本發(fā)明涉及改進(jìn)的聚丙烯纖維、以及用于制造該聚丙烯纖維的方法和該聚丙烯纖維用于生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品的用途。
背景技術(shù)：
聚丙烯是通過對丙烯進(jìn)行聚合獲得的熱塑性樹脂。聚丙烯纖維通過眾所周知的熔融紡絲工藝生產(chǎn)，其中熔融聚合物通過具有大量小開口的模頭泵出以生產(chǎn)連續(xù)纖絲的絲束(tow).所述纖絲冷卻并牽拉或伸長以增加拉伸強(qiáng)度。所述纖絲通常進(jìn)行尺寸裁剪或精修(finish)，隨后如果需要，可以進(jìn)行干燥和回火，并可選地切短至所期望的長度，以提供纖維束。
由于聚丙烯具有出色的性能例如低密度、高強(qiáng)度和出色的耐熱性和耐化學(xué)系，聚丙烯纖維廣泛用于各種應(yīng)用，例如紡織品、包裝材料、容器、汽車部件等。
歐洲專利ep1812628以及等同的us申請us2013/0302608公開了用于生產(chǎn)熔融紡絲聚丙烯復(fù)纖絲、以及由其形成的紗線的方法。所述方法包括：作為一個必要特征，需要在成核劑的存在下形成熔融聚合組合物，對所形成的熔融聚合組合物進(jìn)行擠出，在溫度為50℃～130℃的液浴中將所形成的纖絲驟冷，在加熱至約120℃和約150℃的溫度的同時進(jìn)行牽拉，其中，成核劑的存在和纖絲在液浴中足夠長的停留時間確保了纖絲的足夠結(jié)晶程度。所公開的纖維確實(shí)高度結(jié)晶，呈現(xiàn)出超過約80％的使用waxs和saxs技術(shù)測定的結(jié)晶度。在ep1812628(以及us2013/0302608)中進(jìn)一步公開了通過該方法生產(chǎn)的這些聚丙烯纖維可以用于形成繩子和編織織物或無紡織物。雖然高結(jié)晶度的聚丙烯纖維確實(shí)在某些應(yīng)用中具有其優(yōu)點(diǎn)，例如，用于生產(chǎn)紡織品，高結(jié)晶度實(shí)際上對于生產(chǎn)纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品并不是有利的性能。實(shí)際上，已知具有高結(jié)晶度的聚丙烯纖維通常呈現(xiàn)出相對低的韌度(即，低纖維強(qiáng)度)。然而，為了增強(qiáng)纖維水泥產(chǎn)品，混入的纖維的韌度是有助于纖維水泥最終產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度的主要且必要的性能。因此，如ep1812628(以及等同的us2013/0302608)中所公開的高結(jié)晶度纖絲和纖維不適合用于生產(chǎn)纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品，特別是為了確保建筑工人的安全以及最終用戶的高性能產(chǎn)品，在全世界各國家中這些纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品受到規(guī)定了該產(chǎn)品機(jī)械性能最低要求的嚴(yán)格的國家法律法規(guī)監(jiān)管。
盡管已經(jīng)研發(fā)了ep1812628中公開的生產(chǎn)方法的數(shù)個其它變體，但是通過這些已知方法生產(chǎn)的聚丙烯纖維顯示出對于適用于需要非常高纖維強(qiáng)度的應(yīng)用(例如在纖維水泥應(yīng)用)的性能不足。此外，雖然不同研究組為了獲得至少具有較高纖維強(qiáng)度的聚丙烯纖維，嘗試研發(fā)對于已知工業(yè)方法的替代方法，但是這些方法被證實(shí)在工業(yè)規(guī)模上不是可行的。實(shí)際上，從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)規(guī)模的規(guī)模擴(kuò)大存在關(guān)于技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性的不同挑戰(zhàn)。而且，甚至當(dāng)僅進(jìn)行半工業(yè)規(guī)模時，某實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的方法導(dǎo)致不一致或改變纖絲或纖維質(zhì)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的目的是提供用于生產(chǎn)具有改進(jìn)性能的聚丙烯纖維的方法、特別是工業(yè)方法，所述聚丙烯纖維適用于在生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品(即，纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品)中使用、更優(yōu)選用于在生產(chǎn)平板或波紋纖維水泥片中使用。
在這方面，本發(fā)明人研發(fā)了新型工業(yè)方法，用于生產(chǎn)關(guān)于纖維密度和強(qiáng)度的性能得以改進(jìn)的聚丙烯單纖絲或復(fù)纖絲以及由此衍生的纖維。與現(xiàn)有技術(shù)中的前述方法相反，本發(fā)明的方法不需要存在或添加成核劑。
此外，與現(xiàn)有技術(shù)方法相反，本發(fā)明的方法首次使得在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模上高產(chǎn)量生產(chǎn)機(jī)械性能改進(jìn)的單纖絲或復(fù)纖絲和由此衍生的纖維。
特別是，發(fā)現(xiàn)在擠出工藝中某些參數(shù)對于獲得聚丙烯纖絲和纖維是決定性的，特別是適合用于對水泥質(zhì)產(chǎn)品(cementitiousproduct)進(jìn)行增強(qiáng)、并由此適用于生產(chǎn)纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品。
特別是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過在生產(chǎn)加工期間以特定方法驟冷聚丙烯纖維，能夠獲得特別適用于在纖維水泥材料中使用的纖絲和纖維。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的方法包括如下步驟：在溫度為約5℃～約50℃的液浴中對擠出的聚丙烯纖絲進(jìn)行驟冷，其中，所述液浴表面和擠出機(jī)噴絲頭之間的距離為約5mm～約200mm。
在具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括如下步驟：在溫度為約30℃～約50℃、例如優(yōu)選約35℃～約45℃的液浴中對擠出的聚丙烯纖絲進(jìn)行驟冷。
在其它具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括如下步驟：在液浴中對擠出的聚丙烯纖絲進(jìn)行驟冷，其中，所述液浴表面和擠出機(jī)噴絲頭之間的距離為約5mm～約15mm。
在某些實(shí)施方式中，擠出纖絲在液浴中的停留時間為約1秒～約30秒，優(yōu)選低于10秒，優(yōu)選約1秒～約10秒，更優(yōu)選約1秒～約5秒。
不受具體理論和假設(shè)的限制，發(fā)明人相信：在本發(fā)明的方法中，液浴的溫度、擠出纖絲在液浴中的停留時間、以及所述液浴表面和擠出機(jī)噴絲頭之間的距離是有益于纖維水泥最終產(chǎn)品中的所生產(chǎn)纖絲和纖維的總體性能的三個參數(shù)。
實(shí)際上，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：通過在溫度為約5℃～約50℃的液浴中對擠出的聚丙烯纖絲驟冷有限的停留時間，其中，所述液浴表面和擠出機(jī)噴絲頭之間的距離為約5mm～約200mm，可以獲得結(jié)晶度相對低到中等且纖維強(qiáng)度非常良好的纖絲。更具體地說，根據(jù)本發(fā)明方法獲得的單纖絲和復(fù)纖絲或纖維具有約40％～約60％的相對低到中等的結(jié)晶度(使用saxs和dsc測定技術(shù)測定)，并具有至少7cn/dtex、例如約7cn/dtex～約20cn/dtex的韌度。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)所述方法優(yōu)選在沒有成核劑的情況下實(shí)施。實(shí)際上，成核劑通常引起所獲得的纖絲和纖維的高度結(jié)晶，這對于本發(fā)明的纖絲和纖維是不期望的。
因此，在具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法在沒有成核劑的情況下實(shí)施。
使用本發(fā)明的生產(chǎn)方法，本發(fā)明人成功地生產(chǎn)了聚丙烯單纖絲、復(fù)纖絲、以及由此衍生的纖維，其特征為，線密度為約1～約75dtex/纖絲(dpf)，并且纖維強(qiáng)度或韌度為約7cn/dtex～約15cn/dtex以上，例如約8cn/dtex～約20cn/dtex以上。
此外，重要的是，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用通過根據(jù)本發(fā)明方法可獲得的纖維作為纖維水泥生產(chǎn)中的原料時，獲得了抗沖擊性能(即，夏比抗沖擊性能)顯著改進(jìn)的纖維水泥產(chǎn)品。
在第一方面，本發(fā)明提供生產(chǎn)用于對水泥質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行增強(qiáng)的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲(即，單纖絲或復(fù)纖絲)或由此衍生的纖維的方法，所述方法包括如下步驟：
(i)形成包含至少一種聚丙烯的熔融聚丙烯組合物；
(ii)通過噴絲頭對該熔融聚合組合物進(jìn)行擠出以形成一根聚合組合物的纖絲；
(iii)在溫度為約5℃～約50℃的液浴中對擠出的聚丙烯纖絲進(jìn)行驟冷，其中，所述液浴表面和所述噴絲頭表面之間的距離為約5mm～約200mm；以及
