试方法见GB/T3682-2000热塑性塑料烙体质量流动速率和烙体体积流动速率的测定。
[0022] 所述的聚乳酸原料重均分子量为20~33万。
[0023] 所述海岛型复合纺丝工艺中，复合纺丝溫度185°C~195°C，料斗及甫道区通氮气 保护，前纺收卷速度为180~350m/min。后道牵伸溫度控制在80~150°C，牵伸总倍数为 3~12倍。
[0024] 所述洗涂为自来水洗涂。
[00巧]所述径向连通孔型混凝±用耐火防爆聚甲醒纤维具有下述优点：（1)适当的孔间 距保障纤维本身的力学性能，不影响非火灾条件下的抗裂增初效果的发挥。（2)建立火灾早 期蒸汽压释放通道，避免火灾早期混凝±结构承载力的过快下降。（3)早期依靠纤维内孔隙 及纤维-基体之间的间隙来释放蒸汽压，溫度持续升高后，依靠纤维烙融体积减小及分解 后残留孔桐持续释放蒸汽压。
【附图说明】：
[00%] 图1 :径向连通孔型聚甲醒纤维耐火防爆示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。应理解，运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W对本发明作各种改动或修改，运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。
[0028] 对比例
[0029] 将烙指为9.Og/lOmin的聚甲醒（购自中海石油天野化工股份有限公司）干燥至 含水率为30ppm。经纺丝机制备出初生纤维，纺丝溫度设定为192°C。前纺收卷速度为260m/ min,牵伸溫度与倍数分别为140°C、7. 8倍。获得的普通POM纤维作为对比样，标记为对比 样品1。 阳〇3〇] 实施例1
[0031] 将烙指为9.Og/lOmin的聚甲醒（购自中海石油天野化工股份有限公司）与重均 分子量为30万的聚乳酸（购自深圳市博立生物材料有限公司，其余同）分别干燥至含水率 为30ppm。经复合纺丝机制备出海岛型复合纺丝，纺丝溫度设定为192°C，其中聚甲醒为海 组份，聚乳酸为岛组份，岛的数量为6个。前纺收卷速度为260m/min，牵伸溫度与