[发明专利]一种高强度聚丙烯纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯纤维的制备方法，特别涉及的是一种用于工程领域的增强混凝土强度的聚丙烯纤维的制备方法。

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。由于混凝土具有适用范围广、价格便宜、易浇注成型、耐久性好以及还可制作节能生态环保型建筑材料等优点，因此，在可预见的将来，混凝土仍将是我国现代工程建设的主要建筑材料。但是混凝土也存在着抗拉强度低、极限拉应变小、抗冲击耐磨损性能差以及在混凝土凝固前由于失水收缩造成混凝土塑性开裂等诸多缺点，为解决这一突出矛盾，在国内外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。

聚丙烯纤维具有低成本、吸湿性小、干态和湿态条件下力学性能相同、化学稳定性能好、耐酸碱、耐微生物、耐磨等优点，其具有广泛的用途，比如应用于绳索、土工布、过滤布、混凝土增强纤维等。尤其在混凝土增强方面的应用日益广泛，工业化高强度聚丙烯长丝具有力学性能好的优势，但是成本高；短丝聚丙烯纤维成本低但力学性能较差，均阻碍了聚丙烯纤维进一步在混凝土增强方面的应用。

现有中国专利公开号为CN1515711A、公开日期为2004年7月28日和授权公告号为CN1328423C、授权日期为2007年7月25日的两份专利文件，分别介绍了一种高强度聚丙烯纤维的制备方法，但是按照其制备方法制得的高强度聚丙烯纤维，其应用领域主要是属于纺织、服装类。而在土木工程应用方面对聚丙烯纤维提出了其它的要求，例如以上专利中纤维都经过了卷曲和松弛热定型的加工工艺，卷曲和收缩定型后的纤维不适用于土木工程中，故以上两项专利不适用土木工程纤维的制备。

正是为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种新的技术方案来制备工程领域所需的高强度聚丙烯纤维，以增强工程建设材料尤其是混凝土的各项性能指标。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中应用于工程领域的长丝聚丙烯纤维成本高、短丝聚丙烯纤维力学性能差的技术问题，而提供一种既能制备具有较高力学性能、又能大幅度降低生产成本的聚丙烯纤维的制备方法。

为解决上面所述的技术问题，本发明主要采取以下技术方案：

一种高强度聚丙烯纤维的制备方法，采用短丝法制作，依次包括以下步骤：

原料的干燥、混合：将准备好的聚丙烯树脂和添加料进行干燥并混合，所述聚丙烯树脂的树脂等级为注塑级、纺丝级或通用级，所述添加料占原料总重量的比例为0～25％；

熔融、纺丝：将混合后的聚丙烯树脂和添加料通过螺杆熔融挤压纺丝机进行熔融、挤出纺丝，螺杆熔融挤压纺丝机各区的温度分别为：预热区为190～210℃，熔融区为200～240℃，压缩区220～270℃，计量区210～260℃，纺丝温度为200～250℃；

喷丝头牵伸，纤维经喷丝头喷出后采用环冷风进行冷却，所述环冷风的温度为20～50℃；

上油；落桶；集束；

一级高温油浴牵伸：油浴温度为60～100℃，油浴长度为5～10m，一级牵伸倍率为2～4倍；

二级高温蒸汽牵伸：蒸汽温度为100～120℃，高温蒸汽机长度为8～10m，牵伸倍率为1.15～2倍；

高温紧张热定型：热定型温度为120～135℃，定型时间为15～60s；

冷却；切断；制得成品。

进一步的，本发明所采用的聚丙烯树脂原料的熔点大于165℃、熔融指数为3～70g/10min。

更进一步的，本发明所采用的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂或共聚聚丙烯树脂。

作为本发明的优选技术方案，在对准备的原料进行干燥时采用充填搅拌式的干燥方式，干燥温度为110～130℃，干燥持续时间为1～3小时。

作为本发明的另一优选技术方案，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、无机物超细颗粒和聚乙烯中的任一种或多种的混合物。

在所述喷丝头牵伸的步骤中，采用孔直径为0.15～0.75mm、长径比6～15的喷丝头进行牵伸。