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聚丙烯纤维的表面改性及其在工程中的应用

作　者: 罗玲
导　师: 彭家惠
学　校: 重庆大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚丙烯纤维水泥基材料表面改性塑性收缩裂缝抗渗性
分类号: TQ340.79
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

聚丙烯纤维是一种弹性模量低于水泥基基体的有机合成纤维,由于聚丙烯纤维具有很好的力学性能,耐化学侵蚀的优点,它可望用于改善基体的抗拉性能与韧性性能。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,存在纤维分散性差以及纤维/水泥基体间粘接性能差的问题。因此对纤维表面进行适当的改性,提高与水泥砂浆基体之间的分散和界面结合是PP纤维得以应用的关键。本文从表面改性入手,期望通过在纤维表面引入活性基团和(或)增大纤维表面粗糙度来改善纤维在水泥基材料中的分散性差和纤维/水泥基体间粘接性能差的问题。本文采用了两种改性工艺对纤维表面进行了改性,考察了各种影响因素对纤维表面改性效果的影响,其最佳工艺条件和结论如下:(1)硅烷偶联剂处理:实验表明,利用该方法处理聚丙烯纤维,在纤维表面接枝上了硅烷偶联剂,同时由于过氧化物在分解过程中的作用,使纤维表面产生了轻微的刻痕,这有利于提高纤维表面的粗糙度。其最佳处理工艺条件为:硅烷过氧化物溶液配比为:硅烷含量为30%;过氧化剂含量为0.5%,反应温度50℃,反应时间为20min,浸泡时间为3h,水煮时间为1h。(2) KMnO4/ H2SO4作为引发剂,接枝丙烯酸:实验表明,利用该方法处理聚丙烯纤维,在纤维表面引入了活性基团-COOH等,同时KMnO4/ H2SO4体系具有强氧化性,使纤维表面的粗糙程度得到改善。其最佳处理工艺条件为:丙烯酸浓度为0.8mol/L、处理时间为3h、H2SO4浓度为0.2mol/L、KMnO4浓度宜控制在5×10 - 3mol/L、预处理时间为30min、预引发时间为30min。为评价聚丙烯纤维的改性效果,本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:经改性处理的聚丙烯纤维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;而硅烷改性的纤维在较低掺量(纤维体积掺量小于0.10%)就具有很好的阻裂作用,而杜拉、华神、接枝丙烯酸处理的纤维在较高掺量(纤维体积掺量超过0.10%)时才能发挥作用。最后,作者还研究了改性纤维对水泥基材料(砂浆)抗渗性能的影响。实验结果表明:经过改性处理的纤维在小掺量(小于0.45 Kg/m3)的情况下,虽具有一定的防渗效果,但这种效果不是很明显。随着聚丙烯纤维掺量的增加,除了未改性和铬酸处理的纤维外,其它种类的纤维对水泥基材料的抗渗性能都有了较大的提高。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 聚丙烯纤维的基本物理化学性质  10
  1.2 纤维增强混凝土技术的发展现状  10-11
  1.3 本课题研究的必要性  11-12
  1.4 聚丙烯纤维在混凝土中作用机理  12
  1.5 国内外聚丙烯纤维应用研究现状  12-13
  1.6 本课题的提出及其主要研究内容  13-18
  1.7 研究目标  18-20
2 原材料与试验方法  20-32
  2.1 主要原材料  20-21
  2.2 实验仪器及设备  21
  2.3 实验方法  21-32
3 聚丙烯纤维表面改性研究  32-56
  3.1 硅烷偶联剂对表面改性的影响  32-40
  3.2 化学接枝对表面改性的影响  40-48
  3.3 纤维的表面分析  48-51
  3.4 表面改性机理  51-53
  3.5 本章小结  53-56
4 改性聚丙烯纤维对水泥基材料塑性开裂的影响  56-64
  4.1 聚丙烯纤维种类的影响  56-57
  4.2 聚丙烯纤维掺量对砂浆抗裂性能的影响  57-61
  4.3 聚丙烯纤维阻裂机理探讨  61-63
  4.4 小结  63-64
5 改性聚丙烯纤维对水泥砂浆基本性能的影响  64-76
  5.1 改性聚丙烯纤维对水泥砂浆抗渗性的影响  64-68
  5.2 改性纤维对水泥砂浆断裂能的影响  68-74
  5.3 本章小结  74-76
6 结论  76-78
致谢  78-80
参考文献  80-84
附录  84-85
独创性声明  85
学位论文版权使用授权书  85

聚丙烯纤维的表面改性及其在工程中的应用

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