CN104742448A

CN104742448A - 一种新型建筑材料及其制备方法

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Publication number: CN104742448A
Application number: CN201510182654.5A
Authority: CN
Inventors: 钱程
Original assignee: Jiaxing University
Current assignee: Jiaxing University
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: CN104742448B

Abstract

本发明公开了一种新型建筑材料及其制备方法，涉及新型建材领域。该方法包括：制备玄武岩纤维机织布；将涤纶纤维进行喂入、开松、混合和梳理工序后，经剥棉得到三层涤纶纤维网；将玄武岩纤维机织布卷放在三层涤纶纤维网的第一层和第二层中间，得到三层涤纶纤维网与玄武岩纤维机织布的复合结构层；采用九道水刺对复合结构层进行水刺复合，得到克重为180-320g/m2，厚度为0.35-1.2mm的整体材料；将整体材料卷绕成卷，得到新型建筑材料。本发明通过高压水刺的方法将涤纶纤维与无污染、低成本的玄武岩纤维进行柔性缠结，可以避免玄武岩纤维的损坏，得到的新型建筑材料兼具良好强度、韧性和相容性，解决了使用玄武岩纤维制备的材料强度差、韧性不好、相容性差的问题。

Description

一种新型建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及新型建材领域，具体涉及一种新型建筑材料及其制备方法。

背景技术

我国现有高速公路和城镇交通公路路面结构一般分为两层：下层为土基层，上层为沥青混凝土保护面层，主要起到了保护土基和使路面平整的作用，从而满足来往车辆交通运输的需求。通常，我们正在使用道路的沥青混凝土保护面层与土基层相容性良好，结合强度高，但是当路面达到设计使用年限要求或未到使用年限而由于超负载货车使用使得路面保护层出现破损性裂缝，进而会对正常的交通运输造成阻碍，因此修复破损路面，同时采取相应措施改善现有路面结构，增加缓冲防裂层，并最终改善路面的使用性能和强度，增加道路的使用年限非常必要。

现有增加路面使用寿命以及修补破损路面的方法是采用玻纤土工格栅和涤纶土工布，如中国专利CN00220609.9公开了一种路基增强用的玻纤土工格栅，它由增强网布、涂层组成，增强网布由相同或不相同组数的经线、纬线、绞线的玻纤丝经经编机编织而成，由于增强网布表面涂有涂层，从而大大提高了网布的强度；中国专利CN99229518.1 公开了一种岩石工程和土木工程中作增强用的机织玻纤土工格栅，它由网布和涂层组成，网布采用玻璃纤维经织机织造而成，网布的结构可以设计成平织、纱罗、平织＋纱罗等的形式，从而可根据不同工程要求进行增强。上述专利均采用玻纤土工格栅作为增强材料，玻纤土工格栅虽然具有非常好的轻度和隔离性能，能延缓土基裂缝向路面延伸，提高路面保护层的防裂能力，但玻纤的耐碱性能有待提高，并且其与下层土基的相容性不好，粘结强度不高容易与路面之间产生滑移而移位。

中国专利CN200610134138.6提供了一种纺粘涤纶厚型针刺非织造布的生产方法，是将聚酯切片干燥后直接纺丝牵伸成网，经针刺固结和热定型后完成的纺粘涤纶针刺土工布；中国专利CN201320278277.1公开一种涤纶无纺针刺复合土工布，将依次上下叠层的机织土工布层、涤纶无纺布层、玻璃纤维层、涤纶无纺布层、玻璃纤维层、以及机织土工布层通过针刺复合成一整体。上述专利制备的土工布采用了涤纶短纤或长丝经针刺加固制成，涤纶纤维与土基层和路面保护层有非常好的相容性和粘结强度，但涤纶纤维自身的强度有限，特别是在采用针刺加固过程中由于钢针上下穿刺纤维网，会在一定程度上损伤涤纶纤维，造成了涤纶纤维土工布的强度并不能完全满足高速公路大流量、高负载的长期承重要求。

