本發(fā)明屬于復(fù)合土工布技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料的制備方法，將高強粗旦聚丙烯土工布與土工格柵復(fù)合在一起，同時具備反濾和加筋增強作用，尤其適用于高速公路、鐵路、機場跑道等工程的維修與增強處理。
背景技術(shù)：
土工布/土工格柵復(fù)合土工材料是由高強抗拉土工格柵與非織造土工布復(fù)合而成的新型土工材料，可以充分發(fā)揮土工格柵和土工布的優(yōu)勢，進(jìn)一步完善土工布的性能，起到過濾、排水、防滲和增強加筋作用，延長了土工布的使用壽命。土工布/土工格柵復(fù)合土工材料施工時，一般將土工布朝下與下層路基緊密相接，降低了施工難度，耐用性好，可廣泛用于公路、鐵路、機場跑道等工程建設(shè)中。
對于土工布/土工格柵復(fù)合土工材料的應(yīng)用，國內(nèi)外早已進(jìn)行了大量的研究。專利201110417329.4公開了一種聚酯玻纖布與玻纖格柵布的復(fù)合土工布及其制作方法，將聚酯玻纖布和玻纖格柵通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起，具有良好的斷裂強力與斷裂伸長，起到加強路面、防滲和防反射裂縫的作用。專利201320279879.9公開了一種塑料拉伸土工格柵，通過在一次拉伸成型的土工格柵表面涂覆背膠，粘附一層玻纖無紡布制得土工布/土工格柵復(fù)合土工材料，具有防水、抗裂紋等特點，適用于各種公路、鐵路、碼頭等地基建設(shè)工程，克服了傳統(tǒng)土工格柵的應(yīng)用不足。專利201520380118.1公開了一種基于保持泥土的格柵復(fù)合土工布，通過熔融壓制方式將聚酯無紡?fù)凉げ寂c聚丙烯雙向土工格柵復(fù)合在一起，實現(xiàn)了對泥土的保持作用，同時提高了地基的強度。由此可見，目前對土工布/土工格柵復(fù)合土工材料的應(yīng)用研究仍集中在聚酯無紡布或聚酯玻纖無紡布與土工格柵的復(fù)合，但是聚酯、玻纖無紡布的耐堿性能較差限制了其應(yīng)用，一種耐酸堿腐蝕、抗拉強度高、使用壽命長的復(fù)合土工材料亟待出現(xiàn)。
聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布是以聚丙烯為原料，經(jīng)紡粘針刺工藝制成，具有比重輕、抗拉強度高、耐酸堿腐蝕、滲透性好等優(yōu)點，能起到較好的過濾、隔離、排水、防滲、增強與加固作用，適用于地下耐酸堿環(huán)境和高寒地區(qū)工程建設(shè)。但是聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布抗老化性能較差，粗旦長絲不勻率較高，因此國內(nèi)一直缺乏對聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布的應(yīng)用研究。實際上，聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布的耐老化性能以及長絲不勻率可以通過紡絲前期加入抗老化劑或者降溫母粒進(jìn)而改善，具有巨大的應(yīng)用前景。將高強粗旦聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布與土工格柵復(fù)合在一起，提升土工材料整體抗拉強度與耐酸堿性的同時，賦予其過濾、隔離和防滲功能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料的制備方法。通過該方法制備的復(fù)合土工材料具有抗拉強度高、耐酸堿和使用壽命長等優(yōu)點。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
一種聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料的制備方法，其特征在于，包括：
第一步：將高熔融指數(shù)等規(guī)聚丙烯切片與抗老化劑、降溫母粒均勻混合后倒入料倉，送入螺桿擠出機，經(jīng)熔融、擠壓、過濾、計量后，輸入紡絲箱體，由紡絲箱體的噴絲板噴出細(xì)流，經(jīng)雙側(cè)的側(cè)吹風(fēng)進(jìn)行冷卻，冷卻后的絲束再經(jīng)狹縫式牽伸器進(jìn)行氣流牽伸，從狹縫式牽伸器出來的絲束以一定角度α撞擊在分絲片與振動式擺絲板上，達(dá)到均勻分絲，長絲在網(wǎng)下吸風(fēng)的作用下均勻吸附在成網(wǎng)簾上，經(jīng)預(yù)壓輥輸出至針刺機，形成的長絲纖網(wǎng)經(jīng)預(yù)針刺、主針刺加固后得聚丙烯紡粘針刺土工布；
