CN105780300B - 可控式大孔径排水板滤膜制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控式大孔径排水板滤膜制造方法，包括：将普通纤维、异形纤维和热熔粘合纤维混合并开松；以干法成网制成喷洒有粘合剂的立体纤维网；针刺加固、烘燥处理、热轧粘合；冷却后，整理成卷，即得成品。本发明采用异形纤维和热熔粘合纤维为原料，通过干法成网工艺控制滤膜孔径尺寸，并通过复合加固工艺进行加固，最终获得强度性能符合现行标准、纵横向强度均匀性高、且渗透系数符合预期要求的排水板滤膜。

Description

可控式大孔径排水板滤膜制造方法

技术领域

本发明涉及一种排水板滤膜制造方法，尤其是一种可控式大孔径排水板滤膜制造方法，属于产业用非织造土工织物生产技术领域。

背景技术

据申请人了解，土工织物是透水性平面土工合成材料，包括非织造土工织物和织造土工织物。短纤非织造土工织物是以合成短纤维为原料、按随机排列经成网、加固制得，是土工合成材料中的主要产品之一，广泛应用于水利、港航、道路、环保等许多工程领域，能起到过滤、排水、隔离、防护等作用。

不同的非织造土工织物具有各自对应的生产工艺，但从宏观上来说，其基本原理是一致的，可用其工艺过程来描述，一般可分为以下四个过程：（1）纤维准备，（2）成网，（3）加固，（4）后整理。

排水板（带）是土工复合材料，由芯板和滤膜组成，在地基加固中起排水作用。滤膜是包裹芯板的非织造土工织物，滤膜的作用是隔土渗水，同时还要承受被处理土体的土压力作用；有长丝和短纤之分，长丝的性能指标要高于短纤，前者价格也高于后者，一般只在有特殊要求的工程上使用。目前排水板上使用较多的是短纤非织造土工织物滤膜（如无特别说明，下文所称“滤膜”即指“短纤非织造土工织物滤膜”），生产工艺主要有针刺法和浸渍法。

采用排水板加固地基时，应根据场地的具体工程地质和水文地质、环境条件，合理选择材料，确定设计参数，进行系统设计，保障过滤和排水结构的有效性。对滤膜进行过滤设计时，应满足挡土、透水和防淤堵三方面的要求。

挡土即挡住起骨架作用的土粒、使其不流失，同时要求细小土粒在到达织物后应通过织物孔眼流走，避免堵塞。土工合成材料应用规范中，在对土工织物进行过滤设计时只将土简单划分为粗粒土和细粒土，并采用织物孔径和土颗粒径的大小来建立挡土准则，在设计上偏于安全和保守。在透水准则方面，目前常用等效孔径和特征粒径来表达，要求织物的孔径大于某一数值，或要求织物的渗透系数大于土渗透系数的某一倍数。挡土和透水是相互矛盾的，土工织物的选择是在挡土和透水之间寻求合理的平衡，同时根据材料的应用场合和所起的主要作用有所侧重。在过滤准则方面，维持长期的透水性是最难的，而挡土的要求则较易达到，所以在使用中有将织物孔径加大的趋势。在防淤堵方面，由于织物孔眼的拱效应、细粒形成土团，以及高分子聚合物强烈带电作用，如果织物网眼选择不合适，土颗粒可能被堵在孔眼前，或吸附在纤维上，或形成土饼阻住了水流的通过。多数土质往往由不同粒径材料组成，发生少量的细颗粒土流失不会影响结构的稳定，故可适当增大土工织物的孔径；但对颗粒均匀的细颗粒土质，在选择土工织物的孔径时则要谨慎。

现行排水板应用规范中，滤膜的性能指标主要有三个：渗透系数、等效孔径、抗拉强度。采用针刺法生产工艺时，为了满足滤膜的抗拉强度指标，就必须使纤网中纤维之间的缠结更充分。浸渍法亦称浸胶法，是化学粘合工艺的一种，先将纤维在前道工序准备后，再经成网工艺制成一定规格的纤维网，然后对纤维网进行浸胶，通过烘燥工艺借粘合剂在纤维网中构成无数独立的粘合点，把纤维粘合在一起；纤维的强度主要取决于纤维与纤维借助粘合剂的接触总面积，纤维的交叉缠结点越多，与粘合剂的接触总面积越大，强度越高。针刺法和浸渍法相似，随着滤膜强度的增加，滤膜的密度（g/cm³）也会增加，但等效孔径和渗透系数会降低。为了生产出满足规范要求的滤膜，必须在三个指标达到合理的平衡。

