聚丙烯纤维的表面改性及其在水泥基材料中的应用

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聚丙烯纤维是一种结构规整的结晶型聚合物,具有很多适合作为水泥基材料掺合料的优良性质。但聚丙烯纤维表面光滑,表面能低,分子链上不含任何活性基团,是一种憎水材料。掺入水泥基材料时,存在纤维分散性能差以及纤维-基体间粘结性能差的问题。这严重制约了聚丙烯纤维在建筑领域中的应用。 该文作者从表面改性入手,期望通过引入亲水活性官能团和(或)增大纤维表面粗糙程度来解决聚丙烯纤维在水泥基材料中分散性能差与纤维-基体间粘结性能差的问题。 该文深入研究了聚丙烯纤维的表面改性,改性方法及结论如下: ①铬酸溶液处理:结果表明,纤维表面的非晶区等薄弱层被腐蚀掉,并在纤维表面留下凹凸不平的刻槽,粗糙程度得到增加;纤维表面引入了一些活性基团,如-COOH、-OH等。纤维的吸湿率和表面官能团含量均得到大幅提高。 ②KMnO4/H2SO4作为引发剂、接枝丙烯酸:实验表明,纤维表面引入了活性基团-COOH等,同时纤维表面粗糙程度也得到增加,纤维的吸湿率得到提高。 ③乙烯基三乙氧基硅烷(SCA-1613)的水/乙醇溶液浸渍:实验表明,纤维表面吸附了SCA-1613分子,吸湿率得到较大提高。 ④甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(SCA-503)的水/乙醇溶液浸渍:结果表明,纤维表面吸附了SCA-503分子,吸湿率得到提高。 ⑤过氧化二异丙苯作引发剂、接枝乙烯基三乙氧基硅烷(SCA-1613):结果表明,纤维表面通过接枝引入了SCA-1613分子。 为评价聚丙烯纤维的改性效果,该文作者设计了裂缝实验以衡量经不同改性方法处理后的纤维对水泥基材料抗裂性能的影响。实验结果表明:改性聚丙烯纤维1)(指经方法①处理的纤维,以下类推)、2)和3)在抑制水泥基材料塑性开裂方面均比未改性纤维有较大改善。 最后,作者还研究了改性纤维1)、2)与3)对水泥基材料(砂浆)基本力学性能的影响。实验结果表明:增强效果最好的是纤维3),然后依次是纤维1)、纤维2),而且三种纤维砂浆的基本力学性能均比未改性纤维有了不同程度的改善。
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