高性能芳纶纤维在水泥基复合材料中的应用

芳纶纤维在水泥基复合材料中的应用日益增加。在分析芳纶纤维热稳定性与耐碱性的基础上,以聚丙烯(PP)纤维及聚乙烯醇(PVA)纤维作为对比,分别考察了芳纶纤维对塑性开裂、砂浆强度及工程水泥基复合材料(ECC)体系的影响。结果表明:芳纶的热稳定性能优异,但强碱性条件下的耐碱性有待改善;芳纶纤维具有比PP纤维更为良好的抗塑性开裂效果,同时芳纶在低水胶比条件下具有良好的增强与增韧效果,且标准养护条件下效果更为显著;芳纶对高纤维掺量ECC的抗弯强度提升效果要显著优于PVA纤维,但挠度略小。

高性能聚甲醛纤维的研发与应用实践

本文概述了开发聚甲醛纤维需要突破的关键难题,系统总结了目前国内的研发与应用现状,重点从纺丝级原料开发、纤维制备工艺、纤维性能表征及聚甲醛纤维在UHPC中的应用情况,并对其研发与应用前景进行了展望,以期为聚甲醛纤维的发展及应用提供思路与方向。

POM/PBS共混纤维的结构与性能研究

采用聚丁二酸丁二醇酯(PBS)对聚甲醛(POM)进行改性,经共混纺丝制得POM/PBS共混纤维,研究了POM/PBS共混体系的流变行为以及共混纤维的热稳定性、结晶结构和力学性能。结果表明:PBS对POM有一定的增塑作用,可以降低POM的黏度和剪切敏感性;添加PBS可降低共混体系的熔点、结晶温度和结晶度,POM的熔点为168.6℃,结晶温度为145.6℃,结晶度为78.6%,而加入PBS质量分数20%的POM/PBS共混体系的熔点为165.7℃,结晶温度为139.7℃,结晶度为68.9%;PBS增大了POM的球晶尺寸,但PBS质量分数超过15%时,由于发生相分离而产生PBS的环带球晶;当PBS质量分数为10%时,POM/PBS共混纤维力学性能最好,拉伸强度和弹性模量分别达到1 264 MPa,9.5 GPa,相比纯POM纤维分别增加了25.8%和15.9%。

聚甲醛纤维的耐老化性能研究

采用熔融纺丝制备聚甲醛(POM)纤维,研究了POM纤维在热烘箱、紫外老化箱中进行热氧老化和紫外老化,采用单纤维强力仪、扫描电子显微镜对老化过程中纤维的力学性能、表面结构形貌进行了分析。结果表明:在热氧老化过程中,前4 d纤维拉伸强度下降速度最快,从1 050 MPa下降到649 MPa;在紫外老化过程中,老化2~7 d时,纤维拉伸强度下降最快,从958 MPa下降到414.9 MPa;随着老化时间的增加,POM纤维的拉伸强度逐渐降低,但下降趋势变缓;在老化初期,纤维表面形成沿纤维轴向的微裂纹,并随着老化时间的延长,微裂纹逐渐变大,且出现垂直于纤维轴向的裂纹,严重破坏了POM纤维的结构与性能。

早强型高延性水泥基复合材料的性能研究

为了满足结构工程对修复材料提出的施工方式与开放时间、增韧、体积变形及抗冻融的实际需求,研究了高延性水泥基复合材料(HDCC)的凝结时间、拉伸-位移、劈裂抗拉、收缩及冻融性能的影响。结果表明,在保证早期强度发展的前提下,缓凝剂有效地延长了凝结时间从而保证其相应的施工时间,纤维的合理使用可提高HDCC的拉伸韧性与劈裂抗拉强度,而减缩剂与膨胀剂可将HDCC的收缩应变减小至200με以内,同时,新型HDCC还表现出良好的抗冻融特性。

早强型高延性水泥基复合材料制备及其性能研究

为满足结构工程对修复材料提出的抗裂、增韧及早强的实际需求,研究了纤维类型、缓凝剂及早强剂对高延性水泥基复合材料(HDCC)的早龄期力学性能、凝结时间与荷载-位移特征的影响。结果表明,不同纤维增强HDCC的24h龄期抗折与抗压强度均分别超过了16,37MPa,表现出早强特征;进口PVA纤维增强HDCC表现出更大的弯曲荷载极大值与对应的跨中位移,国产2种PVA纤维的弯曲荷载极大值相当,跨中位移均小于进口纤维增强体系。缓凝剂则有效延长了凝结时间,早强剂提高了HDCC的抗折强度。将制备的HDCC材料在某桥梁工程箱梁的结构修补中得以应用,取得了良好的抗裂与增韧效果。

紫外老化对聚甲醛纤维结构与性能的影响

研究了聚甲醛(POM)纤维在自然暴露老化以及在紫外老化箱中的加速老化行为,通过单纤维强力仪、扫描电镜、红外光谱仪、白度分析仪分析了老化对POM纤维结构与性能的影响。结果表明:POM纤维的耐老化性能差,自然老化8个月,抗拉强度下降22%,紫外老化14 d,抗拉强度下降84%;在光、氧的作用下,分子链发生断链的端基被氧化成羰基、羧基和羟基,黄色指数逐渐增加;通过添加抗老化母料F可显著提高POM纤维的抗老化性能。当抗老化母料F质量分数为3%、在紫外加速老化14 d时,POM纤维的抗拉强度仅下降8%,比未添加抗老化母料的POM纤维的抗拉强度提高了76%。

POM 纤维的产业化开发

为实现聚甲醛(POM)纤维的产业化,以国产POM树脂为原料进行改性,采用二步法纺丝工艺,自主设计加工成套设备,生产POM纤维,探讨了熔融纺丝工艺条件,并对纤维结构与性能进行了表征。结果表明:选择改性POM的结晶度为71.93%,具有较好的可纺性;当拉伸倍数为7.3时,生产的POM纤维拉伸强度达825.5 MPa,弹性模量达6.61 GPa,且纤维表面光滑,耐碱性优良;通过优化控制纺丝及拉伸工艺条件,成功实现了POM纤维的产业化。

聚乙烯醇/纳米纤维素纳米复合材料的制备

以复合塑化剂改性聚乙烯醇(PVA),采用熔融加工成型方法制备了PVA/纳米纤维素(NCC)纳米复合材料,通过动态激光光散射、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)和电子万能试验机研究了NCC在PVA基体中的分散性以及对其力学性能、热稳定性的影响。结果表明:NCC在PVA基体中有较好的分散性,但当NCC含量达到6%时,在基体中出现部分团聚现象;添加NCC可提高PVA材料的热稳定性、抗拉强度,降低PVA的韧性。