聚丙烯工程纤维物理力学性能探讨Word文档下载推荐.docx

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目前国内对聚丙烯纤维产品品质评定的检验标准主要有两个：

国家标准GB/T21120—2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》和行业标准JT/T525－2004《公路水泥混凝土纤维材料 

聚丙烯纤维和聚丙烯氰纤维》，这两个标准是目前水泥混凝土和砂浆用合成纤维方面，行业内所拥有的最新、最权威的检测依据，但并没有得到广泛的应用，各生产厂家多采用本企业的企业标准对生产的聚丙烯纤维进行检测。

检测标准的不统一给聚丙烯纤维性能的研究带来一定的困扰，给产品性能的横向评估带来一定的困难。

　　为探讨聚丙烯纤维的物理力学性能，本文通过对我们实验室2005年～2008年四年时间内检测的近200个聚丙烯纤维样品物理性能指标进行分析，并与国家标准GB/T21120-2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》和行业标准JT/T525－2004《公路水泥混凝土纤维材料 

聚丙烯纤维和聚丙烯氰纤维》进行比较，总结聚丙烯纤维的物理力学性能，为同行参考。

　　1聚丙烯工程纤维的外观与应用

　　改善混凝土性能的聚丙烯纤维目前主要有束状单丝聚丙烯纤维和网状聚丙烯纤维两种[5-6]。

　　单丝聚丙烯是一种高强聚丙烯束状单丝纤维，经特殊的表面处理技术，确保了纤维在混凝土中具有极佳的分散性及与水泥机体的握裹力。

聚丙烯单丝纤维习惯又称单丝聚丙烯防裂纤维、建材纤维、建筑纤维。

聚丙烯网状纤维简称纤维网，是以聚丙稀为原料，通过特殊工艺加工制造而成。

聚丙烯网状纤维又习惯称：

网状聚丙烯纤维、网状纤维、聚丙烯纤维网、纤维网、抗裂纤维、建筑抗裂纤维、工程纤维、工程塑料纤维。

图1分别是单丝聚丙烯纤维和网状聚丙烯纤维的外观形态。

图1聚丙烯纤维的形状

　　由图1可以看出，单丝聚丙烯纤维和网状聚丙烯纤维的外观形态不同，导致其理化性能不完全相同，用途也不完全相同。

单丝聚丙烯纤维可有效地控制混凝土、砂浆塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹，防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展，大大改善混凝土、砂浆的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命，是一种性能卓越的混凝土、砂浆抗裂防渗材料[7～10]。

网状聚丙烯纤维为多根纤维单丝相互交连而成的网状结构，当网状纤维投入到砼中后，在砼搅拌过程中，纤维单丝间的横向连接可经砼自身的揉搓和磨擦的作用而阻止形成纤维单丝或网状结构充分张开，从而实现数量众多的聚丙稀纤维单丝起到防裂的效果。

作为一种新型的砼用防裂纤维,聚丙烯纤维正成为继玻璃纤维，钢纤维后纤维砼界研究和应用的热点[11～14]。

2聚丙烯纤维的物理性能

　　纤维的品质指标，是决定纤维性能的重要参数。

现行国家标准、行业标准和企业标准的指标体系主要包含一类是表征聚丙烯材料本身特性的指标。

例如：

比重、熔点、燃点、抗酸碱性、导热性、吸水性、安全性、抗低温性。

另一类是表征纤维产品特性的指标。

抗拉强度、弹性模量、断裂伸长率以及亲水性、分散性等。

但不同种类和不同用途的纤维，所要考核的具体项目不同，断裂强度、断裂伸长率和杨氏模量等力学性能是聚丙烯纤维的必测项目，是评定纤维品质的主要项目。

以国家标准GB/T21120—2007和行业标准JT/T525－2004为评定依据，以断裂强度、断裂伸长率和杨氏模量品质指标为研究对象，考察目前国内混凝土专用聚丙烯纤维的力学性能要求。