玄武岩纤维是以天然的火山喷出岩作为原料，将其破碎后加入熔窑中，在l 450～l 500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。它与碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维(uHMwPE)等其它高科技纤维相比，具有很多独特的优点，如力学性能佳，耐高温性能好，可在-269～700℃范围内连续工作，耐酸耐碱，抗紫外线性能强，吸湿性低，有更好的耐环境性能[胡显奇,申屠年.连续玄武岩纤维在军工及民用领域的应用[J].高科技纤维与应用,2005,30(6):7-13.]。玄武岩矿石是经过富集、化学组份均质化并在地球深部进行熔化等过程，因此它具有天然的化学稳定性，与玻纤相比，玄武岩纤维的生产原料是天然且现成，其生产过程对环境无任何污染和排放，且纤维本身对人体无任何刺激，玄武岩纤维的价格是所有高性能纤维中最低的，它可成为其他高性能纤维低成本、高性价比的替代品，尤其是碳纤维的低价替代品[钟智丽,刘华武.玄武岩纤维产业用纺织品研发进展[C].//2009中国国际产业用纺织品及非织造布高端论坛论文集.2009:230-239.]。由于我国玄武岩纤维正式批量化生产及形成良好的市场推广能力比较晚[刘长雷.我国玄武岩纤维发展现状及存在的主要问题[J].中国纤检,2011,(15):76-77.]，其在建筑土木工程领域的应用报道较少：

专利CN201420106788.X公开了一种玄武岩纤维土工格栅，包括有多股横向平行排列的玄武岩纤维束，以及多股竖向平行排列并与横向玄武岩纤维束垂直交叉设置的纵向玄武岩纤维束，横向玄武岩纤维束为未加捻的玄武岩纤维，纵向玄武岩纤维束由两股加捻的玄武岩纤维缠绕构成，横向玄武岩纤维束与纵向玄武岩纤维束之间围成的多个空隙形成栅格。由于玄武岩纤维表面非常光滑，与其他材料的相容性较差，当用作路面增强材料时，容易与下面土基层发生移位而导致上层路面出现裂缝的危险。

专利CN201010567001.6公开了一种聚酯玄武岩纤维布，由玄武岩纤维和聚酯纤维混纺后织成无纺布经喷胶形成，虽然同时采用了玄武岩纤维和聚酯纤维通过机械梳理的方法制作无纺土工布，由于玄武岩纤维属于一种脆性纤维，在梳理过程中，梳理机针布上的钢针会对纤维造成损害，使玄武岩纤维发生断裂而最终影响土工布的使用强度。

为了克服传统玻纤格栅相容性差、韧性不好、耐碱性能有待提高以及涤纶纤维土工布强度不高等不足，更好的利用玄武岩纤维，使其生产土木工程材料的方法更方便、更环保，本发明提供一种新型建筑材料及其制备方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种新型建筑材料及其制备方法。所述技术方案如下：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种新型建筑材料的制备方法，所述方法包括：

使用玄武岩纤维无捻粗纱作为编织纱线，对所述玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行整经，所述玄武岩纤维无捻粗纱的单丝纤维直径为6-9μm，纱支细度为200-600tex；

对所述玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行上浆；

将所述玄武岩纤维无捻粗纱进行编织，得到玄武岩纤维机织布，所述玄武岩纤维机织布的克重为100-220 g/m²，厚度为0.08-0.25mm，编织所用的织造组织结构为2/2方平组织，织造经向密度为25-45根/10cm，织造纬向密度为30-50根/10cm；

将涤纶纤维进行喂入、开松、混合和梳理工序后，经剥棉得到三层涤纶纤维网；

将所述玄武岩纤维机织布放在所述三层涤纶纤维网的第一层和第二层中间，得到所述三层涤纶纤维网与所述玄武岩纤维机织布的复合结构层，所述复合结构层从上到下依次为：涤纶纤维网、玄武岩纤维机织布、涤纶纤维网、涤纶纤维网；

采用九道水刺对所述复合结构层进行水刺复合，得到克重为180-320 g/m²，厚度为0.35-1.2mm的整体材料，所述九道水刺的压力从第一道至第九道分别为：0.4-1MPa，4-6MPa，5-7MPa，8-10MPa，11-13MPa，13-15MPa，10-13MPa，9-11MPa，7-9MPa；

将所述整体材料卷绕成卷，得到新型建筑材料。

可选的，所述对所述玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行上浆所用的上浆整理液中，各成分的质量百分比分别为：磷酸酯淀粉用量为3-4%，PVA用量为1-2%，非离子抗静电剂用量为0.4-0.6%，渗透剂JFC用量为0.5-0.8%，水92.6-95.1%。