(iv)在約130℃～180℃的溫度下牽拉所述纖絲，以形成經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲；以及可選地
(v)將所述纖絲切為長度約3mm～約5mm的纖維。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法是工業(yè)級方法，即，能夠在工業(yè)規(guī)模上以高度一致性實(shí)施且不會影響所生產(chǎn)纖絲和纖維的質(zhì)量和機(jī)械性能的方法。
在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法用于生產(chǎn)經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲或纖維，并且包括如下步驟：
(i)形成包含至少一種聚丙烯的熔融聚丙烯組合物；
(ii)通過噴絲頭對熔融聚合組合物進(jìn)行擠出以形成多根聚合組合物的纖絲；
(iii)在溫度為約5℃～50℃的液浴中對擠出的聚丙烯纖絲進(jìn)行驟冷，其中，所述液浴表面和所述噴絲頭表面之間的距離為約5mm～約200mm；
(iv)收集多根纖絲以形成復(fù)纖絲；
(v)在約130℃～180℃的溫度下牽拉所述復(fù)纖絲，以形成經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲；以及可選地
將所述纖絲切為長度約3mm～約50mm的纖維。
在具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法在沒有成核劑的情況下實(shí)施。
在本發(fā)明方法的其它實(shí)施方式中，擠出纖絲在液浴中的停留時間為約1秒～約30秒，優(yōu)選低于10秒，優(yōu)選約1秒～約10秒，更優(yōu)選約1秒～約5秒。
在其它具體實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，液浴溫度為約30℃～約50℃、更優(yōu)選約35℃～約45℃。
在某些具體實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，液浴表面和噴絲頭表面之間的距離為約5mm～約160mm，例如(但不限于)約5mm～約10mm。
在某些具體實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，液浴表面和噴絲頭表面之間的距離為約5mm～約15mm，例如(但不限于)約10mm～約15mm。
在某些具體實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在實(shí)施步驟(ii)的擠出之后且在實(shí)施步驟(iii)的驟冷之前，熔融聚合組合物保持在約150℃～約200℃的溫度范圍，例如(但不限于)約165℃～約180℃的溫度范圍。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲，其中，纖絲或復(fù)纖絲的特征在于約1dtex/纖絲～約75dtex/纖絲(dpf)的線密度和約7cn/dtex～約15cn/dtex以上的韌度。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯單纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲或由此衍生的纖維，其中，單纖絲或復(fù)纖絲的特征在于約1dtex/纖絲～約75dtex/纖絲(dpf)的線密度和約7cn/dtex～約20cn/dtex以上的韌度。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲，其中，纖絲或復(fù)纖絲的特征在于約5dtex/纖絲～約25dtex/纖絲的線密度和約10cn/dtex～約15cn/dtex的韌度。
在其它具體實(shí)施方式中，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯單纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲或由此衍生的纖維，其中，單纖絲或復(fù)纖絲或纖維的特征在于約5dtex/纖絲～約25dtex/纖絲的線密度和約8cn/dtex～約20cn/dtex的韌度。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯單纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲或由此衍生的纖維，其中，單纖絲或復(fù)纖絲或纖維的特征在于使用waxs和dsc測定技術(shù)確定的結(jié)晶度為約40％～約60％。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯單纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲或由此衍生的纖維，其中，單纖絲或復(fù)纖絲或纖維的特征在于使用waxs和dsc測定技術(shù)確定的結(jié)晶度為約45％～約50％。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲，其中，纖絲或復(fù)纖絲的特征在于約5％～40％的斷裂伸長率，例如(但不限于)約10％～約25％的斷裂伸長率。
在第三方面，本發(fā)明提供可通過本文中所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯復(fù)纖絲的用途，用于生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品。
在第四方面，本發(fā)明提供用于生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品的方法，所述方法至少包括如下步驟：從纖維材料開始制造纖維水泥產(chǎn)品，所述纖維材料源自可通過本文所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲。
在第五方面，本發(fā)明提供可通過用于生產(chǎn)如本文所述纖維水泥產(chǎn)品的方法獲得的纖維水泥產(chǎn)品，所述方法至少包括如下步驟：從纖維材料開始制造纖維水泥產(chǎn)品，所述纖維材料源自可通過本文所述方法獲得的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲。
獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求列出了本發(fā)明的具體特征和優(yōu)選特征。從屬權(quán)利要求的特征可適當(dāng)?shù)嘏c獨(dú)立權(quán)利要求或其它從屬權(quán)利要求的特征結(jié)合，和/或與在上述說明書和/或下文中列出的特征結(jié)合。
本發(fā)明的上述和其它特性、特征和優(yōu)點(diǎn)會在下文詳細(xì)說明中結(jié)合附圖變得顯而易見，其通過例子說明本發(fā)明的原理。本說明書僅為了舉例，而不是限制本發(fā)明的范圍。下述引用的參考圖是指附圖。
附圖的簡要說明
圖1是單纖絲擠出生產(chǎn)線的示意圖。
(1)擠出機(jī)設(shè)備
(2)進(jìn)口
(3)噴絲頭
(4)纖絲
(5)液浴
(6)輥
(7)烘箱
(8)牽引輥
(9)第一牽引輥
(10)最終牽引輥
在不同附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同、相似或類似的元件。
示例性實(shí)施方式的描述
本發(fā)明將描述具體實(shí)施方式。
應(yīng)注意，權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包含”不應(yīng)解釋為被限制為其后列出的部分，其不排除其它部件或步驟。因此，其應(yīng)被理解為指出所述特征、步驟或組分的存在，但這并不排除一種或多種其它特征、步驟或組分或其組合的存在或添加。因此，表述"包括部件a和b的裝置"不應(yīng)被限制為所述裝置僅由部件a和b構(gòu)成。其表示對于本發(fā)明，所述裝置的相關(guān)部件僅為a和b。
整個說明書中，參考“一個實(shí)施方式”或“一種實(shí)施方式”。這樣的參考表示在相關(guān)實(shí)施方式中描述的具體的特征包含在本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式中。因此，在說明書中各處出現(xiàn)的短語“在一個實(shí)施方式中”或“在一種實(shí)施方式中”不一定全部都涉及同一個實(shí)施方式，雖然它們可能會涉及同一個實(shí)施方式。此外，具體特征或特性可以任何合適的方式在一個或多個實(shí)施方式中結(jié)合，這對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。
提供下述術(shù)語僅用于幫助理解本發(fā)明。
除非上下文另外清楚地說明，否則，本文所用的單數(shù)形式一個摂、一種摂以及該“/所述包括單數(shù)和復(fù)數(shù)指代。”
本文所用的術(shù)語“包含”、“包括”和“由……組成”與“含有”、“蘊(yùn)含”或“涵蓋”、“囊括”同義，為封閉式或開放式表述，并不排除其它未列舉的要素或方法步驟。
用端點(diǎn)列舉的數(shù)值范圍包括歸入相應(yīng)范圍內(nèi)的所有數(shù)值和部分，以及列舉的端點(diǎn)。
本文中使用的術(shù)語“約”當(dāng)用作定量值如參數(shù)、含量、持續(xù)時間等時是指包括特定值的+/-10％或更少，優(yōu)選為+/-5％或更少，更優(yōu)選為+/-1％或更少，更優(yōu)選為+/-0.1％或更少的變量，所述變量適合于在本發(fā)明中使用。應(yīng)理解，使用“約”的值其自身也是具體且優(yōu)選被公開的。
