CN104532466B - 可变形碳素纤维生态草织品、编织方法和编织设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于河湖富营养化治理、原水治理、废污水处理和生态原位修复的可变形碳素纤维生态草织品,包括可变形概念、外形设计、编织方法、编织设备、变形方法。可变形碳素纤维生态草织品具有多种外形设计,织品由“支撑布+功能层”组成碳素纤维生态带。支撑布为复合材料与碳纤维丝或活性碳纤维丝作为基材织成的混纺碳纤维布;功能层为比表面积大于800m 2 /g以上的碳纤维丝或1000m 2 /g以上的活性碳纤维丝的经纬开口线;复合材料为各种耐水防水的高分子合成纤维。织品概念是指某种碳素纤维生态草外形设计具有可变性,既由一种形态碳素纤维生态草织品可以根据用户需求很方便的变成另外一种或两种以上形态的产品。

Description

可变形碳素纤维生态草织品、编织方法和编织设备
技术领域
本发明涉及环保领域,尤其涉及可变形碳素纤维生态草织品、编织方法和编织设备。
背景技术
碳素纤维生态草是采用碳纤维丝或活性碳纤维丝编织的净水产品及设备(又称为人工水草),可用于河湖富营养化治理、水源地原水净化、废污水处理和生态原位修复,是一种物理促进生物生态达到修复净化水质的技术。碳素纤维生态草主要是被来自日本苏恩柱式会社的产品所垄断,其价格较贵,不利于在我国水环境治理和生态修复中发挥强大的作用,国产化的产品才刚刚起步。
日本产的碳素纤维生态草主要有3种产品:(1)由两条防水布荚裹碳纤维丝(cf)热压复合而成为单一蜈蚣状产品;(2)另一种由涤纶与碳纤维丝(cf)通过绳带织机混纺的单一蜈蚣状产品;(3)通过织布机编织的碳纤维布产品。产品(1)的防水布表面比较光滑,不利于生物挂膜;产品(2)中间绳带太细,挂膜量极少;产品(3)碳纤维丝不能散开,主要用于底泥处置。日本产的碳素纤维生态草产品均是以0.65米长度0.4米宽度单元产品,使用中依据河湖宽度和深度,通过扎带、尼龙绳索连接1连、2连、…多连碳素纤维生态草悬挂在河湖水中或铁框架上。碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐老化的特点,因此使用寿命长。但是,这种通过扎带、尼龙绳索连接容易断掉,减少碳纤维净水产品的使用寿命。
国产化的产品主要是利用塑料盘周边绑碳纤维丝,存在问题是完全靠手工捆绑,不利于规模化生产,实际应用时塑料盘在光照辐射下易老化粉碎,使用寿命短。塑料盘生物亲和性差,光滑,生物不易挂膜。
发明内容
本设计提出一种可变形的碳素纤维生态草概念、外形设计、编织方法、编织设备、变形方法等,在国内外属首例。
可变形概念指产品可以从编织出来的碳纤维生态带形状根据需要可改变成蜈蚣型、或网格型、或川字型…等不同形状和1连、2连、3连、…多连的碳素纤维生态草。可以根据水深、密度需求,根据需求就可以变成一并、二并…多并形状,或2种以上串并联混合形状的碳素纤维生态草织品。
