高強(qiáng)土工格柵及其制備方法與流程

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本發(fā)明涉及土工格柵，特別涉及一種高強(qiáng)土工格柵及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，在道路施工中選用土工格柵鋪設(shè)在土木工程中，土工格柵大多是采用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物經(jīng)熱塑或模壓而成的二維網(wǎng)格狀或具有一定高度的三維立體網(wǎng)格屏柵，土工格柵可以作為高強(qiáng)加筋土工帶，能有效地提高加筋承載面的嵌鎖、咬合作用、極大程度地增強(qiáng)地基的承載力、有效地約束土體的側(cè)向位移，增強(qiáng)地基穩(wěn)固性能。

土工格柵分為塑料土工格柵，是在經(jīng)擠壓制出的聚合物板材上沖孔，然后在加熱條件下施行定向拉伸制成；鋼塑土工格柵是以高強(qiáng)鋼絲與聚乙烯，并添加其他助劑，通過(guò)擠出使之成為復(fù)合型高強(qiáng)抗拉條帶，采用特殊強(qiáng)化粘接的熔焊技術(shù)焊接其交接點(diǎn)而成型；玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為材質(zhì)，采用一定的編織工藝并經(jīng)特殊的涂覆處理工藝制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，目前，仍以塑料土工格柵作為主流。

現(xiàn)有專利中申請(qǐng)公布號(hào)為CN 104818704A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種PBO纖維高強(qiáng)土工格柵，該種格柵采用PBO纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物材料制備土工格柵筋條包覆層，使其具有優(yōu)異的強(qiáng)度、耐腐蝕以及抗老化的性能。

但是，上述格柵以及現(xiàn)有技術(shù)中的大部分格柵在鋪設(shè)完成后，需要在48小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行填土，否則因陽(yáng)光暴曬后，土工格柵受紫外線輻射發(fā)生老化、變形、破損。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種受紫外線照射不易發(fā)生老化、形變和破損的高強(qiáng)土工格柵及其制備方法。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