可选的，所述方法，还包括：

在水刺复合时所用的工艺用水中，加入质量百分比为0.3%的退浆助剂。

可选的，所述涤纶纤维为高强低伸型异形截面纤维，所述涤纶纤维的纤维截面形状为扁平型，所述涤纶纤维的纤维平均直径为15-30μm，所述涤纶纤维的纤维长度为51-65mm，所述涤纶纤维的纤维强度为6.8-9cN/dtex，所述涤纶纤维的断裂伸长率为15.8-25%，所述涤纶纤维在180℃的干热收缩率为5.1-6.5%。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种新型建筑材料，所述新型建筑材料由所述新型建筑材料的制备方法制备，所述新型建筑材料由涤纶纤维网和玄武岩纤维机织布组成。

与现有技术相比，本发明提供的新型建筑材料具有以下优点：

1) 本发明充分利用了玄武岩纤维的高强度、高抗形变能力、耐高低温、抗碱性能好的优点，另一方面配合以高强低伸的异形截面涤纶纤维的高韧性和与路面结合的良好相容性，增强了不同季节条件下道路的综合适应性，特别是能够增强路面在高负载货车通过条件下的低蠕变性和抗裂性，进而能够增加道路的使用寿命，延长道路的保养周期。

2）本发明将非常细的异形截面涤纶纤维复合在松组织结构的玄武岩机织布的纤维中，其中涤纶纤维起到与道路的面层和土基层产生良好结合的媒介，增加路面严重负载和超长时间使用时的弹性缓冲作用，另一方面通过涤纶纤维网和玄武岩机织布的复合结构层中底层为两层涤纶纤维网叠加在一起，通过涤纶纤维用量和厚度的加大能够进一步增加复合结构层与土基层的结合牢度，消除和缓解重负载时的局部应力集中现象；而复合结构层的上层涤纶纤维之间有诸多细小的孔隙，在被沥青面层填实后能够形成一道非常密实的防水防渗层，有效阻挡雨水下渗，保护土基层的安全和稳固。

3）由于玄武岩纤维是一种脆性较大的纤维，本发明采用高压水刺的方法将无数根非常细的涤纶纤维与玄武岩无捻粗纱中的纤维缠结在一起，通过采用“低水压，多道水刺”的工艺方法，同时利用异形截面细度很小的涤纶纤维以及玄武岩机织布2/2的松组织结构和极低的经、纬纱密度，使涤纶纤维与玄武岩纤维在发生良好的柔性缠结的同时而不损坏玄武岩纤维，避免了针刺复合的方法或机械梳理的方法对玄武岩纤维的损伤。

4) 本发明中玄武岩纤维机织物在制备时，对经纱进行了淀粉浆轻上浆处理，以保护对玄武岩无捻粗纱的磨损；其后采用高压射流方法的冲击，同时配合以退浆助剂的作用，使玄武岩无捻粗纱表面的薄浆在复合加工的过程中退掉，不用单独采用退浆工艺，既没有对玄武岩纤维造成损害，又降低了生产成本。

5) 本发明采用了高压水刺的方法将涤纶纤维与玄武岩纤维机织布复合在一起，制成品密度大，强度高，厚度仅为0.35-1.2mm，在修补破损路面路基增高有限的条件下，采用本发明制备的极薄材料铺放在清理后的破损路面上面，然后再铺放一层沥青混凝土，可以使修补好的路面与原有路面高度相持平，因而本发明也非常适合翻新路面和破损路面的修复工程。

本发明通过玄武岩纤维机织布制备、高强低伸异形截面涤纶纤维的选择、复合结构层和水刺复合方法及其制备工艺的独特选用，使所制备的玄武岩纤维土工建筑材料具有良好强度和韧性、与整体道路的相容性好、缓冲性好、防渗不透水、使用寿命长、保养周期长等性能，属于一种新型的土木工程建筑材料，具有非常好的市场推广和应用前景。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。

下面结合具体实施例（但不限于所举实施例)对本发明作进一步说明，其中发明中涉及到的化工助剂来源：渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚JFC购自江苏省海安石油化工厂；磷酸酯淀粉购自无锡金陵塔淀粉有限公司；PVA（(polyvinyl alcohol)，聚乙烯醇）购自上海东虎实业有限公司，型号为PVA1788，醇解度为87%；非离子抗静电剂PK购自上虞市创宇化工有限公司；退浆助剂购自山东苏柯汉生物工程股份有限公司，型号为SUKAZYM。