在本文中“水泥質(zhì)產(chǎn)品”或“水泥質(zhì)材料”中的“水泥質(zhì)”是指含有水泥的任何產(chǎn)品或材料，例如(但不限于)波特蘭水泥、具有高氧化鋁含量的水泥、含鐵的波特蘭水泥、火山灰水泥、礦渣水泥、灰泥、通過熱壓(autoclave)處理形成的硅酸鈣、和特定粘合劑的組合。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明產(chǎn)品中的水泥是波特蘭水泥。
本文中使用的術(shù)語“纖維水泥產(chǎn)品”是指至少包含纖維和水泥的產(chǎn)品。在本發(fā)明上下文中使用的纖維水泥產(chǎn)品還可以進(jìn)一步包含其它成分，例如(但不限于)：石灰石、白堊、生石灰、熟石灰或消石灰、研磨砂、硅砂粉、石英粉、無定形二氧化硅、冷凝硅灰(condensedsilicafume)、氧化硅微粉、偏高嶺石、硅石灰、云母、珍珠巖、蛭石、氫氧化鋁、顏料、消泡劑、絮凝劑和其它添加劑。
本文中使用的術(shù)語“纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品”是指至少包含增強(qiáng)纖維和水泥的產(chǎn)品。在本發(fā)明上下文中使用的纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品還可以進(jìn)一步包含其它非增強(qiáng)纖維(也稱為“加工纖維”)以及其它成分，例如(但不限于)：石灰石、白堊、生石灰、熟石灰或消石灰、研磨砂、硅砂粉、石英粉、無定形二氧化硅、冷凝硅灰、氧化硅微粉、偏高嶺石、硅石灰、云母、珍珠巖、蛭石、氫氧化鋁、顏料、消泡劑、絮凝劑和其它添加劑。
本文所用術(shù)語“纖絲”是指無休止的聚丙烯纖維。
本文所用的術(shù)語“單纖絲”指從熔體擠出或紡絲為單一纖絲(individualfilament)的纖絲。亦即，雖然擠出的纖絲可以經(jīng)過擠出后加工(例如，驟冷、干燥、牽拉、熱加工、精修等)，所述纖絲從熔體以單個的形式初始擠出或紡絲。
本文所用的術(shù)語“復(fù)纖絲”指從熔體擠出或紡絲為多根纖絲的眾多纖絲。亦即，雖然擠出的眾多纖絲可以經(jīng)過擠出后加工(例如，驟冷、干燥、牽拉、熱加工、精修等)，所述多根纖絲同時從熔體(即以其多根的形式)初始擠出或紡絲。
在本發(fā)明上下文中使用的術(shù)語“纖維”或“短纖維”是指切為、斷裂為、或撕裂為一定長度、即短纖維長度(staplelength)的纖絲。
本文所用術(shù)語“(短)纖維長度”是指任何組成的一組(短)纖維的平均長度。對于切斷合成纖維，例如聚丙烯纖維，(短纖維)長度是指這些纖維被切斷的不連續(xù)長度(discretelength)，并因此對于存在于組中的各纖維是相同的。對于斷裂或撕裂的合成纖維，例如聚丙烯纖維，(短纖維)長度是指斷裂或撕裂這些纖維的平均長度。
在本發(fā)明上下文中，術(shù)語“聚丙烯”意圖包括含有丙烯單體的任何聚合組合物，例如均聚物或與其它聚烯烴、二烯、或其它單體(例如乙烯、丁烯等)的共聚物。該術(shù)語還意圖包括任何不同的構(gòu)型和組成單體的排列(例如間同立構(gòu)、全同立構(gòu)等)。因此，本文中用于纖絲、單纖絲、復(fù)纖絲或纖維的術(shù)語意圖包括聚丙烯均聚物或共聚物的無盡拉伸纖絲(endlessstretches)、實(shí)際長束(strand)、線(threads)等。
在文本中使用的術(shù)語“成核劑”通常是能夠提供成核位置使得在聚丙烯從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w結(jié)構(gòu)期間形成聚丙烯晶體的任何材料。通常，在文本中使用的術(shù)語“成核劑”是指在聚丙烯從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w結(jié)構(gòu)期間促進(jìn)或增加聚丙烯結(jié)晶速率的試劑。示例性的成核劑非限制性列表包括：例如本領(lǐng)域眾所周知的二亞芐基山梨糖醇成核劑，例如二亞芐基山梨糖醇(dbs)、單甲基二亞芐基山梨糖醇例如1,3:2,4-雙(對甲基亞芐基)山梨糖醇(p-mdbs)、二甲基二亞芐基山梨糖醇例如1,3:2,4-雙(3,4-二甲基亞芐基)山梨糖醇(3,4-mdbs)等。其它合適的成核劑可以包括苯甲酸鈉，磷酸酯鹽、例如日本旭電化公司(asahidenkaofjapan)研發(fā)的na-11和na-21，或者南卡羅來納州的美利肯化學(xué)公司(millikenchemical)研發(fā)的超成核劑(hypernucleatingagent)例如hyperform(r)hpn-68l。
下面，參考各種實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。應(yīng)當(dāng)理解各實(shí)施方式以實(shí)施例的方式提供，并且并不是對于本發(fā)明范圍的限制。在這方面，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變化。例如，作為一個實(shí)施方式的部分描述或說明的特征可以用于另一實(shí)施方式，從而再獲得另外一種實(shí)施方式。因此，本發(fā)明意圖使本文覆蓋這些實(shí)施方式的修改和變動，只要這些修改和變動包含在所附權(quán)利要求和其等同內(nèi)容的范圍之內(nèi)。
在第一方面中，本發(fā)明提供用于生產(chǎn)聚丙烯纖絲的方法。特別是，本發(fā)明的方法能夠生產(chǎn)特定類型聚丙烯纖絲，其具有有利特性例如高纖維密度、高纖維強(qiáng)度和高纖維伸長百分率的獨(dú)特組合。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可通過本發(fā)明方法獲得的以及/或者具有如上所述特定特征組合的纖絲或纖維特別合適用于在生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品中使用，并由此用于對水泥質(zhì)產(chǎn)品、例如(但不限于)平板或波紋纖維水泥片進(jìn)行增強(qiáng)。
參考圖1，描述本發(fā)明所公開方法的一個實(shí)施方式。根據(jù)所描述的實(shí)施方式，可以向擠出機(jī)設(shè)備(1)提供基于聚丙烯的熔體。實(shí)際上，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，第一步包括：形成包含至少一種聚丙烯的熔融的聚丙烯組合物。隨后，在第二步中，熔融聚合組合物通過噴絲頭擠出以形成聚合組合物的單纖絲或復(fù)纖絲。
通常，在本發(fā)明方法中可以使用適用于形成經(jīng)拉制的纖絲或纖維的任何聚丙烯。
例如，適用于本發(fā)明的聚丙烯通常是任何標(biāo)準(zhǔn)熔融流體。例如，在一個實(shí)施方式中，熔體流動速率(mfr；根據(jù)表示iso1133測定)為約0.5～約30的標(biāo)準(zhǔn)擠出級聚丙烯樹脂可以用于形成本發(fā)明的纖絲或纖維。在某些特定實(shí)施方式中，可以使用mfr為約0.5～約25的聚丙烯。在某些更優(yōu)選實(shí)施方式中，用于形成經(jīng)拉制的纖絲或纖維的聚丙烯的mfr為約0.5～約26，包括約0.5～約8，例如約0.5～約7，例如特別是約0.5～約6。在其它特定實(shí)施方式中，用于形成經(jīng)拉制的纖絲或纖維的聚丙烯的mfr為約0.5～約2.8，流入約0.5～約2.0。
在本發(fā)明的特定實(shí)施方式中，在本發(fā)明方法中用于形成經(jīng)拉制的纖絲或纖維的聚丙烯材料是高分子量聚丙烯。因此，在特定實(shí)施方式中，在本發(fā)明方法中使用的聚丙烯材料的分子量為約200.000克/摩爾以上，例如約250.000克/摩爾以上，特別是約300.000克/摩爾以上，例如更優(yōu)選約350.000克/摩爾以上，例如約400.000克/摩爾，至少約500.000克/摩爾或至少約600.000克/摩爾，例如至少約700.000克/摩爾的分子量。
在本發(fā)明方法的特定實(shí)施方式中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用平均分子量約180.000克/摩爾～190.000克/摩爾且分子量多分散性指數(shù)約2.6的聚丙烯原材料時，在工藝保持高度穩(wěn)定的同時，整體聚丙烯纖絲生產(chǎn)工藝的速度可增加約30％。
向擠出機(jī)分別或同時提供、例如通過入口(2)提供用于形成經(jīng)拉制的纖絲或纖維的聚合組合物的單獨(dú)成分。例如，可以單獨(dú)或同時向擠出機(jī)(1)提供粉末形式或顆粒形式的單獨(dú)成分，例如一種或多種聚丙烯樹脂。
在某些特定實(shí)施方式中，可以以顆粒形式提供一種或多種聚丙烯樹脂，并進(jìn)料至擠出機(jī)(1)的入口(2)。
包含聚丙烯樹脂的混合物也可以含有本領(lǐng)域眾所周知的各種其它添加劑。
例如，在某些實(shí)施方式中，當(dāng)期望纖絲具有某一顏色時，所述混合物可包含合適的著色劑，例如染料或其它顏料，所述著色劑通過所謂的母料添加到混合物中?？梢耘c混合物組合的其它添加劑可以包括：例如，抗靜電劑、抗氧化劑、抗微生物劑、粘合劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、增亮劑化合物、澄清劑、紫外光穩(wěn)定劑、表面活性劑、氣味增強(qiáng)劑或氣味預(yù)防劑、光散射劑、鹵素清除劑等中的一種或多種。此外，如本領(lǐng)域中已知的，添加劑可以通過母料包含于熔體中，或者在某些實(shí)施方式中，添加劑可以作為表面處理施加到未牽拉纖維、或者可選地施加到經(jīng)牽拉的纖維。
在根據(jù)本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的聚丙烯纖絲或纖維由聚烯烴共混物形成，所述聚烯烴共混物中的一個是聚烯烴。例如，聚烯烴可以在擠出機(jī)設(shè)備中與第二聚合物混合。第二聚合物可以是不同的聚丙烯或另一聚烯烴。在某些其他實(shí)施方式中，纖絲或纖維的聚合成分是聚丙烯/聚乙烯共混物。在其它具體實(shí)施方式中，其他聚合物可以與聚丙烯共混。例如，在一個具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的聚丙烯纖絲或纖維由聚丙烯/環(huán)狀聚烯烴共混物形成。