第二步：將上述聚丙烯紡粘針刺土工布與土工格柵復(fù)合在一起，即可獲得同時具備反濾與增強性能的聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料。
優(yōu)選地，所述的等規(guī)聚丙烯的熔融指數(shù)為25～60g/10min，重均分子量為15～35W。
優(yōu)選地，所述的第一步中的抗老化劑為二苯甲酮類紫外線吸收劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑、抗氧劑1098或抗氧劑168中的一種或多種的復(fù)配使用。
優(yōu)選地，所述第一步中的降溫母粒為A-490型PP降溫母粒，加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～4％。
優(yōu)選地，所述的狹縫式牽伸器為窄狹縫式牽伸器，狹縫寬度為0.005～0.02m。
優(yōu)選地，所述第一步中的冷卻用側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速為1～2m/s，溫度為10～40℃，吹風(fēng)濕度為40～80％。
優(yōu)選地，所述第一步中的氣流牽伸所用牽伸壓力為0.02～0.1MPa，牽伸速度為1000～3000m/min。
優(yōu)選地，所述第一步中的窄狹縫式牽伸器出來的絲束與分絲片之間的夾角α為30～60°。
優(yōu)選地，所述第一步中的振動式擺絲板的擺幅為10～30°，運動頻率為500～1500次/min。
優(yōu)選地，所述第一步中的鋪網(wǎng)速度為5～20m/s。
優(yōu)選地，所述第一步中的聚丙烯紡粘針刺土工布的單絲纖度為6～12dtex，克重為100～1000g/m2，縱/橫向斷裂強度≥70N·m-1/gsm。
優(yōu)選地，所述第一步中的聚丙烯紡粘針刺土工布具有優(yōu)異的耐酸堿、抗老化性能，產(chǎn)品的使用壽命達(dá)30～50年。
優(yōu)選地，所述第二步中的土工格柵為雙向/單向拉伸塑料土工格柵、玻纖土工格柵、鋼塑土工格柵以及聚酯經(jīng)編滌綸土工格柵中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述的第二步中的復(fù)合方法為編織縫合法、粘合劑復(fù)合法或熱熔復(fù)合法中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述的所述編織縫合法即用縫編線在土工格柵的經(jīng)、緯紗與聚丙烯紡粘針刺土工布的纖維層間反復(fù)穿行，使三者編結(jié)為一體；所述粘合劑復(fù)合法即在格柵表面涂覆水溶性或熱熔型粘合劑，將聚丙烯紡粘針刺土工布置于其上，經(jīng)加熱、烘干、壓軋、冷卻成型；所述熱熔復(fù)合法即將土工格柵經(jīng)烘箱遠(yuǎn)紅外加熱，把聚丙烯紡粘針刺土工布和土工格柵經(jīng)導(dǎo)輥壓到一起形成聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料。
優(yōu)選地，所述第三步中的聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料的形式為一層土工格柵表面復(fù)合一層聚丙烯紡粘針刺土工布或兩層土工格柵中間復(fù)合一層聚丙烯紡粘針刺土工布。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明的復(fù)合土工材料采用的是以高強抗拉土工格柵作為增強基材，在其表面復(fù)合耐酸堿、抗老化的高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布，所得復(fù)合土工材料具有很高的抗拉強度和較低的延伸率，并具有耐酸堿、耐高寒、使用壽命長等優(yōu)點，可起到過濾、隔離、排水、防滲、增強與加固作用，尤其適用于耐酸堿環(huán)境和高寒地區(qū)的工程建設(shè)，能起到較好的過濾、隔離、排水、防滲、增強與加固作用。