外形设计:所设计的碳素纤维生态草产品的外形包括一串多连的蜈蚣状、或网格状、或川字型…等多形态的碳纤维生态带,还可以是方状、带状、三角状、伞状、圆状、梳子串联状、螺旋状、格子状及其它可以组成多组形态的串联状、并联状、串并联混合状形态的碳素纤维生态带净水产品。一方面产品形态多样化,另一方面减少了目前日本长宽为650mm400mm蜈蚣型碳素纤维生态草两两需要连接的麻烦,目前日本对单条碳素纤维生态草采用扎带或绳索连接的方法,在水中使用一段时间就会出现扎带或绳索断开、碳素纤维生态草沉淀不起作用的现象,可变形碳素纤维生态草串并联织品在编织过程中通过编织带连接,很好地解决了扎带或绳索断裂导致碳素纤维生态草失效难题。
可变形的碳素纤维生态草采用钩编方法编织。本设计采用多种高分子纤维丝材料与碳纤维混纺织布方式取代日本产品(1)中间的防水布条或日本产品(2)中间的绳带。其优点是由于采用钩编方式,将碳纤维丝与另两种高分子纤维丝混纺,布条与碳纤维丝不会开裂,布条表面不太光滑,生物亲和性好,更容易生物着床挂膜。
本发明提出一种改进的钩编机机械设备,实现全自动化机器织造出可变形的碳素纤维生态草,非常容易实现规模化批量生产,极大地降低碳素纤维生态草产品的造价。
变形方法:剪刀剪开即可,变形方法简单可行,关键是剪开后不脱丝不散开。将这些碳纤维生态带在过渡连接处剪开就能够得到日本产品(1)、(2)类似的蜈蚣形态,或单束网格状、单束川字型的碳素纤维生态草产品。两两碳素纤维生态草之间留有一定宽度织带,剪刀剪开时织带因为钩编而成,布条不易脱线。还可以根据河湖宽度和深度的需要,直接剪成1连、2连、…多连碳素纤维生态草,减少了扎带或绳索的用量,连接闹固,不易断开,极大地延长了使用寿命。
附图说明
图1为蜈蚣型碳纤维生态带结构示意图, 由n个单连蜈蚣型碳纤维生态草组成碳纤维生态带产品,单连的蜈蚣型碳纤维生态草基本单元为长0.65m,宽0.4m,中间为4公分宽度的混编带。每个单连的蜈蚣型碳纤维生态草基本单元还可以根据需要变长变宽;
图2为一组1连、2连、3连的蜈蚣型碳纤维生态草结构示意图,可以从n连蜈蚣型碳纤维生态草组成的生态带上根据需要剪成1连、2连、3连…的蜈蚣型碳纤维生态草,其中2a为1连的蜈蚣型碳纤维生态草结构示意图,2b为2连的蜈蚣型碳纤维生态草结构示意图,2c为3连的蜈蚣型碳纤维生态草结构示意图;
图3为网格型碳纤维生态带结构示意图, 由n连网格型碳纤维生态草组成碳纤维生态带产品,单连的网格型碳纤维生态草基本单元为长0.65m,宽0.4m,中间为3条4公分宽度的混编带,在河流、污水处理厂动水环境使用该产品生物挂膜效果更好。每个单连的网格型碳纤维生态草基本单元还可以根据需要变长变宽;
图4为一组1连、2连、3连的网格型碳纤维生态草结构示意图,可以从n连网格型碳纤维生态草组成的生态带上根据需要剪成1连、2连、3连…的网格型碳纤维生态草产品,其中4a为1连的网格型碳纤维生态草结构示意图,4b为2连的网格型碳纤维生态草结构示意图,4c为3连的网格型碳纤维生态草结构示意图;
图5为川字型碳纤维生态带结构示意图, 由n连川字型碳纤维生态草组成碳纤维生态带产品,单连的川字型碳纤维生态草基本单元为长0.65m,宽0.5m,中间有1条4公分宽度的混编带和2条2公分宽度的混编带。每个单连的川字型碳纤维生态草基本单元还可以根据需要变长变宽;
图6为一组1连、2连、3连的川字型碳纤维生态草结构示意图,可以从n连川字型碳纤维生态草组成的生态带上根据需要剪成1连、2连、3连…的川字型碳纤维生态草产品,其中6a为1连的川字型碳素纤维生态草结构示意图,6b为2连的川字型碳素纤维生态草结构示意图,6c为3连的网格型碳纤维生态草结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明;