在本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式中，擠出機(jī)設(shè)備(1)可以是本領(lǐng)域眾所周知的熔融紡絲設(shè)備。例如，聚丙烯樹脂、可選地一種或多種其它聚烯烴、以及任何其它期望的添加劑可以放置在進(jìn)料斗中，該進(jìn)料斗將樹脂進(jìn)料至系統(tǒng)中。隨后，在加熱器逐步升高溫度的同時，通過旋轉(zhuǎn)的螺桿將樹脂顆粒推入筒中。在旋轉(zhuǎn)的螺桿末端，獲得熔融聚合物。熔融混合物的形成通常在一溫度、例如在約175℃～約325℃的溫度下進(jìn)行，以便確?；舅械木郾┤廴凇?/p>
在熔融的聚合物混合物形成后，在壓力下將其輸送到擠出機(jī)設(shè)備(1)的噴絲頭(3)，在此能夠通過噴孔、開口、或孔擠出以形成聚丙烯纖絲(4)。如上所述，在單纖絲或復(fù)纖絲的后處理期間，混合物可以擠出為例如片狀取向或柱狀取向的單纖絲或復(fù)纖絲，并通過切割、切片、或拉斷成為單獨(dú)的纖維。
噴絲頭(3)通常加熱到在防止成型期間纖絲(4)斷裂的同時使得熔融聚合物擠出的溫度。在某些具體實(shí)施方式中，噴絲頭(3)加熱到與形成熔融聚合物相同的溫度，例如約175℃～約325℃的溫度。在其它具體實(shí)施方式中，噴絲頭(3)在擠出工藝期間可以加熱到約220℃～約300℃的溫度。然而，在替代實(shí)施方式中，噴絲頭(3)可以是不同的溫度，例如，比形成熔融聚合物溫度更低或更高的溫度。
在其它具體實(shí)施方式中，升高溫度隨著混合物從進(jìn)料斗進(jìn)入旋轉(zhuǎn)螺桿，并進(jìn)入至噴絲頭的過程進(jìn)行。在具體實(shí)施方式中，混合物在擠出之前可通過數(shù)個區(qū)：例如，第一區(qū)，其中溫度相對較低，例如約75℃～約150℃；第二區(qū)，其中溫度為約125℃～約175℃；以及在噴絲頭處的第三區(qū)，其可選地同時包括在其上擠出熔體的紡絲頭(spinhead)和紡絲模頭(spindie)，其可以保持在約175℃至約325℃的溫度。
在本發(fā)明加工期間，擠出聚合物的一個或多個噴絲頭噴孔、開口或孔的最大橫截面距離(例如，在圓噴孔的特定情況下的直徑)通常小于約1.0mm。例如，在一個實(shí)施方式中，噴絲頭噴孔的最大橫截面距離可以是約0.1mm～約0.5mm，例如約0.1mm～約0.3mm，包括約0.1mm～約0.25mm。
根據(jù)本發(fā)明，聚合物通過噴絲頭以相對高產(chǎn)量擠出。隨著每一孔的聚合物產(chǎn)量進(jìn)一步增加，通過纖維韌度和模量的顯著降低可以在該過程中檢測到過大的剪切。具體的過度剪切產(chǎn)量通常可以根據(jù)具體的流出材料、噴絲頭孔徑尺寸以及流出溫度中的一種或多種而變化。對于特定系統(tǒng)和材料以及獲得該材料的方法的過度剪切產(chǎn)量值對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。
在某些具體實(shí)施方式中，在此參考圖1，在擠出之后，聚丙烯纖絲(4)在溫度為約5℃～50℃、例如優(yōu)選約45℃的液浴(5)中驟冷，并通過輥(6)引導(dǎo)。其中擠出的纖絲進(jìn)行驟冷的液浴(5)可以是聚合物不溶于其中的液體。例如，液體可以是水、乙二醇、或任何本領(lǐng)域常規(guī)已知的合適液體。在其它具體實(shí)施方式中，在驟冷步驟期間，液浴溫度為約30℃～約50℃、例如(但不限于)約35℃～約45℃。
在根據(jù)本發(fā)明方法的某些具體實(shí)施方式中，液浴表面和噴絲頭表面之間的距離為約5mm～約200mm，例如優(yōu)選約5mm～約160mm。在其它具體實(shí)施方式中，液浴表面和噴絲頭表面之間的距離為約5mm～約100mm。
在其它具體實(shí)施方式中，液浴表面和噴絲頭表面之間的距離為約5mm～約10mm，包括但不限于約5～6mm。
在本發(fā)明方法的某些其它實(shí)施方式中，在擠出步驟和液浴中的驟冷步驟之間，熔融的聚合組合物保持在約100℃～200℃的溫度范圍。實(shí)際上，在本發(fā)明的某些具體實(shí)施方式中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的某些具體實(shí)施方式中有利的是：纖絲的空氣曝露部分、即在從噴絲頭擠出之后通過將溫度保持在至少高于約130℃、更優(yōu)選約150℃～約200℃、最優(yōu)選約150℃～約180℃、例如約165℃～180℃，來保持無定形狀態(tài)。例如，在進(jìn)入液浴(5)之前，纖絲(4)可以通過加熱的軸環(huán)。
在液浴(5)中可以存在一個或多個輥(6)，以輸送纖絲(4)通過浴(5)。在浴(5)中材料的停留時間可以取決于聚合材料中包含的特定材料、特定生產(chǎn)線速度等進(jìn)行變化。在具體實(shí)施方式中，材料在浴(5)中的停留時間為約1秒～約1分鐘，例如更優(yōu)選約1秒～約30秒，例如最優(yōu)選約1秒～約10秒。在本發(fā)明方法的其它具體實(shí)施方式中，材料在浴(5)中的停留時間為約1秒～約5秒，例如更優(yōu)選約1秒～約4秒，例如最優(yōu)選約1秒～約3秒。在本發(fā)明的某些具體實(shí)施方式中，材料在浴(5)中的停留時間為約5秒。
在纖絲(4)離開浴(5)處或附近，根據(jù)本領(lǐng)域已知的任何工藝從纖絲(4)上去除多余的液體，例如通過使用一系列的壓送輥、通過使用真空、使用橡皮刮板的壓制工藝、一個或多個氣刀等。
在纖絲(4)驟冷后，可以施加任何可選的工藝。
在某些具體實(shí)施方式中，在纖絲(4)驟冷后，可選地，纖絲在未施加熱的輥上拉伸，即也被稱為纖絲(4)的冷拉伸的可選的加工步驟。
在某些其他實(shí)施方式中，纖絲可以進(jìn)行額外的加工步驟，例如添加潤滑劑。
在纖絲驟冷和如上所述的可選的其它加工步驟之后，在溫度加熱至約130℃～180℃之間的同時，對纖絲進(jìn)行牽拉。
在某些具體實(shí)施方式中，纖絲(4)在溫度加熱至約130℃～約180℃的烘箱(7)中牽拉。根據(jù)這些實(shí)施方式，如本領(lǐng)域眾所周知的，牽引輥(8)在烘箱(7)內(nèi)或烘箱(7)外。
在替代實(shí)施方式中，并且對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，除了使用烘箱作為熱源之外，還可以加熱牽引輥(8)以使得在加熱的同時牽拉纖絲。例如，牽引輥加熱至約130℃～約180℃的溫度。
根據(jù)其他實(shí)施方式，纖絲可以在加熱至相似溫度(即約130℃～約180℃)的熱板上牽拉。
因此，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明上下文中，任何合適的熱源都可用于在牽拉期間將纖絲加熱到約130℃～約180℃的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的某些具體實(shí)施方式，纖絲以約9～15的拉伸比(限定為第二或最終牽引輥(10)對第一牽引輥(9)的速度比)。例如，在某些其它實(shí)施方式中，其拉伸比為約10～約15，例如(但不限于)約10，特別是約11，更優(yōu)選約12，更優(yōu)選約13，例如約14，或者最優(yōu)選約15。
額外地，如本領(lǐng)域眾所周知的，所生產(chǎn)的纖絲可以纏繞在線圈或圓錐體上。
應(yīng)當(dāng)理解，除了使用牽引輥之外，可以在纖維上施加力以在驟冷步驟后拉伸纖絲的任何合適的工藝都可以可選地用于牽拉纖絲。例如，可以可選地使用任何機(jī)械設(shè)備以對纖絲進(jìn)行牽拉，所述機(jī)械設(shè)備包括壓送輥、牽伸輥、線圈、圓錐體、蒸氣發(fā)生器、空氣噴射、蒸汽噴射或其它氣體噴射。
在牽拉步驟后，經(jīng)拉制的纖絲可以進(jìn)行冷卻。
在某些實(shí)施方式中，在冷卻經(jīng)拉制的纖絲之后，可以進(jìn)行經(jīng)拉制的纖絲的附加可選加工。
例如，在某些實(shí)施方式中，經(jīng)拉制的纖絲可以進(jìn)行一個或多個分開的額外牽拉步驟。通常，這些一個或多個分開的牽拉步驟可以在與第一牽拉相似的溫度、或高于第一牽拉的溫度下進(jìn)行。例如，在第二、第三、第四等牽拉步驟中使用的加熱元件可以加熱到比第一牽拉步驟的加熱元件高約10℃～約50℃的溫度。此外，第二、第三、第四等牽拉的拉伸比通常低于第一牽拉的拉伸比。例如，第二、第三、第四等牽拉以低于約5的拉伸比進(jìn)行。在某些實(shí)施方式中，第二、第三、第四等牽拉以低于約3的拉伸比進(jìn)行。
任選地，經(jīng)拉制的纖絲可以進(jìn)行熱定型。例如，纖絲可以放松或?qū)嵤┓浅５偷睦毂?例如約0.7～約1.3的拉伸比)、并在短時間(通常低于3分鐘，例如低于約1分鐘，或者例如低于約5秒)施加約130℃～約150℃溫度。該可選的熱定型步驟可以用于“鎖住”牽拉后的纖絲的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。此外，這可以降低熱收縮，在一些實(shí)施方式中這可以是期望的。
在其它實(shí)施方式中，經(jīng)拉制的纖絲可以進(jìn)行表面處理以改進(jìn)某些特性，例如潤濕性或粘附性。例如，纖絲可以纖纖絲化，經(jīng)受等離子處理或電暈處理，或者可以包括添加表面纖維上漿，這些都是本領(lǐng)域通常已知的方法。典型地，該方法有助于改進(jìn)纖維在含水介質(zhì)(例如水泥基質(zhì))中的分散性，和/或改進(jìn)纖維界面和存在于含水介質(zhì)(例如水泥基質(zhì))中的一種或多種成分之間的相互作用。
在某些實(shí)施方式中，經(jīng)拉制的纖絲繞在卷取輥上。
