CN101768793A

CN101768793A - 一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维及其制造方法

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Publication number: CN101768793A
Application number: CN200810154641A
Authority: CN
Inventors: 王霁华; 任晓林; 吕增仁; 李伟; 张红; 阎贵珠; 王全乐
Original assignee: Tianjin Textile Engineering Research Institute Co Ltd
Current assignee: Tianjin Textile Engineering Research Institute Co Ltd
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-07

Abstract

一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维及其制造方法，纤维由80％的PP切片和20％的功能母粒组成；所述功能母粒由5％EPDM、1.5％无机纳米碳酸钙CaCO₃、0.3％三丁烷热稳定剂、0.3％苯并三唑光稳定剂、0.2％DLDTP辅助剂、0.3％1010抗氧化剂、0.2％168抗氧化剂、0.3％钛酸酯偶联剂、0.25％硬脂酸钠、0.5％低分子PE蜡组成。其制造方法采用先制造功能母粒然后熔融纺丝。其有益之处是：纤维成本低，用途广泛，适用于土工布生产，特别是淤泥基桩管带布，能承受冲击力大、耐磨擦、荷载高、深埋于淤泥中耐腐蚀、不腐烂，暴露于阳光下抗老化、抗紫外、抗寒性高，可在冻土地带使用。

Description

一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维及其制造方法

(一)技术领域

本发明涉及一种纺织领域的纤维及其制造方法，特别是涉及一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维及其制造方法。

(二)背景技术

建设高速公路经常会在软基、沼泽、冻土等地带筑路，需要向地下钻入6～9米深、直径20厘米的圆孔，在孔内浇生石灰和粉煤灰粉末，形成坚固的基桩。浇生石灰和粉煤灰粉末需要装在土工布袋子(淤泥基桩管袋)里投入桩孔，因而对土工布的韧性、强度、抗冲击性、抗老化性、速透水性等指标有很高的要求。而目前使用的无纺布(主要为粘胶纤维)或单纯的锦纶、涤纶、丙纶、乙纶制成的土工布，还不能完全满足上述综合指标，其关键性问题在于所采用的纤维无法满足上述综合指标。

聚丙烯原料来源丰富，价格低廉，与其他通用塑料相比，具有较好的综合性能，非常适合制作土工布。但聚丙烯脆性大，缺口冲击强度低，特别是在低温时尤为严重，而且抗老化性也较差。

(三)发明内容

为了克服上述技术难题，本发明提供了一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维及其制造方法。

本发明的思路是：在聚丙烯切片中加入抗冲击高分子聚合物和无机纳米刚性微粒子及其它化工助剂，对聚丙烯进行增强增韧、抗冲击及耐低温、抗老化等综合性能改性。

本发明的技术方案是这样实现的。

一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维，该纤维由80％的HY525PP切片和20％的功能母粒组成；所述功能母粒由5％的EPDM、1.5％的无机纳米碳酸钙CaCO₃、0.3％的三丁烷热稳定剂、0.3％的苯并三唑光稳定剂、0.2％的DLDTP辅助剂、0.3％的1010抗氧化剂、0.2％的168抗氧化剂、0.3％的钛酸酯隅联剂、0.25％的硬脂酸钠、0.5％的低分子PE腊和91.15％的HY525PP切片组成。上述含量均为重量百分比。

该纤维的制造方法主要包括以下两个步骤：

一、制造功能母粒

加入5％的EPDM(三元乙烯丙烯橡胶是，乙烯、丙烯及非共轭二烯烃的三元共聚物)、1.5％的无机纳米碳酸钙CaCO₃、0.3％的三丁烷热稳定剂、0.3％的苯并三唑光稳定剂、0.2％的DLDTP(丙酸酯)辅助剂、0.3％的1010抗氧化剂、0.2％的168抗氧化剂、0.3％的钛酸酯隅联剂、0.25％的硬脂酸钠、0.5％的低分子PE腊，充分搅拌均匀后，与91.15％的HY525PP切片共混制成功能母粒。上述含量均为重量百分比。

二、制造高荷载聚丙烯纤维

用20％的上述功能母粒与80％的HY525PP切片共混，经熔融纺丝制成高荷载聚丙烯纤维。上述含量均为重量百分比。

EPDM和聚丙烯分子结构中都含有丙基，两者有较好的相容性，EPDM属橡胶类具有高弹性和良好的低温性能，因此EPDM是聚丙烯较好的增韧、抗冲击改性剂。

随着EPDM含量的增加，体系的悬梁冲击强度有较大提高。当EPDM含量为5％时，PP/EPDM共混物的缺口冲击强度比普通PP高出1倍左右，而耐低温性能也有提高，在-70℃时还能正常使用，在冻土地带也不降解、不脆化。

无机纳米碳酸钙CaCO₃在钛酸酯偶联剂作用下改善了纳米无机物粉体在PP树脂基体中的分散性。

纳米级碳酸钙粉体粉径介于宏观物质与微观原子、分子的中间区域，属全新结构材料。在PP基体中得到有效均匀分散后使其应力集中区域得到扩大。

由于无机纳米碳酸钙微粒具有层状结构，故在PP共混时能产生多维增强作用。在与PP进行熔融共混过程中，部分PP链段扩散到片层中使PP与有机物形成界面，从而改善了PP与无机纳米碳酸钙微粒间界面的黏合。

无机纳米碳酸钙的加入对PP耐磨性和刚性也有所提高，约在10％以上。

三丁烷热稳定剂、苯拜三唑光稳定剂、PLTDP(丙酸酯)辅助剂、丙烯抗氧化剂的加入有效的提高了PP的耐光、耐热的稳定性。耐光性超过尼龙，可长期暴露于空气中，能抗暴晒，在高达120℃条件下使用。