一種高強(qiáng)土工格柵，經(jīng)由下列重量份的組分原料加工而成：

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，該基體樹(shù)脂具有較好的強(qiáng)度與韌性，向基體樹(shù)脂中加入熱塑性彈性體，增強(qiáng)了基體樹(shù)脂的耐候性與耐老化性，同時(shí)使格柵的彈性能進(jìn)一步增強(qiáng)，提高了該格柵的抗沖擊性能；向基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體的共混物中加入增強(qiáng)填料，使制得的格柵具有優(yōu)異的強(qiáng)度，在道路施工中起到良好的支撐作用，向反應(yīng)體系內(nèi)加入光穩(wěn)定劑、抗氧劑，二者能夠產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠有效抑制基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體分子鏈中的雙鍵發(fā)生斷裂而產(chǎn)生自由基，自由基與氧氣反應(yīng)引起進(jìn)一步地破壞，使制備的格柵能夠抵抗因陽(yáng)光照射發(fā)生老化，避免因老化對(duì)格柵造成變形、破損；鄰苯二甲酸酯增塑劑是一種可顯著增強(qiáng)樹(shù)脂的流動(dòng)性的增塑劑，對(duì)樹(shù)脂和彈性體均有良好的相容性，同時(shí)兼具毒性低、電性能好、揮發(fā)性小、氣味小、耐候性好的優(yōu)點(diǎn)，將它與抗氧劑共同作用時(shí)，可促進(jìn)抗氧劑對(duì)紫外線的吸收，更加減緩了受紫外線照射發(fā)生老化，造成該格柵的變形、破損，經(jīng)該配方制備的土工格柵具有優(yōu)異的強(qiáng)度、抗沖擊性能、耐陽(yáng)光輻射、耐老化的特性，可延長(zhǎng)鋪設(shè)土工格柵完成后填土的時(shí)間，同時(shí)保持土工格柵良好的支撐強(qiáng)固作用。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述基體樹(shù)脂為PE、PP、PVC、HIPS中的一種或幾種與酚醛樹(shù)脂的混合物，所述酚醛樹(shù)脂在PE、PP、PVC、HIPS中的一種或幾種與酚醛樹(shù)脂的混合物中的重量百分比為20～30％。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，PE、PP、PVC和HIPS是常用的熱塑性塑料體，可大量使用作為該土工格柵的基體樹(shù)脂，同時(shí)，基體樹(shù)脂中包含酚醛樹(shù)脂，酚醛樹(shù)脂具有優(yōu)異的耐弱酸和弱堿性，適合在戶外天氣中使用，具有優(yōu)異的耐候性、耐老化性與抗腐蝕性，在基體樹(shù)脂中酚醛樹(shù)脂的添加量在20～30％時(shí)，酚醛樹(shù)脂與熱塑性塑料體產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠使基體樹(shù)脂保持優(yōu)異的抗沖擊強(qiáng)度、良好的硬度與耐老化性能。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述熱塑性彈性體為三元乙丙與丁苯橡膠的混合物，其中三元乙丙橡膠在三元乙丙與丁苯橡膠的混合物中的重量百分比為40～60％。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，三元乙丙橡膠是乙烯、丙烯和非共軛二烯烴的共聚物，密度在0.86～0.9kg/m³，是密度最輕的常用橡膠，能夠吸收大量的填料和油性填料而影響不大，沖擊回彈性好，其主鏈?zhǔn)怯苫瘜W(xué)穩(wěn)定的飽和烴組成，側(cè)鏈中合有不飽和雙鍵，具有優(yōu)異的耐酸堿、有機(jī)溶劑的特性；丁苯橡膠是聚苯乙烯和丁二烯共聚物，兼具聚苯乙烯的硬度和丁二烯的柔性，具有優(yōu)異的彈性以及耐磨性；將三元乙丙橡膠與丁苯橡膠共混，增加了共混物中有機(jī)基團(tuán)的多樣性，二者實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使抗沖擊強(qiáng)度得到大幅度提高，同時(shí)可彌補(bǔ)基體樹(shù)脂的耐老化性差的特性，當(dāng)三元乙丙橡膠在共混物中的重量百分比為40～60％時(shí)，共混物具有最佳的回彈性，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大；同時(shí)，該共混物以上述比例混合時(shí)，還可填充大量的其他組分，具有優(yōu)異的可填充性。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述增強(qiáng)填料為納米碳酸鈣、納米二氧化硅、滑石粉中的一種或幾種與碳納米管的混合物，所述碳納米管在納米碳酸鈣、納米二氧化硅、滑石粉中的一種或幾種與碳納米管的混合物中的重量百分比為5～10％。