1、利用本发明将现有的多功能花式纱线类钩编机进行改造,生产出改进的专用于生产碳纤维生态带钩编机设备。钩编机改造:钩编机上的成对织针在脱圈针槽板的脱圈片之间运动,通过设置不同数量的钩针对组成碳纤维织物主带、附带、间隔带、织物边等,形成不同形态的碳素纤维生态草外形。设计多排导纱梳栉实现多种纤维材料的混纺。该机有多把穿有衬纬纱的导纱梳栉控制织带宽度和数量,另有1把衬纬纱的导纱梳栉控制碳素纤维丝或活性碳素纤维丝的编织。一台钩编机可以织出两种不同形态以上的碳纤维生态带。钩编织物的优点是锁边紧致不散线,为可变形碳素纤维生态草的生产提供了可能,避免了箭杆织布机碳纤维织带两边容易松散的问题。衬纬纱钩编机,多条可以采用其它复合防水纤维线进行支撑布的密织,另一条碳素纤维衬纬纱专织碳素纤维丝形成稳定的功能层。采用该设备生产的可变形碳素纤维生态草织品变形后的多个小型织品不需要对边界进行再加工。
2、利用专用于生产碳纤维生态带钩编机设备、尼龙纤维、丙纶纤维(或腈纶纤维、或芳纶纤维、或涤纶纤维、或聚乙烯纤维、或偏二氯纤维)、碳纤维丝(或活性碳纤维丝)等材料和钩编织物方法生产可变形碳纤维生态带。
3、可以根据水深、布设水面宽度需求,用剪刀或刀具将蜈蚣状、网格状、川字状、方状、带状、三角状、伞状、圆状、蜈蚣串联状、梳子串联状、螺旋状、格子状、网格状…等不同形状的可变形碳纤维生态带之一裁剪成所需要的单连形状的碳素纤维生态草,或裁剪成2连、3连、…多连的碳素纤维生态草,或变成一并、二并…多并形状,或2种以上串并联混合形状的碳素纤维生态草织品。
图1为蜈蚣型碳纤维生态带设计图, 由n个单连蜈蚣型碳纤维生态草组成碳纤维生态带产品,单连的蜈蚣型碳纤维生态草基本单元为长0.65m,宽0.4m,中间为4公分宽度的混编带。每个单连的蜈蚣型碳纤维生态草基本单元还可以根据需要变长变宽。
图2为一组1连、2连、3连的蜈蚣型碳纤维生态草结构示意图,可以从n连蜈蚣型碳纤维生态草组成的生态带上根据需要剪成1连、2连、3连…的蜈蚣型碳纤维生态草。
图3为网格型碳纤维生态带结构示意图,由n连网格型碳纤维生态草组成碳纤维生态带产品,单连的网格型碳纤维生态草基本单元为长0.65m,宽0.4m,中间为3条4公分宽度的混编带,在河流、污水处理厂动水环境使用该产品生物挂膜效果更好。每个单连的网格型碳纤维生态草基本单元还可以根据需要变长变宽。
图4为一组1连、2连、3连的网格型碳纤维生态草结构示意图,可以从n连网格型碳纤维生态草组成的生态带上根据需要剪成1连、2连、3连…的网格型碳纤维生态草产品。
图5为川字型碳纤维生态带结构示意图,由n连川字型碳纤维生态草组成碳纤维生态带产品,单连的川字型碳纤维生态草基本单元为长0.65m,宽0.5m,中间有1条4公分宽度的混编带和2条2公分宽度的混编带。每个单连的川字型碳纤维生态草基本单元还可以根据需要变长变宽。
图6为一组1连、2连、3连的川字型碳纤维生态草结构示意图,可以从n连川字型碳纤维生态草组成的生态带上根据需要剪成1连、2连、3连…的川字型碳纤维生态草产品。