(2)本發(fā)明的復(fù)合土工材料中非織造布層采用的是高強粗旦聚丙烯紡粘針刺非織造材料，所制聚丙烯紡粘針刺非織造布的縱/橫向拉伸強度≥70N·m-1/gsm，抗酸堿性斷裂強度保持率≥90％，相比聚酯或者玻纖土工布，其應(yīng)用范圍更廣，使用壽命更長，可滿足工程使用的要求。
附圖說明
圖1為聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料的部分制備原理示意圖，分別包括噴絲板1，經(jīng)雙側(cè)吹風(fēng)冷卻的原絲2，冷卻風(fēng)3，牽伸風(fēng)4，牽伸狹縫5，狹縫式牽伸系統(tǒng)6，分絲片7，振動式擺絲板8，纖網(wǎng)9，網(wǎng)下吸風(fēng)裝置10以及成網(wǎng)簾11。角度α為窄狹縫式牽伸器出來的絲束與分絲片之間的夾角。
具體實施方式
為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例1～3中所用的等規(guī)聚丙烯的熔融指數(shù)為25～60g/10min，重均分子量為15～35W；二苯甲酮類紫外線吸收劑C81和受阻胺類光穩(wěn)定劑Tinuvin770均購自德國巴斯夫股份公司；抗氧劑1098和抗氧劑168均購自韓國松原；A-490型PP降溫母粒購自深圳金大全科技有限公司；VAE粘合劑CW40-716購自中國石化集團(tuán)四川維尼綸廠；聚酯經(jīng)編滌綸土工格柵、玻纖土工格柵、雙向拉伸聚丙烯土工格柵均購自泰安佳路通工程材料有限公司。
實施例1
一種聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料由兩層土工格柵與一層土工布復(fù)合而成，其制備方法為：
第一步：制備高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布，采用的聚合物為高熔融指數(shù)等規(guī)聚丙烯，其熔融指數(shù)為35g/10min，重均分子量為18W；原料組分以重量分?jǐn)?shù)記，高熔融指數(shù)等規(guī)聚丙烯切片100份，抗氧劑2份、受阻胺類光穩(wěn)定劑Tinuvin770 1.5份、二苯甲酮類紫外線吸收劑C81 0.5份、PP降溫母粒A-490 3份，其中抗氧劑為抗氧劑1010與抗氧劑168復(fù)配制得，復(fù)配比例為6∶4；將原料均勻混合后倒入料倉，送入螺桿擠出機，螺桿擠出機各段溫度如下，進(jìn)料區(qū)為190℃，熔融區(qū)為220℃，計量區(qū)為210℃，經(jīng)熔融、擠壓、過濾、計量后，輸入紡絲箱體，紡絲箱體溫度為210℃，熔體溫度為210℃，熔體壓力為8MPa，紡絲箱體上安裝有熔體壓力傳感器以測量熔體壓力，并要求熔體壓力波動≤0.1Mpa。如圖1所示，由紡絲箱體的噴絲板1噴出細(xì)流，經(jīng)雙側(cè)的側(cè)吹風(fēng)3進(jìn)行冷卻，風(fēng)速設(shè)定在1.4m/s，冷卻風(fēng)溫度15℃，吹風(fēng)濕度60％，冷卻后的原絲2再經(jīng)寬度為0.01m的窄狹縫式牽伸器6進(jìn)行氣流牽伸，牽伸壓力為0.05MPa，牽伸速度為2000m/min，從窄狹縫式牽伸器6出來的絲束以30°α角撞擊在分絲片7與振動式擺絲板8上，達(dá)到均勻分絲，擺絲板的擺幅為25°，運動頻率為1200次/min，長絲在網(wǎng)下吸風(fēng)10的作用下均勻吸附在成網(wǎng)簾11上，鋪網(wǎng)速度為10m/s，經(jīng)預(yù)壓輥輸出至針刺機，預(yù)壓輥壓力為2kPa，溫度為80℃。形成的長絲纖網(wǎng)然后經(jīng)一臺預(yù)針刺機進(jìn)行預(yù)針刺，預(yù)針刺機配備一塊上刺單針板，值針密度為4000枚/m，針刺頻率為650次/min。再經(jīng)三臺主針刺機進(jìn)行加固，第一臺為上刺單針板，值針密度為5500枚/m，針刺頻率為650次/min；第二臺為下刺雙針板，值針密度分別為6800、6600枚/m，針刺頻率為800次/min；第三臺為上刺雙針板，值針密度分別為6800、6600枚/m，針刺頻率為800次/min。加固后制得的高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布的單絲纖度為7dtex，克重為400g/m2，縱/橫向斷裂強度為75N·m-1/gsm。