现有技术工艺生产的滤膜，在过滤设计和实际应用中主要存在两方面问题：一方面，滤膜孔径大小难以控制，并直接影响渗透系数，而现行排水板应用规范规定，滤膜等效孔径O₉₅<0.075mm，渗透系数≥5×10^-4cm/s（试件在水中浸泡24小时），对不同工程条件控制的性能指标比较单一，不能根据具体情况有针对性地选择合适孔径和渗透系数的滤膜。另一方面，现有技术生产的滤膜孔径偏小，在某些特定工程条件下需要采用大孔径滤膜时，受现有生产技术限制无法生产出合适的产品或者采用其它替代产品的价格无法接受，导致排水板在设计和应用上受到限制。

经检索发现，专利号201110060503.4、授权公告号CN102166455B的中国发明专利提供了一种耐高温硬挺化针刺毡滤材及其制造方法，但是该专利针对除尘目的，并非排水板滤水目的，无法直接借鉴。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种可控式大孔径排水板滤膜制造方法，通过采用特定的纤维材料、并对生产工艺进行改进，最终制得孔径足够大且满足预期要求的排水板滤膜。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、将普通纤维、异形纤维和热熔粘合纤维混合并开松，得混合纤维；所述普通纤维、热熔粘合纤维的截面形状分别为圆形；所述异形纤维的截面形状不同于普通纤维和热熔粘合纤维；

第二步、以干法成网方式，先将混合纤维梳理成由单纤维组成且具有预设面密度的单纤维网；再将若干单纤维网叠加铺网并制成具有预设厚度的立体纤维网，其中，单纤维网表面喷洒有粘合剂；

第三步、先将立体纤维网进行针刺加固，使纤维和纤维之间相互缠结抱合；再将立体纤维网进行烘燥，使纤维和纤维之间粘合加固；之后再将立体纤维网进行热轧粘合，使立体纤维网产生变形，并使立体纤维网中的热熔粘合纤维产生熔结；冷却后，整理成卷，即得成品。

申请人经深入实践研究发现，以干法成网方式进行铺网的过程中，通过控制预设面密度和预设厚度，可实现对滤膜孔径尺寸的控制，并能使滤膜孔径尺寸足够大，满足预期要求；但是，仅仅这样仍然是不够的，其滤膜强度性能以及纵横向强度均匀性都有所欠缺，无法适用于实际工况。有鉴于此，申请人经进一步深入实践研究，终于得出上述技术方案，一方面，加入的异形纤维不仅可以增加纤维比表面积，提高纤维与粘合剂的接触面积，利于提高滤膜的强度，还可提高单纤维的导水功能，利于提高滤膜的渗透系数；另一方面，在干法成网后，将针刺加固、烘燥处理、热轧加固依次进行从而形成复合的加固工艺，不仅可提高滤膜强度，还能使滤膜纵横向强度基本保持一致，利于均匀排水。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，第一步中，所述热熔粘合纤维为聚酯热熔粘合纤维。

更优选地，所述热熔粘合纤维的纤维细度为2.5±0.5旦，长度51±1mm，熔点为110±5℃。

优选地，第一步中，所述异形纤维为聚酯纤维，所述异形纤维的截面形状为“十”字形、“Y”字形、“H”字形或菱形。

更优选地，所述异形纤维的纤维线密度为1.38g±0.5/cm³，长度51±1mm，熔点260±5℃。

优选地，第一步中，所述普通纤维为不同于异形纤维和热熔粘合纤维、且用于制造土工布的合成纤维。

优选地，第一步中，普通纤维、异形纤维、热熔粘合纤维三者的重量比为1～4：4～7：1～3。

优选地，第二步中，预设面密度为80～120g/m²，预设厚度为0.3～0.7mm；所述粘合剂为聚乙烯醇，所述粘合剂的喷洒重量占相应单纤维网重量的4～6%；喷洒时，粘合剂以雾状喷向单纤维网表面，并采用喷头往复移动喷洒的方式，使粘合剂均匀分布于单纤维网表面。