本发明的可变形碳素纤维生态草织品的外形设计包括:方状、带状、川字型、三角状、伞状、圆状、蜈蚣串联状、梳子串联状、螺旋状、格子状、网格状及其它可以组成多组形态的串联状、并联状、串并联混合状形态的碳素纤维生态草净水产品。
本发明的碳素纤维生态草产品的可变形概念和变形方法指一种形状的碳纤维生态带可以拆分变形为多个另一种形状或多个同一种形状的碳素纤维生态草。可变形碳素纤维生态草织品的可变形表现在:例如图1是一个由多连蜈蚣串联形成碳素纤维生态带,可分解为1连、2连、3连、…、n连蜈蚣型的碳素纤维生态草产品。用户使用时可以根据水面宽度和水深情况的需要直接将碳纤维生态带剪裁成单连蜈蚣型碳素纤维生态草或2连、3连及多连碳素纤维生态草产品;又如图2是一个以网格形组成的可变形碳纤维生态带,可变形成为2连蜈蚣型碳素纤维生态草,还可以进一步分剪成为一连、二连、…多连通用的碳素纤维生态草等变形产品。图3是一个川字型碳纤维生态带,可以裁剪变形为单个川字型或2连、3连、…多连通用的川字型碳素纤维生态草产品。这种产品的优势是省掉了两两连接的麻烦。
本发明的变形过程只需要使用剪刀或刀具即可,发明的关键是织物拆分开以后不掉丝不脱线,保证从碳纤维生态带变成碳素纤维生态草后的完整性。可变形碳素纤维生态草织品是一种串联或并联或串并联混合状碳纤维生态带,可以根据水深、密度需求,根据需求就可以使用剪刀或刀具拆分成一连、二连…..多连形状,或一并、二并…多并形状,或2种以上串并联混合形状的碳素纤维生态草织品。

Claims (6)

1.一种可变形碳素纤维生态草织品,是由一串碳素纤维生态草组成的碳纤维生态带,其特征在于:所述碳纤维生态带结构包括支撑层和功能层;所述碳纤维生态带外形设计为任意形状碳素纤维生态草的串联状、并联状、串并联状组合;所述碳纤维生态带由钩编织布的方法纺织而成;所述可变形碳素纤维生态草织品可拆分变形为多个不同形状或多个同一种形状的碳素纤维生态草。
2.如权利要求1所述的可变形碳素纤维生态草织品,其特征在于:所述碳纤维生态带织品由多个不同种形状或多个同一种形状的碳素纤维生态草通过串联状、并联状、串并联状组合的形式钩编织成;所述碳纤维生态带织品可拆分变形为单个碳素纤维生态草。
3. 如权利要求1所述的可变形碳素纤维生态草织品,其特征在于:所述功能层是碳纤维丝或活性碳纤维丝或碳纤维氧化丝钩编在支撑布上并在两旁各伸出20公分~60公分长度构成的;所述功能层中碳纤维丝的比表面积大于等于800㎡/g,活性碳纤维丝的比表面积大于等于1000㎡ /g,碳纤维氧化丝的比表面积大于等于500㎡/g。
4.如权利要求1所述的可变形碳素纤维生态草织品,其特征在于:所述支撑层由单条、两条或两条以上支撑布组成;所述支撑布是由两种以上的高分子耐水纤维复合材料与碳纤维丝或活性碳纤维丝或碳纤维氧化丝钩编织成的混纺碳纤维布。
5.如权利要求4所述的可变形碳素纤维生态草织品,其特征在于: 所述高分子耐水纤维复合材料为丙纶纤维、腈纶纤维或芳纶纤维或尼龙纤维或涤纶纤维或聚乙烯纤维或偏二氯纤维。
6.权利要求1所述的可变形碳素纤维生态草织品的编织方法,其特征在于:将支撑层、功能层均通过钩编织布的方法制成所需的形状,再将所述功能层钩编于支撑布上;将高分子耐水纤维复合材料与碳纤维丝或活性碳纤维丝或碳纤维氧化丝混合钩编织布编织成碳纤维生态带织品。
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