　　GB/T21120—2007规定：

水泥混凝土和砂浆用合成纤维按其用途可分为用于混凝土的防裂抗裂纤维（代号HF）和增韧纤维（代号HZ）、用于砂浆的防裂抗裂纤维（代号SF）等，JT/T525－2004规定：

聚丙烯纤维分为聚丙烯单丝纤维和聚丙烯网状纤维。

其具体考核指标见表1。

由表1可以看出，用途不同，形状不同，对聚丙烯纤维性能指标的要求均不相同。

表1国家标准和行业标准力学性能指标

试验

项目

GB/T21120—2007

JT/T525－2004

混凝土用

砂浆用

聚丙烯单丝纤维

聚丙烯网状纤维

防裂抗裂

纤维

增韧纤维

防裂抗裂纤维

断裂强

度/mPa

≥270

≥450

≥350

≥400

断裂伸长

率/％

≤40

≤30

≤50

8~30

≥6

杨氏模

量/mPa

≥3.0×

103

≥3.5×

　　3我国现行聚丙烯工程纤维企业标准及质量检验情况

　　目前国家标准GB/T21120—2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》为新出台标准，行业标准JT/T525－2004采用的也不多，各个企业多采用本生产厂家自己制定的企业标准。

我们采用行业标准JT/T525－2004里的分类方法，即将聚丙烯纤维分为单丝和网状两种，来探讨四川省聚丙烯纤维的质量情况以及和国家标准和行业标准的差异。

　　3.1企业标准和实际测量的聚丙烯单丝纤维断裂强度的比较

　　纤维的断裂强度是指单位细度的纤维能承受的最大拉伸力。

聚丙烯纤维以很小的掺量掺入混凝土中，就可取得显著的抗裂效果，一方面因为混凝土产生裂纹源之后，高度分散的聚丙烯纤维在混凝土基体中充分发挥搭接作用和牵制作用，起到“次级加强筋”的效果,从而有效抵制裂纹的进一步扩展；

另一方面因为聚丙烯纤维强度越大，混凝土的强度也越大。

采用纤维掺杂混凝土的重要意义在于纤维改善了混凝土构件的断裂强度，从而拓展了大跨度混凝土构件的使用范围。

所以在使用中，断裂强度是一个非常重要的因素，聚丙烯纤维断裂强度的大小，直接影响着聚丙烯纤维混凝土抗裂的能力。

图2是企业标准和实际测量的聚丙烯纤维断裂强度的比较。

图2企业标准和实际测量的聚丙烯单丝纤维断裂强度的比较

　　从图2可以看出，各个生产厂家根据不同用途和本企业的实际生产情况，断裂强度的规定并不相同。

聚丙烯单丝纤维的断裂强度在290～510mPa之间，平均值为420mPa，而实际测得的断裂强度的平均值为512mPa，合格率为95％；

聚丙烯网状纤维企业标准里断裂强度制定的平均值为380mpa，而实际测得的断裂强度的平均值为486mPa，合格率为95％。

聚丙烯单丝和网状纤维均超出了企业标准界定的平均值。

将图２和表１比较发现，现阶段聚丙烯纤维实际的断裂强度超过了国家标准防裂抗裂纤维最低270mpa、增韧纤维最低450mpa的规定，也超过行业标准聚丙烯单丝纤维最低350mPa、聚丙烯网状纤维最低400mPa的规定。

　　3.2企业标准和实际测量的聚丙烯单丝纤维断裂伸长率的比较

　　纤维承受的外力作用达到弹性极限时，其增长的长度与原来长度的百分比称为断裂伸长率。

此指标亦表征材料内部结构状况，现在工程纤维断裂伸长率普遍在5%～50%之间，而行业内明显存在两种不同的观点。

一种观点认为较小的断裂伸长率好，而且较大的断裂伸长率也不易得到较高的断裂强度和弹性模量；

另一种观点认为在相同的断裂强度和弹性模量前提下，较高的断裂伸长率可以吸收更多的能量，对混凝土的增韧有很大的好处。

现在企业标准定义的断裂伸长率及实际测得值如图3所示。

图3企业标准和实际测量的聚丙烯单丝纤维断裂伸长率的比较

　　从图3可以看出，聚丙烯单丝纤维实际测得的断裂伸长率的平均值为17.2%，检测结果全部超过企业标准规定的指标，合格率为100%；

聚丙烯网状纤维的实际测得的断裂伸长率的平均值为15.4%，除个别样品外，检测结果大都超过企业标准规定的指标，合格率达到95%以上，两种形态的纤维均超过了企业标准界定平均值。