第二步：提供一聚酯經(jīng)編滌綸土工格柵，是以高強聚酯纖維為原料，采用經(jīng)編定向結(jié)構(gòu)編織網(wǎng)格坯布，經(jīng)緯向紗線間無彎曲狀態(tài)，經(jīng)涂覆加工而成的土工格柵。將高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布與上述聚酯經(jīng)編滌綸土工格柵通過粘合劑復(fù)合法復(fù)合在一起，即在聚酯經(jīng)編滌綸土工格柵表面涂覆VAE粘合劑CW40-716，經(jīng)導(dǎo)輥將高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布與土工格柵復(fù)合在一起，導(dǎo)輥壓力為4kPa，溫度為120℃；再經(jīng)100℃烘干10min后冷卻成型。其中，聚丙烯紡粘針刺土工布兩面各粘附一層聚酯經(jīng)編滌綸土工格柵，即可獲得同時具備反濾與增強性能的聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料。制得的復(fù)合土工材料的斷裂強度為80kN/m，垂直滲透系數(shù)為0.562cm/s，所得復(fù)合土工材料的抗拉性能受土工格柵與土工布的共同影響，其拉伸強度略大于土工格柵，斷裂伸長小于土工布，而導(dǎo)水排水性能主要取決于土工布。
實施例2
一種聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料由一層土工格柵與一層土工布復(fù)合而成，其制備方法為：
第一步：制備高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布，采用的聚合物為高熔融指數(shù)等規(guī)聚丙烯，其熔融指數(shù)為45g/10min，重均分子量為13W；原料組分以重量分?jǐn)?shù)記，高熔融指數(shù)等規(guī)聚丙烯切片100份，抗氧劑1.5份、受阻胺類光穩(wěn)定劑Tinuvin7701份、二苯甲酮類紫外線吸收劑C81 1份、PP降溫母粒A-490 3份，其中抗氧劑為抗氧劑1010與抗氧劑168復(fù)配制得，復(fù)配比例為5∶5；將原料均勻混合后倒入料倉，送入螺桿擠出機，螺桿擠出機各段溫度如下，進(jìn)料區(qū)為200℃，熔融區(qū)為225℃，計量區(qū)為215℃，經(jīng)熔融、擠壓、過濾、計量后，輸入紡絲箱體，紡絲箱體溫度為215℃，熔體溫度為215℃，熔體壓力為9MPa，紡絲箱體上安裝有熔體壓力傳感器以測量熔體壓力，并要求熔體壓力波動≤0.1MPa，如圖1所示，由紡絲箱體的噴絲板1噴出細(xì)流，經(jīng)雙側(cè)的側(cè)吹風(fēng)3進(jìn)行冷卻，風(fēng)速設(shè)定在1.2m/s，冷卻風(fēng)溫度25℃，吹風(fēng)濕度70％，冷卻后的原絲2再經(jīng)寬度為0.01m的窄狹縫式牽伸器6進(jìn)行氣流牽伸，牽伸壓力為0.03MPa，牽伸速度為1500m/min，從窄狹縫式牽伸器6出來的絲束以45°α角撞擊在分絲片7與振動式擺絲板8上，達(dá)到均勻分絲，擺絲板的擺幅為15°，運動頻率為800次/min，長絲在網(wǎng)下吸風(fēng)10的作用下均勻吸附在成網(wǎng)簾11上，鋪網(wǎng)速度為7m/s，經(jīng)預(yù)壓輥輸出至針刺機，預(yù)壓輥壓力為2.5kPa，溫度為80℃。形成的長絲纖網(wǎng)然后經(jīng)一臺預(yù)針刺機進(jìn)行預(yù)針刺，預(yù)針刺機配備一塊上刺單針板，值針密度為4500枚/m，針刺頻率為600次/min。再經(jīng)三臺主針刺機進(jìn)行加固，第一臺為上刺單針板，值針密度為6000枚/m，針刺頻率為600次/min；第二臺為下刺雙針板，值針密度分別為6800、6600枚/m，針刺頻率為800次/min；第三臺為上刺雙針板，值針密度分別為6800、6600枚/m，針刺頻率為800次/min。
加固后制得的高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布的單絲纖度為9dtex，克重為500g/m2，縱/橫向斷裂強度為75N·m-1/gsm。