然而，在其它實(shí)施方式中，經(jīng)拉制的單纖絲或復(fù)纖絲可進(jìn)行進(jìn)一步加工以形成本發(fā)明的(短)纖維，例如，通過將纖絲切斷、撕拉或折斷為某一長度的纖維。短纖維可以根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)已知工藝(例如，包括使用金屬槳葉、旋轉(zhuǎn)刀等)進(jìn)行切斷、撕拉、折斷或由單纖絲或多纖絲形成。
通常，精修纖維包裝在袋子中或壓成捆，并運(yùn)輸?shù)接糜谛纬傻诙a(chǎn)品的第二位置?；蛘撸蘩w維可以進(jìn)料至第二加工生產(chǎn)線，用于進(jìn)一步加工以形成第二產(chǎn)品，例如(但不限于)纖維水泥產(chǎn)品。
使用本發(fā)明的生產(chǎn)方法，本發(fā)明人成功地生產(chǎn)了經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲和纖維，其具有獨(dú)特且有利的物理特性組合，這使得這些纖維適用于在需要高抗沖擊性的產(chǎn)品、例如纖維水泥產(chǎn)品中使用。更具體地說，本發(fā)明提供了具有高密度、高韌度及高拉伸性的纖絲和纖維，這使得它們極其出色地用于在通常需要抗重沖擊性的材料例如纖維水泥產(chǎn)品中使用。
因此，在第二方面中，本發(fā)明提供根據(jù)本發(fā)明方法可獲得的聚丙烯纖絲和纖維。
更具體地說，根據(jù)本發(fā)明的聚丙烯單纖絲或由此衍生的纖維通常具有約1dtex(每纖絲)～約75dtex(每纖絲)的牽拉線密度(drawnlineardensity)。在具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的單纖絲和由此衍生的纖維具有約1dtex(每纖絲)～約50dtex(每纖絲)的牽拉線密度。在其它具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的單纖絲和由此衍生的纖維具有約1dtex(每纖絲)～約30dtex(每纖絲)的牽拉線密度。在其它具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的單纖絲和纖維具有約10dtex(每纖絲)～約25dtex(每纖絲)的牽拉密度。
此外，根據(jù)本發(fā)明的聚丙烯多纖絲和由此衍生的纖維通常具有約1dtex(每纖絲)～約75dtex(每纖絲)的牽拉線密度，例如約1dtex(每纖絲)～約50dtex(每纖絲)，例如特別是約1dtex(每纖絲)～約30dtex(每纖絲)。在具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)纖絲和由此衍生的纖維具有約1dtex(每纖絲)～約25dtex(每纖絲)的牽拉線密度。在其它具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)纖絲或由此衍生的纖維具有約1dtex(每纖絲)～約20dtex(每纖絲)的牽拉線密度。在其它具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)纖絲或由此衍生的纖維具有約5dtex(每纖絲)～約20dtex(每纖絲)的牽拉線密度。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式中，如本文所設(shè)想的，線密度降低、韌度增加且基質(zhì)界面相互作用增加的纖絲和纖維優(yōu)選用于在生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品和纖維混凝土產(chǎn)品中使用。
此外，根據(jù)本發(fā)明的單纖絲、復(fù)纖絲和由此衍生的纖維具有使用textechno公司的“favimat”測試機(jī)測定的約7～15cn/dtex以上的高韌度。
實(shí)際上，纖絲的機(jī)械特性通過favimat裝置(textechno)使用50mm的標(biāo)距長度在20℃進(jìn)行測試。力相對伸長的曲線以10mm/分鐘、隨后50mm/分鐘的十字頭速度進(jìn)行，以確定線密度，隨后確定其它拉伸性能(模量、拉伸強(qiáng)度、和斷裂伸長百分率)。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖絲和纖維的韌度為約7cn/dtex～約15cn/dtex，例如約8cn/dtex～約15cn/dtex，更優(yōu)選約9cn/dtex～約15cn/dtex，最優(yōu)選約10cn/dtex～15cn/dtex。因此，在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖絲和纖維的韌度為約10cn/dtex以上，例如約11cn/dtex以上，包括約12cn/dtex以上，優(yōu)選約13cn/dtex以上，更優(yōu)選約14dtex以上，最優(yōu)選約15、約16、約17、約18、約19、或約20cn/dtex以上。
此外，本發(fā)明的纖絲或纖維具有高模量，通常大于約50cn/dtex。在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖絲和纖維的模量大于約60cn/dtex，例如更優(yōu)選大于約80cn/dtex，例如最優(yōu)選大于約100cn/dtex，例如大于約150cn/dtex，最優(yōu)選大于約160cn/dtex。在某些具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的纖絲和纖維呈現(xiàn)約100cn/dtex～約150cn/dtex的模量。
此外，本發(fā)明經(jīng)拉制的纖絲和纖維呈現(xiàn)出特定的伸長特性。
纖絲的機(jī)械特性通過favimat裝置(textechno)使用50mm的標(biāo)距長度在20℃進(jìn)行測試。力相對伸長的曲線以10mm/分鐘、隨后50mm/分鐘的十字頭速度進(jìn)行，以確定線密度，隨后確定其它拉伸性能(模量、拉伸強(qiáng)度、和斷裂伸長率)。
例如，本發(fā)明的纖絲和纖維呈現(xiàn)約1％～約50％、例如約5％～約50％的(斷裂)伸長率。在其它具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖絲和纖維呈現(xiàn)約5％～約40％、例如約5％～約30％的(斷裂)伸長率。在某些其它具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖絲和纖維呈現(xiàn)約10％～約30％、例如約10％～約25％、例如更優(yōu)選約10％～約20％的(斷裂)伸長率。
與以前已知的其它聚丙烯纖絲相比，相信本發(fā)明的纖絲和本發(fā)明的纖維還具有獨(dú)特的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。存在數(shù)個廣泛接受的測定取向的聚合物系統(tǒng)中分子取向的方法，其中有光或x射線散射、吸收測測、機(jī)械性能和分析等。定量方法包括：寬角x射線散射(waxs)、小角x射線散射(saxs)、以及差示掃描量熱法(dsc)。
通過使用waxs技術(shù)，所公開的纖絲和纖維顯示出中度結(jié)晶，獲得足夠高的撓性、以及足夠高的拉伸強(qiáng)度，這些特性是這些纖絲和纖維用于如本文進(jìn)一步公開的纖維水泥產(chǎn)品中都需要的。特別是，纖絲和纖維使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的waxs和dsc測定技術(shù)確定的結(jié)晶度為約40％～約60％，例如約40％～約55％。上述結(jié)晶度進(jìn)一步使得本發(fā)明的纖絲和纖維特別適用于纖維水泥應(yīng)用，特別是生產(chǎn)纖維增強(qiáng)水泥產(chǎn)品和用于對纖維水泥材料進(jìn)行增強(qiáng)。
本發(fā)明的纖絲和/或纖維是基于聚丙烯的材料。在某些實(shí)施方式中，如下文詳述，用一種或多種聚丙烯均聚物和/或共聚物作為本發(fā)明纖絲和/或纖維僅有的聚合成分形成本發(fā)明的纖絲和/或纖維。然而，在替代實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖絲和/或纖維用聚丙烯共混物、例如聚丙烯/聚乙烯共混物形成。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的聚丙烯纖絲和纖維使用高全同立構(gòu)規(guī)整度(例如(但不限于)至少90％的全同立構(gòu)規(guī)整度，例如至少94％的全同立構(gòu)規(guī)整度，例如約95％的全同立構(gòu)規(guī)整度)的樹脂。
通常，所公開的纖絲和纖維用于為復(fù)合結(jié)構(gòu)材料增加強(qiáng)度。根據(jù)這些實(shí)施方式，當(dāng)混入復(fù)合材料時，纖維能夠加強(qiáng)或增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)基體(structuralmatrix)。
特別是，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用可通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的纖維作為纖維水泥生產(chǎn)中的原料時，獲得了抗沖擊性能顯著改進(jìn)的纖維水泥產(chǎn)品。因此，本發(fā)明還涉及將本發(fā)明纖絲和/或纖維用于纖維水泥產(chǎn)品或材料的方法。
因此，在第三方面，本發(fā)明提供通過如本文所公開的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯纖維的用途，用于生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品。
由此，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式，所公開的纖絲和纖維能夠有利地用作纖維水泥材料中的增強(qiáng)材料。