实施例1：

1、制备玄武岩纤维机织布。

（1）使用玄武岩纤维无捻粗纱作为编织纱线，对玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行整经，玄武岩纤维无捻粗纱的单丝纤维直径为6μm，纱支细度为200tex；

（2）对玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行上浆，上浆所用的上浆整理液中，各成分的质量百分比分别为：磷酸酯淀粉用量为3%，PVA用量为1%，非离子抗静电剂用量为0.4%，渗透剂JFC用量为0.5%，水95.1%。；

（3）采用剑杆织机将玄武岩纤维无捻粗纱进行编织，得到玄武岩纤维机织布，玄武岩纤维机织布的克重为100 g/m²，厚度为0.08mm，编织所用的织造组织结构为2/2方平组织，织造经向密度为25根/10cm，织造纬向密度为30根/10cm；

（4）将玄武岩纤维机织布卷绕成玄武岩机织布卷。

2、新型建筑材料的制备方法。

（1）采用三道夫梳理机，将涤纶纤维进行喂入、开松、混合和梳理工序后，经三道夫剥棉辊剥棉得到三层涤纶纤维网，选用的涤纶纤维的纤维截面形状为扁平型，涤纶纤维的纤维平均直径为15μm，涤纶纤维的纤维长度为51mm，涤纶纤维的纤维强度为6.8cN/dtex，涤纶纤维的断裂伸长率为15.8%，涤纶纤维在180℃的干热收缩率为5.1%；

（2）将预先制备的玄武岩纤维机织布卷放在三层涤纶纤维网的第一层和第二层中间，得到三层涤纶纤维网与玄武岩纤维机织布的复合结构层，复合结构层从上到下依次为：涤纶纤维网、玄武岩纤维机织布、涤纶纤维网、涤纶纤维网；

（3）将复合结构层送入水刺区进行复合加工，采用“低水压，多道水刺”的工艺，采用九道水刺对复合结构层进行水刺复合，得到克重为180 g/m²，厚度为0.35mm的整体材料，九道水刺的压力从第一道至第九道分别为：0.4MPa，4MPa，5MPa，8MPa，11MPa，13MPa，10MPa，9MPa，7Mpa，在水刺复合时所用的工艺用水中，加入质量百分比为0.3%的退浆助剂，以加快溶解玄武岩纤维机织布表面的浆料；

（4）将整体材料卷绕成卷，得到新型建筑材料。

实施例2：

1、制备玄武岩纤维机织布。

（1）使用玄武岩纤维无捻粗纱作为编织纱线，对玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行整经，玄武岩纤维无捻粗纱的单丝纤维直径为8μm，纱支细度为500tex；

（2）对玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行上浆，上浆所用的上浆整理液中，各成分的质量百分比分别为：磷酸酯淀粉用量为3.5%，PVA用量为1.5%，非离子抗静电剂用量为0.5%，渗透剂JFC用量为0.7%，水93.8%。；

（3）采用剑杆织机将玄武岩纤维无捻粗纱进行编织，得到玄武岩纤维机织布，玄武岩纤维机织布的克重为200 g/m²，厚度为0.8mm，编织所用的织造组织结构为2/2方平组织，织造经向密度为35根/10cm，织造纬向密度为40根/10cm；

（4）将玄武岩纤维机织布卷绕成玄武岩机织布卷。

2、新型建筑材料的制备方法。

（1）采用三道夫梳理机，将涤纶纤维进行喂入、开松、混合和梳理工序后，经三道夫剥棉辊剥棉得到三层涤纶纤维网，选用的涤纶纤维的纤维截面形状为扁平型，涤纶纤维的纤维平均直径为25μm，涤纶纤维的纤维长度为55mm，涤纶纤维的纤维强度为7.9cN/dtex，涤纶纤维的断裂伸长率为18.9%，涤纶纤维在180℃的干热收缩率为5.8%。；

（3）将复合结构层送入水刺区进行复合加工，采用“低水压，多道水刺”的工艺，采用九道水刺对复合结构层进行水刺复合，得到克重为270 g/m²，厚度为0.75mm的整体材料，九道水刺的压力从第一道至第九道分别为：0.8MPa，5MPa，6MPa，9MPa，12MPa，14MPa，12MPa，10MPa，8MPa，在水刺复合时所用的工艺用水中，加入质量百分比为0.3%的退浆助剂，以加快溶解玄武岩纤维机织布表面的浆料；