结合表1可以看出，随机选择40个检测的样品的断裂伸长率在国家标准和行业标准界定范围6%～50%之间，满足国家标准和行业标准的要求，检测结果以20%左右居多。

在实际生产中，断裂伸长率在20%左右的聚丙烯纤维既拥有较高的断裂强度和弹性模量，又对混凝土的增韧有很大好处，因此是比较合适的产业用纤维原料。

　3.3企业标准和实际测量的聚丙烯单丝纤维杨氏模量的比较

　　杨氏模量E是理想材料在较小形变时应力与相应的应变之比，它是材料的宏观物理和力学量，是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，是物体变形难易程度的表征。

聚丙烯纤维属低弹模量纤维，掺入聚丙烯纤维可降低混凝土的脆性，增加韧性，改善混凝土的性能。

图4是企业标准和实际测量的聚丙烯单丝纤维杨氏模量的比较。

图4企业标准和实际测量的聚丙烯单丝纤维杨氏模量的比较

　　从图4可以看出，聚丙烯单丝纤维实际测得的弹性模量的平均值为5.2×

103，检测结果全部超过企业标准规定的指标，合格率为100%；

聚丙烯网状纤维实际测得的弹性模量的平均值为3.8×

103，除个别样品外，检测结果大都超过企业标准规定的指标，合格率达到95%以上，二者均超出企业标准界定平均值。

将图4和表1比较发现，现阶段聚丙烯纤维的弹性模量超过了国家标准里防裂抗裂纤维最低3.0×

103mPa、增韧纤维最低3.5×

103mPa的规定，也超过了行业标准聚丙烯纤维（单丝和网状）最低3.5×

103mPa的规定。

在混凝土实际生产中，弹性模量为3.8×

103mPa左右的聚丙烯纤维的混入可降低混凝土的脆性,增加韧性，改善混凝土的性能，满足砂浆、混凝土工程的质量需求。

　4结论

　　纤维的品质直接决定纤维的性能，进而影响砂浆、混凝土的质量。

随着聚丙烯工程纤维做为增强剂在工程中的广泛应用，聚丙烯工程纤维的检测显得尤为重要，但目前国家标准GB/T21120—2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》和行业标准JT/T525－2004《公路水泥混凝土纤维材料 

聚丙烯纤维和聚丙烯氰纤维》并没有得到广泛的应用。

本文通过研究得出，聚丙烯工程纤维的物理力学性能基本满足各自企业标准要求，达到甚至超过国家标准和行业标准的规定，所以我国聚丙烯纤维的物理力学性能可以满足砂浆、混凝土工程的质量需求。

　　参考文献

　　[1]朱江.聚丙烯纤维在高性能混凝土中的应用[J].广东工业大学学报,2009,19（3）:

15-18.

　　[2]尹正刚,王坚.聚丙烯纤维增强水泥基材料性能技术应用及研究的现状[J]. 

建筑材料，2007，10（48）：

43-44.

　　[3]王少卿，闫玉本，孙仁东，等.改性聚丙烯工程纤维在混凝土中的应用[J].山东建材，2005

（2）：

70-71.

　　[4]王明明，李忠雨，左洪胜，等.聚丙烯纤维混凝土的性能研究及工程应用[J].施工技术，2007,26（6）:

91-95.

　　[5]陈宇峰，陆晓燕.聚丙烯纤维对混凝土性能影响的试验研究[J]. 

南通工学院学报（自然科学版），2002，1（3）：

85-89.

　　[6]马华堂，管新建，李洪