或者，在其它實(shí)施方式中，在如本文所述生產(chǎn)方法之后，纖絲和纖維在用作纖維灰泥產(chǎn)品的增強(qiáng)材料之前可以進(jìn)行進(jìn)一步加工。例如，在用作纖維水泥產(chǎn)品的增強(qiáng)材料之前，本發(fā)明的纖維可以是切碎的、原纖化的、平坦的、彎曲的、或本領(lǐng)域中通常已知的其它變形。
在任何這樣的期望的后成型工藝之后，纖維可以與混凝土或水泥質(zhì)材料混合以形成用于形成纖維水泥產(chǎn)品的原纖維水泥材料，所述纖維水泥產(chǎn)品與不包括本發(fā)明纖維的纖維水泥產(chǎn)品相比呈現(xiàn)出強(qiáng)度特性改進(jìn)。
實(shí)際上，本發(fā)明的其它目的是提供即使在老化后也具有令人滿意的抗撓性以及出色的抗沖擊性的纖維水泥產(chǎn)品。因此，根據(jù)本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品的特征在于這些產(chǎn)品是由根據(jù)本發(fā)明的聚丙烯纖維開始制造的。
因此，在另一個實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種包括本發(fā)明纖維的纖維水泥產(chǎn)品。在這方面，本發(fā)明的纖維用于增強(qiáng)固化的纖維水泥材料的強(qiáng)度特性。特別是，本發(fā)明的纖維功能上改進(jìn)了纖維水泥材料和含有這些纖維的產(chǎn)品的強(qiáng)度(固化基質(zhì)抵抗裂紋產(chǎn)生的能力)以及斷裂韌度(結(jié)構(gòu)抵抗存在于結(jié)構(gòu)中的裂紋擴(kuò)展的能力)。
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品能夠包括大量在整個纖維水泥基質(zhì)中分布的長度相對短的纖維。例如，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品能夠包括大量如本文所述的單纖絲纖維和/或復(fù)纖絲纖維，其切斷或切碎為約3mm～約50mm、例如約3～約25mm的長度。在某些具體實(shí)施方式中，纖維的不連續(xù)長度為小于約20mm、更優(yōu)選小于約15mm，例如最優(yōu)選約12mm。
在某些實(shí)施方式中，在本發(fā)明纖維水泥材料生產(chǎn)中，本發(fā)明的纖維能夠與其它增強(qiáng)纖維結(jié)合。例如，一定量的本發(fā)明纖維與一定量的本領(lǐng)域已知的一種多多種任意其它類型的增強(qiáng)纖維一起混入本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品中。
其它類型增強(qiáng)纖維的非限制性列表可以包括：例如，鋼纖維、碳纖維、凱夫拉(r)(聚對苯二甲酰對苯二胺)纖維、超高分子量聚乙烯纖維、液晶纖維、聚乙烯醇纖維、玻璃纖維、不同線密度和/或韌度的聚丙烯纖維、纖維素纖維例如牛皮紙漿等。
在纖維水泥產(chǎn)品生產(chǎn)中與本發(fā)明纖維結(jié)合的合適基質(zhì)材料通常可以是任何在纖維水泥產(chǎn)品生產(chǎn)中常用的基質(zhì)原料。
因此，在第四方面，本發(fā)明提供用于生產(chǎn)纖維水泥產(chǎn)品的方法，所述方法至少包括：從本發(fā)明的經(jīng)拉制的聚丙烯纖絲或經(jīng)拉制的聚丙烯纖維開始制造纖維水泥產(chǎn)品的步驟。
典型地，在用于生產(chǎn)本發(fā)明纖維水泥產(chǎn)品的方法中，可以根據(jù)任何本領(lǐng)域通常已知的標(biāo)準(zhǔn)方法對各種起始成分材料進(jìn)行混合、固化和/或其它處理。
在本發(fā)明的上下文中，纖維水泥產(chǎn)品應(yīng)理解為含有水泥和合成(以及可選地天然)纖維的水泥質(zhì)產(chǎn)品。所述纖維水泥產(chǎn)品由纖維水泥漿料制得(其以所謂的“生坯”纖維水泥產(chǎn)品形式形成)并隨后固化。
一定程度上取決于采用的固化方法，纖維水泥漿料通常含有水、加工纖維或增強(qiáng)纖維(兩者可都是合成有機(jī)纖維，任選地也可以是天然有機(jī)纖維，例如纖維素)、水泥(例如波特蘭(portland)水泥)、石灰石、白堊、生石灰、熟石灰或消石灰、研磨砂、硅砂粉、石英粉、無定形二氧化硅、冷凝硅灰、氧化硅微粉、高嶺土、偏高嶺石、硅石灰、云母、珍珠巖、蛭石、氫氧化鋁(ath)、顏料、消泡劑、絮凝劑和其它添加劑。加入任選的顏色添加劑(例如顏料)以大規(guī)模得到稱為著色的纖維水泥產(chǎn)品。
通常使用眾所周知的哈謝克法(hatschek-process)、流漿法(flow-onprocess)或馬格納尼法(magnani-process)或它們的組合制備纖維水泥產(chǎn)品，例如纖維水泥板或纖維水泥片或纖維水泥面板。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，可以使用哈謝克法制得未固化的纖維水泥產(chǎn)品。
在生產(chǎn)之后，纖維水泥產(chǎn)品隨后在形成纖維水泥產(chǎn)品的環(huán)境中隨時間推移而固化，或者可選地進(jìn)行熱固化(例如通過熱壓處理(autoclaving)等)。
在具體實(shí)施方式中，在通過哈謝克法(或流漿法或馬格納尼法或它們的組合)進(jìn)行制造之后，所述“生坯”纖維水泥產(chǎn)品通常通過在空氣中固化(空氣固化的纖維水泥產(chǎn)品)或在壓力下在水蒸汽存在下和升高的溫度中固化(熱壓固化(autoclavecrued))來進(jìn)行固化。對于熱壓固化的產(chǎn)品，典型地，在原始纖維水泥漿料中加入砂。所述熱壓固化通常導(dǎo)致在所述纖維水泥產(chǎn)品中存在
在其它具體實(shí)施方式中，在通過哈謝克法(或流漿法或馬格納尼法或它們的組合)進(jìn)行制造之后，“生坯”纖維水泥板可首先在空氣中預(yù)固化，隨后將預(yù)固化的產(chǎn)品進(jìn)一步空氣固化直到其具有最終強(qiáng)度，或用壓力和蒸汽進(jìn)行熱壓固化，以給予產(chǎn)品其最終性質(zhì)。
固化后，成為面板、片或板的纖維水泥產(chǎn)品可仍然包含顯著重量的水，呈現(xiàn)潮濕狀。其濕度可高達(dá)10％w，甚至是15％w，相對于干燥產(chǎn)品單位重量表示。干燥產(chǎn)品的重量定義為：當(dāng)在105℃于通風(fēng)爐中干燥產(chǎn)品、直到獲得恒定重量時的產(chǎn)品重量。
在某些實(shí)施方式中，纖維水泥產(chǎn)品是經(jīng)干燥的。優(yōu)選通過空氣干燥進(jìn)行所述干燥，并當(dāng)纖維水泥產(chǎn)品的濕度重量百分含量(相對單位重量干燥產(chǎn)品表示)小于或等于8重量％，甚至小于或等于6重量％，最優(yōu)選為4重量％～6重量％(包括端值)時終止干燥。
在第五方面中，本發(fā)明提供通過該方法可獲得的纖維水泥產(chǎn)品。
本文中所指的纖維水泥產(chǎn)品包括由纖維水泥制成的覆蓋屋頂或墻的產(chǎn)品，例如，纖維水泥瓦、纖維水泥石板(slates)、纖維水泥覆面(fibrecementsidings)、纖維水泥板(boards)、平板纖維水泥片、波紋纖維水泥片等。
根據(jù)具體實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品可以是屋頂或外墻元件、平板片或波紋片。
在某些其它實(shí)施方式中，本發(fā)明的聚丙烯纖維特別適用于生產(chǎn)波紋纖維水泥片。
根據(jù)其它具體實(shí)施方式，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品具有如下的形狀：管子、貯罐元件或任意其它形狀的其它纖維水泥物體。
根據(jù)其它具體實(shí)施方式，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品可以是纖維水泥片、特別是或波紋纖維水泥片。
此處所用的片也稱為面板或板，應(yīng)理解為平板，常規(guī)矩形元件，由纖維水泥材料提供的纖維水泥面板或纖維水泥片。面板或片具有兩個主要面或表面，所述主要面或表面是有最大表面積的表面。所述片可用于提供用于建筑或建筑物的內(nèi)部和外部的墻體的外表面，例如外墻板、覆面(siding)等。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，纖維水泥產(chǎn)品可以是空氣固化的纖維水泥產(chǎn)品，例如空氣固化平板片、或空氣固化波紋片。
與使用不同于本發(fā)明纖維的增強(qiáng)材料的現(xiàn)有已知纖維水泥產(chǎn)品相比，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品呈現(xiàn)出改進(jìn)的結(jié)構(gòu)特性。
不受限于具體理論，通過纖維水泥產(chǎn)品呈現(xiàn)的改進(jìn)的增強(qiáng)性能相信主要是由于單個纖維的機(jī)械特性改進(jìn)，即密度、韌度、彈性、模量等，而且還由于這些機(jī)械特性導(dǎo)致纖維之間的優(yōu)化糾纏，并由此改進(jìn)這些纖維混入其中的纖維水泥材料的強(qiáng)度和抗沖擊性。此外，本發(fā)明的纖維還具有在固化的纖維水泥產(chǎn)品內(nèi)的優(yōu)化糾纏，并由此與包含現(xiàn)有已知纖維增強(qiáng)材料的纖維水泥材料相比，這些產(chǎn)品還能呈現(xiàn)出改進(jìn)的斷裂韌度。
相對于纖維水泥產(chǎn)品的總重量，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品包含約0.1～約5重量％、例如特別是約0.5～約4重量％的纖維，例如，更優(yōu)選約1～3重量％的纖維。