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，納米碳酸鈣又稱為超微細(xì)碳酸鈣，可改善塑料制品加工過(guò)程中的流動(dòng)性，提高其成型性，還具有優(yōu)異的分散性能可均勻分散在基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體的共混物中；滑石粉為白色微細(xì)無(wú)砂性的粉末，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、抗黏性、抗酸性、化學(xué)穩(wěn)定性、良好的遮蓋力和柔軟性，在基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體的共混體系中充當(dāng)增強(qiáng)增韌的作用，增加產(chǎn)品形狀的穩(wěn)定性，增加張力強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度，減小變形伸張率和熱膨脹系數(shù)，可均勻分散在基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體的共混物中；納米二氧化硅是超細(xì)納米級(jí)的白色粉末，可均勻分散在熱塑性彈性體與基體樹(shù)脂共混物的空隙中，提高該共混物的抗拉強(qiáng)度與抗沖擊強(qiáng)度，同時(shí)，能夠改善共混物的加工流動(dòng)性，使加工的復(fù)合材料質(zhì)地均勻，強(qiáng)度較高；碳納米管是指呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管，其中碳原子以sp²雜化為主，使其具有高模量和高強(qiáng)度，在增強(qiáng)填料中碳納米管的添加量為5～10％時(shí)，碳納米管與其他填料具有最優(yōu)的復(fù)配比，制得的土工格柵具有最佳的力學(xué)強(qiáng)度與柔韌性；同時(shí)六角型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在一定程度的彎曲，形成空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，p軌道彼此交疊在碳納米管層外形成高度離域的大π鍵，具有較好的光屏蔽作用，π鍵有利于碳納米管與其他帶雙鍵的填料構(gòu)成共軛結(jié)構(gòu)，起到增強(qiáng)作用的同時(shí)又提高了該共混材料的光穩(wěn)定性。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：還包括0～20份纖維填料，所述纖維填料為碳纖維、玻璃纖維、鋼纖維中的一種或幾種的任意組合。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，碳纖維是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，具有較高的比強(qiáng)度、比剛性，輕量化效果十分顯著，耐疲勞性好、熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性、耐腐蝕性好；玻璃纖維是性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，具有優(yōu)異的絕緣性，抗腐蝕性，機(jī)械強(qiáng)度高，但存在著性脆的缺陷，與上述碳納米管復(fù)配使用后，可彌補(bǔ)該玻璃纖維存在的性脆的缺陷，使該土工格柵具有優(yōu)異的抗沖擊性；鋼纖維是以切斷細(xì)鋼絲法、冷軋帶鋼剪切、鋼錠銑削或鋼水快速冷凝法制成長(zhǎng)徑比為40～80的纖維，可與基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體的共混物進(jìn)行混合，提高該共混物的硬度，在道路施工中起到優(yōu)異的支撐強(qiáng)固作用。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述纖維填料的長(zhǎng)度為1～5mm。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，采用短切纖維添加到基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體的共混物中，長(zhǎng)度為1～5mm，可保證纖維填料與共混物之間共混更加均勻，使共混后的復(fù)合材料具有優(yōu)異的強(qiáng)度性能，而長(zhǎng)度大于5mm的纖維則不容易均勻分散在共混物中，混合不均勻?qū)е略搹?fù)合材料的強(qiáng)度降低。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述光穩(wěn)定劑選用2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、鄰羥基苯并三唑、水楊酸-4-叔丁基苯酯中的一種。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，2-羥基-4-正辛氧基二苯甲銅與大多數(shù)聚合物相容，特別是與聚烯烴有很好的相容性，揮發(fā)性低，具有優(yōu)異的吸收紫外線的性能，且能吸收300～375nm的紫外線；鄰羥基苯并三唑能夠較強(qiáng)烈地吸收310～385nm的紫外光，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，揮發(fā)性小，有抗氧作用，與其他樹(shù)脂的相容性較好；水楊酸-4-叔丁基苯酯是較廉價(jià)的紫外線吸收劑，與各種樹(shù)脂的相容性好，性能良好，可用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及熱塑性彈性體中，能夠吸收波長(zhǎng)為350nm以下的紫外線，同時(shí)，具有優(yōu)異的耐候性，可應(yīng)用于戶外建筑施工中。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述抗氧劑選用二苯胺或者對(duì)苯二胺。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，二苯胺和對(duì)苯二胺都是具有較好的抗氧化作用的抗氧劑，能夠抑制或者延緩聚合物分子鏈斷裂產(chǎn)生自由基的物質(zhì)，在與光穩(wěn)定劑共同作用時(shí)，由于合有芳烴結(jié)構(gòu)，對(duì)光具有屏蔽作用，可顯著提高該復(fù)合材料耐光照輻射的作用，從而延緩?fù)凉じ駯诺哪屠匣阅堋?/p>