第二步：提供一玻纖土工格柵，是以玻璃纖維為原料，采用一定的縫編工藝制得的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料。將高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布與上述玻纖土工格柵通過編織縫合法復(fù)合在一起，即用縫編線在格柵的經(jīng)、緯紗與聚丙烯紡粘針刺土工布的纖維層間反復(fù)穿行，使三者編結(jié)為一體，即可獲得同時具備反濾與增強性能的復(fù)合土工材料。施工時，土工布面在下，土工格柵在上。制得的復(fù)合土工材料的斷裂強度為60kN/m，垂直滲透系數(shù)為0.272cm/s，所得復(fù)合土工材料的抗拉性能受土工格柵與土工布的共同影響，其拉伸強度略大于土工格柵，斷裂伸長小于土工布，而導(dǎo)水排水性能主要取決于土工布。
實施例3
一種聚丙烯土工布/土工格柵復(fù)合土工材料由一層土工格柵與一層土工布復(fù)合而成，其制備方法為：
第一步：制備高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布，采用的聚合物為高熔融指數(shù)等規(guī)聚丙烯，其熔融指數(shù)為55g/10min，重均分子量為9W；原料組分以重量分?jǐn)?shù)記，高熔融指數(shù)等規(guī)聚丙烯切片100份，抗氧劑1.5份、受阻胺類光穩(wěn)定劑Tinuvin7701份、二苯甲酮類紫外線吸收劑C81 0.5份、PP降溫母粒A-490 2份，其中抗氧劑為抗氧劑1010與抗氧劑168復(fù)配制得，復(fù)配比例為4∶6；將原料均勻混合后倒入料倉，送入螺桿擠出機，螺桿擠出機各段溫度如下，進(jìn)料區(qū)為205℃，熔融區(qū)為230℃，計量區(qū)為220℃，經(jīng)熔融、擠壓、過濾、計量后，輸入紡絲箱體，紡絲箱體溫度為220℃，熔體溫度為220℃，熔體壓力為10MPa，紡絲箱體上安裝有熔體壓力傳感器以測量熔體壓力，并要求熔體壓力波動≤0.1MPa，如圖1所示，由紡絲箱體的噴絲板1噴出細(xì)流，經(jīng)雙側(cè)的側(cè)吹風(fēng)3進(jìn)行冷卻，風(fēng)速設(shè)定在1.7m/s，冷卻風(fēng)溫度35℃，吹風(fēng)濕度50％，冷卻后的原絲2再經(jīng)寬度為0.015m的窄狹縫式牽伸器6進(jìn)行氣流牽伸，牽伸壓力為0.02MPa，牽伸速度為1300m/min，從窄狹縫式牽伸器6出來的絲束以60°α角撞擊在分絲片7與振動式擺絲板8上，達(dá)到均勻分絲，擺絲板的擺幅為20°，運動頻率為1000次/min，長絲在網(wǎng)下吸風(fēng)10的作用下均勻吸附在成網(wǎng)簾11上，鋪網(wǎng)速度為5m/s，經(jīng)預(yù)壓輥輸出至針刺機，預(yù)壓輥壓力為1.5kPa，溫度為80℃。形成的長絲纖網(wǎng)然后經(jīng)一臺預(yù)針刺機進(jìn)行預(yù)針刺，預(yù)針刺機配備一塊上刺單針板，值針密度為4000枚/m，針刺頻率為600次/min。再經(jīng)三臺主針刺機進(jìn)行加固，第一臺為上刺單針板，值針密度為6000枚/m，針刺頻率為600次/min；第二臺為下刺雙針板，值針密度分別為6800、6600枚/m，針刺頻率為800次/min；第三臺為上刺雙針板，值針密度分別為6800、6600枚/m，針刺頻率為800次/min。加固后制得的高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布的單絲纖度為12dtex，克重為700g/m2，縱/橫向斷裂強度為70N·m-1/gsm。
第二步：提供一雙向拉伸聚丙烯土工格柵，是以等規(guī)聚丙烯為原料，經(jīng)塑化擠出板材、沖孔、加熱、雙向拉伸而成，在縱向和橫向上都具有很大的抗拉強度，適應(yīng)于大面積的地基補強。將高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布與上述雙向拉伸聚丙烯土工格柵通過熱熔復(fù)合法復(fù)合在一起，即將土工格柵經(jīng)烘箱遠(yuǎn)紅外加熱到170℃，把土工布和土工格柵經(jīng)導(dǎo)輥復(fù)合到一起，即可獲得同時具備反濾與增強性能的復(fù)合土工材料。施工時，土工布面在下，土工格柵在上。制得的復(fù)合土工材料的斷裂強度為90kN/m，垂直滲透系數(shù)為0.213cm/s，所得復(fù)合土工材料的抗拉性能受土工格柵與土工布的共同影響，其拉伸強度略大于土工格柵，斷裂伸長小于土工布，而導(dǎo)水排水性能主要取決于土工布。