根據(jù)具體實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品的特征在于：除了本發(fā)明的聚丙烯纖維織物，其包含約0.1重量％～約5重量％的其它增強(qiáng)纖維、例如纖維素纖維或其它無機(jī)或有機(jī)增強(qiáng)纖維。在具體實(shí)施方式中，有機(jī)纖維選自下組：聚乙烯醇聚丙烯腈纖維、聚乙烯、纖維素纖維(例如，木漿、或人造牛皮紙漿(annualkraftpulp))、聚酰胺纖維、聚酯纖維、芳族聚酰胺纖維和碳纖維。在其它具體實(shí)施方式中，無機(jī)纖維選自下組：玻璃纖維、巖棉纖維、渣棉纖維、硅灰石纖維、陶瓷纖維等。
在其它具體實(shí)施方式中，以重量％計，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品可以包含纖維化微纖維(fibrilsfibrids)，例如約0.1～0.3重量％的聚烯烴纖維化微纖維，例如“合成木漿”。
根據(jù)某些具體實(shí)施方式，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品包含20～95重量％的纖維作為水硬性粘結(jié)劑。在本發(fā)明產(chǎn)品中的水泥選自下組：波特蘭水泥、具有高氧化鋁含量的水泥、含鐵的波特蘭水泥、火山灰水泥、礦渣水泥、灰泥、通過熱壓處理形成的硅酸鈣、和特定粘合劑的組合。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明產(chǎn)品中的水泥是波特蘭水泥。
根據(jù)具體實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品可選地包含其它成分。在本發(fā)明纖維水泥產(chǎn)品中的這些其它成分可以選自下組：飛灰、無定形二氧化硅、研磨石英、石屑、粘土、顏料、偏高嶺石、高爐礦渣、碳酸鈣、白榴火山灰、氫氧化鋁、硅灰石、云母、珍珠巖、碳酸鈣等。相比于組合物的總初始干重量，該其它成分的總量優(yōu)選低于70重量％。
可以存在于本發(fā)明纖維水泥產(chǎn)品的其它添加劑可以選自下組：分散劑、塑化劑、消泡劑和絮凝劑。相比于組合物的總初始干重量，添加劑的總量優(yōu)選為約0.1重量％～約1重量％。
可以存在于本發(fā)明纖維水泥產(chǎn)品中的其它成分可以選自下組：水、砂、二氧化硅砂粉、冷凝硅灰、氧化硅微粉、高嶺土、偏高嶺石、硅石灰、云母、珍珠巖、蛭石、氫氧化鋁(ath)、顏料、消泡劑、絮凝劑和/或其它添加劑(例如，著色添加劑)，取決于具體纖維水泥產(chǎn)品的類型，這些其它成分中的每一個以合適量存在，并且每一成分可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定。
在其它具體實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品是纖維混凝土產(chǎn)品，其進(jìn)一步包含選自下組的至少一種：礫石、砂、石粉、和碎石。
本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品的特征在于：即使在曝露于二氧化碳期間進(jìn)行老化后，也具有高夏比抗沖擊性能(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)iso180或astmd256測定)。此外，根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品具有高撓曲模量。
因此，與包含相同或者甚至更高纖維負(fù)荷值下相似或甚至更長增強(qiáng)纖維的現(xiàn)有已知纖維水泥材料相比，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品呈現(xiàn)出約4kj/m2～約7kj/m2、例如約5kj/m2～約6kj/m2的改進(jìn)的夏比抗沖擊性能(在空氣干燥樣品上用已知的夏比沖擊試驗(yàn)進(jìn)行測定)。
此外，即使在老化(可以通過大量co2處理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬)后，與包含相同或者甚至更高纖維負(fù)荷值下的相似或甚至更長增強(qiáng)纖維的現(xiàn)有已知纖維水泥材料相比，本發(fā)明的纖維水泥產(chǎn)品呈現(xiàn)出約3kj/m2～約6kj/m2、例如約4kj/m2～約5kj/m2的改進(jìn)的夏比抗沖擊性能(在空氣干燥樣品上用已知的夏比沖擊試驗(yàn)進(jìn)行測定)。
現(xiàn)在參考以下實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
應(yīng)理解，雖然已討論了優(yōu)選實(shí)施方式和/或材料用于提供根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，但可對本發(fā)明做出各種修改或改變而不偏離本發(fā)明的范圍和構(gòu)思。
實(shí)施例
應(yīng)當(dāng)理解，用于說明目的的以下實(shí)施例，不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。雖然上文已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解在并未實(shí)質(zhì)上偏離本發(fā)明的新的啟示和優(yōu)勢的情況下，示例性實(shí)施方式中許多修改是可能的。因此，所有這類修改旨在包括于以下權(quán)利要求及其等價形式限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。進(jìn)一步，可以理解許多實(shí)施方式不能獲得某些實(shí)施方式的所有優(yōu)點(diǎn)，但是不存在特定優(yōu)點(diǎn)不應(yīng)被解釋為必然意味著這樣的實(shí)施例在本發(fā)明的范圍之外。
實(shí)施例1：低溫液體驟冷對聚丙烯纖維機(jī)械性能的影響
研究分子量(mw)約400.000g/摩爾的全同立構(gòu)聚丙烯纖維。
1.1方法和材料
1.1.1根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)聚丙烯纖維
以約230℃～約270℃的擠出溫度以及平均約250℃的模頭區(qū)域溫度，實(shí)施聚丙烯的熔融紡絲(如本領(lǐng)域通常已知的)。
通過由計量泵施加液壓的噴絲頭擠出聚丙烯制造復(fù)纖絲。在紡絲后，經(jīng)擠出的纖絲在約20℃～45℃的不同溫度的水浴中進(jìn)行驟冷。在驟冷后，以約4～約10m/min速度的變速導(dǎo)纖絲輥引取纖絲，并在約150℃的溫度牽拉，并使用纏繞機(jī)纏繞在管上。
使用具有直徑0.3mm孔和4的l/d的紡絲板。
1.1.2根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)的聚丙烯纖維的表征
11個樣品纖維的機(jī)械性能(即，模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)是以200cn容量的荷重傳感器、在20℃下使用favimat試驗(yàn)機(jī)(用于單個纖維的自動線密度和拉伸試驗(yàn)儀，公司：textechno)進(jìn)行測量(參見表2)。
1.2結(jié)果
表1顯示纖維性能(線密度、韌度和模量)與在生產(chǎn)過程中驟冷步驟期間使用的液浴溫度之間的關(guān)系。表2中的結(jié)果表示來自數(shù)個樣品測試的平均值。
用如上所述方法，獲得了線密度約4detx(每根纖絲)～約30detx(每根纖絲)的聚丙烯纖維。
此外，觀察到相對于在20℃進(jìn)行空氣驟冷，纖維的韌度在用20℃的水進(jìn)行液體驟冷的情況下更高。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然本領(lǐng)域中已知的驟冷步驟通常在遠(yuǎn)高于50℃的溫度下進(jìn)行，足以令人驚訝地是，當(dāng)在5℃～50℃、更優(yōu)選約20℃～30℃、最優(yōu)選約20℃的低液體驟冷溫度下進(jìn)行生產(chǎn)加工時，纖維的韌度增加(參見表1)。
表1.在不同驟冷條件下根據(jù)本發(fā)明獲得的纖維的機(jī)械性能
1.3結(jié)論
在本發(fā)明中，顯示出在溫度為約20℃～約40℃的液體驟冷有利地有助于根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的纖維的機(jī)械性能、特別是韌度。
實(shí)施例2：用于驟冷的液浴表面和噴絲頭表面之間的距離對聚丙烯纖維機(jī)械性能的影響
研究分子量(mw)約400.000g/分子的全同立構(gòu)聚丙烯纖維。
2.1方法和材料
2.1.1根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)聚丙烯纖維
以約230℃～約270℃的擠出溫度以及平均約250℃的模頭區(qū)域溫度，實(shí)施聚丙烯的熔融紡絲(如本領(lǐng)域通常已知的)。
通過由計量泵施加液壓的噴絲頭擠出聚丙烯制造復(fù)纖絲。在紡絲后，經(jīng)擠出的復(fù)纖絲在溫度約45℃～45℃的水浴中進(jìn)行驟冷。
特別是，研究用于驟冷的液浴表面和噴絲頭表面之間的距離對聚丙烯纖維機(jī)械性能的影響。
在一系列實(shí)驗(yàn)中，水浴表面和噴絲頭表面之間的距離為約5-6mm，而在另一系列實(shí)驗(yàn)中，水浴表面和噴絲頭表面之間的距離為約100mm。
在驟冷后，以設(shè)定速度的變速導(dǎo)纖絲輥引取纖絲，并在約150℃的溫度牽拉，并使用纏繞機(jī)纏繞在管上。
使用具有直徑0.3mm孔和4的l/d的紡絲板。
2.1.2根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)的聚丙烯纖維的表征
對于各實(shí)驗(yàn)條件，11個樣品纖維的機(jī)械性能(即，模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率)是以200cn容量的荷重傳感器、在20℃下使用favimat試驗(yàn)機(jī)(用于單個纖維的自動線密度和拉伸試驗(yàn)儀，公司：textechno)進(jìn)行測量的(參見表2)。