本發(fā)明還提供了一種高強(qiáng)土工格柵的制備方法，包括如下步驟：

(1)將增強(qiáng)填料、纖維填料在100℃烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥處理；

(2)按基體樹(shù)脂100份、熱塑性彈性體20～30份、增強(qiáng)填料20～40份、光穩(wěn)定劑5～10份、抗氧劑1～5份、鄰苯二甲酸酯增塑劑1～3份、交聯(lián)劑1～3份進(jìn)行稱料，將基體樹(shù)脂、熱塑性彈性體、增強(qiáng)填料、纖維填料加入到高速混合機(jī)中，高速混合5～10min；再向共混機(jī)中加入光穩(wěn)定劑、抗氧劑、鄰苯二甲酸酯增塑劑和交聯(lián)劑，高速混合10～20min；

(3)將上述共混物放入擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出，擠出機(jī)料筒溫度為192～212℃，擠出機(jī)螺桿的轉(zhuǎn)速為180～220r/min；

(4)將上述熔體通過(guò)三輥壓延機(jī)成型板材，再經(jīng)沖壓機(jī)使用模具進(jìn)行沖孔，經(jīng)孔板升溫到82～102℃后拉伸即可。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，制得的土工格柵具有優(yōu)異的耐光照輻射，延緩因光照輻射造成自身材質(zhì)的老化，同時(shí)，該土工格柵具有優(yōu)異的硬度、抗沖擊強(qiáng)度和良好的回彈性能。

綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、基體樹(shù)脂中采用熱塑性樹(shù)脂與熱固性酚醛樹(shù)脂進(jìn)行共混，制得的基體樹(shù)脂具有優(yōu)異的耐候性、耐老化性以及抗沖擊性；同時(shí)，將基體樹(shù)脂與熱塑性彈性體進(jìn)行混合，具有優(yōu)異的抗沖擊性能、耐老化與耐腐蝕性能；

2、光氧化劑與抗氧劑起到協(xié)同作用，二者實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可增強(qiáng)復(fù)合材料抵抗紫外線的能力，延緩復(fù)合材料發(fā)生老化、變形等；

3、鄰苯二甲酸酯增塑劑可提高共混體系的加工流動(dòng)性，同時(shí)，鄰苯二甲酸酯增塑劑可促進(jìn)抗氧劑的抗氧作用，能夠抑制聚合物分子鏈產(chǎn)生自由基；

4、選用納米填料與碳納米管復(fù)配進(jìn)行增強(qiáng)，可顯著提高該復(fù)合材料的柔韌性，增強(qiáng)該復(fù)合材料的回彈性能，同時(shí)，碳納米管具有高度離域的大π鍵，π鍵有利于碳納米管與其他帶雙鍵的填料形成共軛結(jié)構(gòu)，起到了該復(fù)合材料的光穩(wěn)定性。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

檢測(cè)方法：

(1)拉伸及彎曲性能參照ASTM D238標(biāo)準(zhǔn)在INSTRON-1121型拉伸彎曲試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)定；

(2)沖擊性能參照ASTM D256標(biāo)準(zhǔn)在JJ-20型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)定；

(3)耐光老化：選用美國(guó)ATLAS公司生產(chǎn)的Ci300+氙氣老化試驗(yàn)箱對(duì)紫外性能進(jìn)行檢測(cè)，光源采用4500w水冷氙燈，波長(zhǎng)范圍300～400nm，輻照度為90w/m²，相對(duì)濕度10％，測(cè)試樣品與光源距離為500mm。

實(shí)施例一：

(1)將20份納米碳酸鈣、1份碳納米管在100℃烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥處理；

(2)稱取80份PE、20份酚醛樹(shù)脂、10份三元乙丙橡膠、15份丁苯橡膠、20份納米碳酸鈣、1份碳納米管加入到高速混合機(jī)中，高速混合10min；再向高速混合機(jī)中加入5份2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、1份二苯胺、1份鄰苯二甲酸二異辛酯和1份交聯(lián)劑，高速混合20min；