以上有机高分子聚合物、无机纳米粉体及多种化工助剂加入并不破坏PP原有性能，在保持了PP特性基础上改善了高温易氧化，对紫外光敏感、耐光性差、脆性大，抗冲击强度低、韧性差、低温脆化等缺点，并提高了PP的强度和刚性。

本发明的有益之处在于：该纤维成本低，用途广泛，非常适用于土工布生产，特别是淤泥基桩管带布，加入灰石等建筑材料时，能承受冲击力大、耐磨擦、荷载高、深埋于淤泥中耐腐蚀、不腐烂，暴露于阳光下抗老化、抗紫外、抗寒性高，可在冻土地带使用。

(四)具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例：

制造本方案的高荷载聚丙烯纤维主要包括两个步骤：

一、制造功能母粒

二、制造高荷载聚丙烯纤维

本发明的改进点和创新点是将有机高分子聚合物同纳米无机物两种物质共同添加。有机物和无机物相互协助，在多种化工助剂配合下，使两种物质同PP均不发生其他不良反应，保留PP优良特性，克服原有不足，改进改善提高了土工布所需要的增强、增韧、抗冲击、抗老化、抗紫外、抗脆化等材料要求。

因该纤维主要用于土工布，必须按工业用丝标准生产，同民用FDY在纺丝温度控制上和拉伸工艺上有所不同。采取的技术措施如下：

1、纺丝温度：采用前三区温度低，后三区温度高，逐步提高的温度控制法。以176℃熔点HY525为例，前三区不能超过250℃，即210、220、230℃，后三区不能超过300℃，温度为250、280、300℃。温度过高使聚合度下降，纺不出来增强(7g/d以上)纤维，必须根据所用原料采用适当的聚合度并对特性粘度和分子量分布要严格控制。

2、为了获得均匀的高强度，在纺前加入0.5％(3-甲基-5-叔丁基苯酚)使聚丙烯熔融时降解达到特性粘度，并提高纤维的耐热稳定性。

3、延迟冷却温度，使融体暂时在190～210℃左右，热空气中保留一段时间，不致迅速冷却，才能纺出拉伸性能良好的初生纤维。迅速冷却，会给后序多级拉伸带来困难，也纺不出增强纤维。

4、经多级拉伸(三级)紧张热定型。使纤维保持高强度的同时还能具有低收缩性，这样才能纺出7g/d或更高的增强增韧、抗冲击、抗老化纤维。

经强捻合股热定型后所生产的纤维具有如下功能：

(1)增强，载荷高，断裂强度在8cn/dtex左右，比普通PP纤维高出1倍左右，在潮湿时强力不变。

(2)增韧，抗冲击强度比普通PP提高一倍左右。

(3)抗老化、耐光性超过尼龙，可长期暴露于空气中，能抗暴晒，在120℃条件下使用。

(4)耐腐蚀性好，耐酸耐碱，不与生石灰及其他化工品发生反应。

(5)抗脆化、抗寒性高，在冻土地段能正常使用。

(6)吸水性很小，不降解。尺寸稳定性良好，在泥土中不腐烂。

(7)耐磨性和刚性比普通PP高出10％左右，可起到软钢筋作用。如将无机纳米碳酸钙含量增加至12％时纺成棕丝，则是专用于扫地的增强增韧高耐磨棕丝纤维，强力韧性、抗冲击能力高于目前使用的尼龙棕丝，耐磨性比尼龙高出50％左右，其原料成本只是尼龙的一半。

该纤维成本低，用途广泛，十分适用于土工布生产，特别是淤泥基桩管带布，加入灰石等建筑材料时，能承受冲击力大、耐磨擦、荷载高、深埋于淤泥中耐腐蚀、不腐烂，暴露于阳光下抗老化、抗紫外、抗寒性高，可在冻土地带使用。

用该纤维织造的产品可广泛应用于水利、水电、公路、铁路、海港、采矿、机场、建筑等工程领域。

Claims

1.一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维，其特征在于：该纤维由80％的HY525PP切片和20％的功能母粒组成；所述功能母粒由5％的EPDM、1.5％的无机纳米碳酸钙CaCO₃、0.3％的三丁烷热稳定剂、0.3％的苯并三唑光稳定剂、0.2％的DLDTP辅助剂、0.3％的1010抗氧化剂、0.2％的168抗氧化剂、0.3％的钛酸酯隅联剂、0.25％的硬脂酸钠、0.5％的低分子PE腊和91.15％的HY525PP切片组成；上述含量均为重量百分比。

2.一种用于土工布的高荷载聚丙烯纤维的制造方法，其特征在于：

该方法包括以下两个步骤：

(1)、制造功能母粒：

加入5％的EPDM(三元乙烯丙烯橡胶是，乙烯、丙烯及非共轭二烯烃的三元共聚物)、1.5％的无机纳米碳酸钙CaCO₃、0.3％的三丁烷热稳定剂、0.3％的苯并三唑光稳定剂、0.2％的DLDTP(丙酸酯)辅助剂、0.3％的1010抗氧化剂、0.2％的168抗氧化剂、0.3％的钛酸酯隅联剂、0.25％的硬脂酸钠、0.5％的低分子PE腊，充分搅拌均匀后，与91.15％的HY525PP切片共混制成功能母粒；上述含量均为重量百分比；

(2)、制造高荷载聚丙烯纤维：

用20％的上述功能母粒与80％的HY525PP切片共混，经熔融纺丝制成高荷载聚丙烯纤维；上述含量均为重量百分比。