2.2結(jié)果
表2顯示纖維性能(線密度、韌度和模量)與用于驟冷的液浴表面和噴絲頭表面之間的關(guān)系。表2中的結(jié)果表示來自數(shù)個樣品測試的平均值。
用如上所述方法，獲得了約9detx(每根纖絲)～約30detx(每根纖絲)的高線密度聚丙烯纖維。
此外，觀察到如果液浴表面和噴絲頭表面之間的距離較大，則纖維的韌度和伸長率都較高(參見表2)。
表2.在用于驟冷的液浴和噴絲頭表面之間不同距離的情況下根據(jù)本發(fā)明獲得的纖維的機(jī)械性能
2.3結(jié)論
在本發(fā)明中，顯示出在溫度為約20℃～約40℃的液體驟冷有利地有助于根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的纖維的機(jī)械性能、特別是韌度。
實(shí)施例3：使用本發(fā)明聚丙烯制造的纖維水泥產(chǎn)品的抗沖擊性能
如上述實(shí)施例1所述的全同立構(gòu)聚丙烯纖維(表1中編號1～6)用于纖維水泥的生產(chǎn)。
3.1方法和材料
3.1.1在小型哈謝克機(jī)器上生產(chǎn)纖維水泥
通過根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程的哈謝克技術(shù)制造水泥質(zhì)產(chǎn)品，所述實(shí)驗(yàn)過程復(fù)制了通過工業(yè)方法獲得產(chǎn)品的主要性能。如上述實(shí)施例1所述的聚丙烯纖維(表1中編號1～6)用作基質(zhì)原料的增強(qiáng)材料。
纖維水泥片在50℃硬化一整晚，并且然后在室溫下在塑料保護(hù)蓋板下硬化14天。
3.1.2夏比抗沖擊性能的測定
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)astmd-256-81，在15mm*120mm的空氣干燥小型哈謝克樣品上，使用設(shè)備zwickdin5102.100/00、以及100mm的跨距，測定夏比抗沖擊性能。
在生產(chǎn)后兩周，10個小型哈謝克樣品以兩個方向(機(jī)器方向和與此垂直的方向)進(jìn)行測定。
在60℃和90％相對濕度的600l烘箱中，以1,51co2/分鐘注入co2，老化24小時后，再次測定相同樣品的抗沖擊性能。co2濃度范圍從調(diào)節(jié)開始的7％到調(diào)節(jié)結(jié)束的12％。
3.2結(jié)果
表3顯示出相對于使用表1中所列聚丙烯纖維(實(shí)施例1)制造的纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性能獲得的結(jié)果。表3中的結(jié)果表示來自數(shù)個樣品測試的平均值。觀察到相對于在20℃進(jìn)行空氣驟冷，所獲得纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性能在用20℃的水進(jìn)行液體驟冷的情況下更高。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然本領(lǐng)域中已知的驟冷步驟通常下遠(yuǎn)高于50℃的溫度下進(jìn)行，足以令人驚訝地是，當(dāng)在5℃～50℃、更優(yōu)選約20℃～30℃、最優(yōu)選約20℃的低液體驟冷溫度下進(jìn)行生產(chǎn)加工時，所獲得的纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性能似乎是最好的(參見表3)。
此外，表3顯示出所獲得的纖維水泥產(chǎn)品在生產(chǎn)后立即具有改進(jìn)的抗沖擊性、同時當(dāng)老化后(在二氧化碳飽和碳酸化(carbonatation)后)也具有改進(jìn)的抗沖擊性。
表3.使用不同驟冷條件下生產(chǎn)的聚丙烯纖維而獲得的纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性能
3.3結(jié)論
綜上所述，顯然，由根據(jù)本發(fā)明的聚丙烯纖維開始制造的纖維水泥產(chǎn)品顯示出與抗沖擊性有關(guān)的性能得以改進(jìn)。
實(shí)施例4：使用室溫的液體驟冷步驟的聚丙烯纖維的分子量對韌度的影響
研究分子量(mw)約200.000g/分子～400.000g/分子的三種不同全同立構(gòu)聚丙烯纖維。
4.1方法和材料
4.1.1根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)聚丙烯纖維
以約230℃的擠出溫度以及模頭區(qū)域溫度，實(shí)施聚丙烯的熔融紡絲(如本領(lǐng)域通常已知的)。
通過由計量泵施加液壓的噴絲頭擠出聚丙烯制造纖維。在紡絲后，經(jīng)擠出的纖絲在室溫(即，約20℃)的水浴中進(jìn)行驟冷。在驟冷后，以設(shè)定速度的變速導(dǎo)纖絲輥引取單纖絲，并在約150℃的溫度牽拉，并使用纏繞機(jī)纏繞在管上。
使用兩種類型的紡絲板，即直徑0.5mm的8噴孔噴纖絲板、以及直徑0.4mm的36噴孔噴纖絲板。
4.1.2根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)的聚丙烯纖維的表征
纖絲的機(jī)械特性通過favimat裝置(textechno)以200cn容量的荷重傳感器、使用50mm的標(biāo)距長度在20℃進(jìn)行測試。力相對伸長的曲線以10mm/分鐘、隨后50mm/分鐘的十字頭速度進(jìn)行，以確定線密度，隨后確定其它拉伸性能(模量、拉伸強(qiáng)度、和斷裂伸長率)(參見表1)。
4.2結(jié)果
在20℃的恒定液體驟冷溫度下拉伸比和分子量對聚丙烯纖維性能的影響匯總在表4。
特別是，表4顯示出一方面纖維的線密度、韌度和模量與另一方面2種聚丙烯纖維(一種具有高溶體流動指數(shù)(mfi)、以及另一種具有低熔體流動指數(shù)(mfi))的拉伸比之間的關(guān)系。表4中的結(jié)果表示來自數(shù)個樣品測試的平均值。
由表4可見，對于具有高熔體流動指數(shù)和具有低熔體流動指數(shù)的兩種類型聚丙烯，分別獲得了具有約25(每纖絲)和約37dtex(每纖絲)的高線密度聚丙烯纖維。
此外，表1顯示出，當(dāng)比較編號2(高mfi)至編號8(低mfi)時，對于提供的相似線密度，使用高分子量(并由此具有低mfi)獲得的韌度高于在低分子量聚丙烯(即，高mfi)情況下獲得的韌度。
4.3結(jié)論
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)的聚丙烯纖維的性能與聚丙烯的分子量有關(guān)。
表4.在不同熔融紡絲條件下根據(jù)本發(fā)明獲得的纖維的機(jī)械性能
實(shí)施例5：使用本發(fā)明聚丙烯制造的纖維水泥產(chǎn)品的抗沖擊性能
根據(jù)本發(fā)明方法制造的全同立構(gòu)聚丙烯纖維用于生產(chǎn)纖維水泥波紋片。
5.1方法和材料
5.1.1在小型哈謝克機(jī)器上生產(chǎn)纖維水泥
通過根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程的哈謝克技術(shù)制造水泥質(zhì)產(chǎn)品，所述實(shí)驗(yàn)過程復(fù)制了通過工業(yè)方法獲得產(chǎn)品的主要性能。根據(jù)本發(fā)明方法以五個獨(dú)立批次制造的聚丙烯纖維用作基質(zhì)原料的增強(qiáng)材料。此外，生產(chǎn)用市售可購得聚丙烯纖維(daiwabod120-pp)增強(qiáng)的對照樣品。
纖維水泥片在50℃硬化一整晚，并且然后在室溫下在塑料保護(hù)蓋板下硬化14天。
5.1.2夏比抗沖擊性的測定
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)astmd-256-81，在15mm*120mm的空氣干燥小型哈謝克樣品上，使用設(shè)備zwickdin5102.100/00、以及100mm的跨距，測定夏比抗沖擊性。
在生產(chǎn)后兩周，小型哈謝克樣品的抗沖擊性能以兩個方向(機(jī)器方向和與此垂直的方向)進(jìn)行測定。
5.2結(jié)果
表5顯示出相對于根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的聚丙烯纖維制造的纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性、以及使用市售可購得聚丙烯纖維(daiwabod120-pp)制造的對照纖維水泥產(chǎn)品獲得的結(jié)果。表5中的結(jié)果表示來自數(shù)個樣品測試的平均值。觀察到與使用市售可購得聚丙烯纖維(daiwabod120-pp)制造的對照纖維水泥產(chǎn)品相比，對于包含根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的聚丙烯纖維的纖維水泥產(chǎn)品，所獲得的纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性顯著更高。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然本領(lǐng)域中已知的驟冷步驟通常下遠(yuǎn)高于50℃的溫度下進(jìn)行，足以令人驚訝地是，當(dāng)在35℃～40℃的較低液體驟冷溫度下進(jìn)行生產(chǎn)加工時，所獲得的纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性能似乎是最好的(參見表5)。
表5.通過使用根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)的聚丙烯纖維獲得的纖維水泥產(chǎn)品的夏比抗沖擊性能
5.3結(jié)論
綜上所述，顯然與由市售可得的聚丙烯纖維開始制造的纖維水泥產(chǎn)品相比，由根據(jù)本發(fā)明的聚丙烯纖維開始制造的纖維水泥產(chǎn)品顯示出與抗沖擊性有關(guān)的性能得以改進(jìn)。