（4）将整体材料卷绕成卷，得到新型建筑材料。

实施例3：

1、制备玄武岩纤维机织布。

（1）使用玄武岩纤维无捻粗纱作为编织纱线，对玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行整经，玄武岩纤维无捻粗纱的单丝纤维直径为9μm，纱支细度为600tex；

（2）对玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行上浆，上浆所用的上浆整理液中，各成分的质量百分比分别为：磷酸酯淀粉用量为4%，PVA用量为2%，非离子抗静电剂用量为0.6%，渗透剂JFC用量为0.8%，水95.6%。；

（3）采用剑杆织机将玄武岩纤维无捻粗纱进行编织，得到玄武岩纤维机织布，玄武岩纤维机织布的克重为220 g/m²，厚度为0.25mm，编织所用的织造组织结构为2/2方平组织，织造经向密度为45根/10cm，织造纬向密度为50根/10cm；

（4）将玄武岩纤维机织布卷绕成玄武岩机织布卷。

2、新型建筑材料的制备方法。

（1）采用三道夫梳理机，将涤纶纤维进行喂入、开松、混合和梳理工序后，经三道夫剥棉辊剥棉得到三层涤纶纤维网，选用的涤纶纤维的纤维截面形状为扁平型，涤纶纤维的纤维平均直径为30μm，涤纶纤维的纤维长度为65mm，涤纶纤维的纤维强度为9cN/dtex，涤纶纤维的断裂伸长率为25%，涤纶纤维在180℃的干热收缩率为6.5%。；

（3）将复合结构层送入水刺区进行复合加工，采用“低水压，多道水刺”的工艺，采用九道水刺对复合结构层进行水刺复合，得到克重为320 g/m2，厚度为1.2mm的整体材料，九道水刺的压力从第一道至第九道分别为：1MPa，6MPa，7MPa，10MPa，13MPa，15MPa，13MPa，11MPa，9MPa，在水刺复合时所用的工艺用水中，加入质量百分比为0.3%的退浆助剂，以加快溶解玄武岩纤维机织布表面的浆料；

（4）将整体材料卷绕成卷，得到新型建筑材料。

对上述三个实施例所制备的新型建筑材料的强度、断裂伸长率、顶破强度、沥青吸收量分别进行测试，其结果如表1所示。

表1：新型建筑材料性能测试结果

从表1可以看出，实施例1-3制备的新型建筑材料具有很好的CBR顶破强度和抗拉强度，与没有加入聚酯纤维的纯玄武岩纤维格栅相比，无论是顶破强度还是抗拉强度都有一定程度的增加，特别是在断裂伸长率方面由较大幅度的提高，表明本发明制备的新型建筑材料具有非常好的韧性；另外在对沥青吸收能力方面，实施例1-3制备的新型建筑材料比纯玄武岩格栅平均提高了40%左右，表明本发明的产品与上层路面和下层地基层具有更好的相容性以及结合牢度。上述实验数据说明了本发明的新型建筑材料是一种具有良好的强度和韧性、与路面结合能力好以及防渗等优异特性的新型建筑材料，在建筑领域将具有非常好的应用前景。

虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种新型建筑材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行上浆；

将所述整体材料卷绕成卷，得到新型建筑材料。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述玄武岩纤维无捻粗纱的经纱进行上浆所用的上浆整理液中，各成分的质量百分比分别为：磷酸酯淀粉用量为3-4%，PVA用量为1-2%，非离子抗静电剂用量为0.4-0.6%，渗透剂JFC用量为0.5-0.8%，水92.6-95.1%。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法，还包括：

4.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述涤纶纤维为高强低伸型异形截面纤维，所述涤纶纤维的纤维截面形状为扁平型，所述涤纶纤维的纤维平均直径为15-30μm，所述涤纶纤维的纤维长度为51-65mm，所述涤纶纤维的纤维强度为6.8-9cN/dtex，所述涤纶纤维的断裂伸长率为15.8-25%，所述涤纶纤维在180℃的干热收缩率为5.1-6.5%。

5.一种新型建筑材料，其特征在于，所述新型建筑材料由权利要求1至4任一所述的方法制备，所述新型建筑材料由涤纶纤维网和玄武岩纤维机织布组成。