优选地，第三步中，所述针刺加固采用对刺形式；所述烘燥的温度为100±5℃；所述热轧粘合采用的温度为200±5℃。

优选地，第一步中，混合、开松均在多箱式开棉机中进行；第二步中，采用棉纺梳理机进行梳理，采用复式铺网机进行叠加铺网；第三步中，针刺加固采用高频针刺机，烘燥采用烘箱，热轧粘合采用钢棍热轧机；整理成卷时，先压花处理再切边成型成卷。

与现有技术相比，本发明采用普通纤维、异形纤维和热熔粘合纤维为原料，通过干法成网工艺控制滤膜孔径尺寸，并通过复合加固工艺进行加固，最终获得强度性能符合现行标准、纵横向强度均匀性高、且渗透系数符合预期要求的排水板滤膜。孔径方面，本发明制得的排水板滤膜孔径尺寸可达到0.1mm以上，特别是能达到0.13mm以上，同时孔径可控，偏差低至±0.02mm。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

本实施例的可控式大孔径排水板滤膜制造方法，包括：

第一步、将普通纤维、异形纤维和热熔粘合纤维混合并开松，得混合纤维；普通纤维、热熔粘合纤维的截面形状分别为圆形；异形纤维的截面形状不同于普通纤维和热熔粘合纤维；

第二步、以干法成网方式，先将混合纤维梳理成由单纤维组成且具有预设面密度的单纤维网；再将若干单纤维网叠加铺网并制成具有预设厚度的立体纤维网，其中，单纤维网表面喷洒有粘合剂；

第三步、先将立体纤维网进行针刺加固，使纤维和纤维之间相互缠结抱合；再将立体纤维网进行烘燥，使纤维和纤维之间粘合加固；之后再将立体纤维网进行热轧粘合，使立体纤维网产生变形，并使立体纤维网中的热熔粘合纤维产生熔结；冷却后，整理成卷，即得成品。

具体而言，第一步中，普通纤维为不同于异形纤维和热熔粘合纤维、且用于制造土工布的合成纤维。

热熔粘合纤维为聚酯热熔粘合纤维。热熔粘合纤维的纤维细度为2.5±0.5旦，长度51±1mm，熔点为110±5℃。

异形纤维为聚酯纤维，异形纤维的截面形状为“十”字形、“Y”字形、“H”字形或菱形。异形纤维的纤维线密度为1.38g±0.5/cm³，长度51±1mm，熔点260±5℃。

普通纤维、异形纤维、热熔粘合纤维三者的重量比为1～4：4～7：1～3。

异形纤维截面的周长相对圆形截面增大，纤维比表面积增大，提高与粘合剂的接触面积，有利于提高滤膜的强度。此外，异形纤维可提高单纤维的导水功能（尤其是截面形状带有沟槽的异形纤维），从而提高了滤膜的渗透系数。

第二步中，预设面密度为80～120g/m²，预设厚度为0.3～0.7mm；粘合剂为聚乙烯醇，粘合剂的喷洒重量占相应单纤维网重量的4～6%；喷洒时，粘合剂以雾状喷向单纤维网表面，并采用喷头往复移动喷洒的方式，使粘合剂均匀分布于单纤维网表面。需要说明的是，喷洒粘合剂可以在梳理成网后就进行，也可以在叠加铺网时对各单纤维网进行。

第二步所得立体纤维网中的纤维在三维空间内杂乱排列。

第三步中，针刺加固采用对刺形式；烘燥的温度为100±5℃；热轧粘合采用的温度为200±5℃。

此外，第一步中，混合、开松均在多箱式开棉机中进行；第二步中，采用棉纺梳理机进行梳理，采用复式铺网机进行叠加铺网；第三步中，针刺加固采用高频针刺机，烘燥采用烘箱（烘燥也为后续热轧加固起到预加热作用），热轧粘合采用钢棍热轧机；整理成卷时，先压花处理再切边成型成卷。

试验案例：

各试验案例均采用上述本实施例方法，各步具体参数如表1所示：

表1、各试验案例中各步具体参数

将各试验案例制得排水板滤膜进行检测，技术参数如表2所示：

表2、各试验案例制得排水板滤膜的技术参数

同时，现行中华人民共和国行业标准《公路工程土工合成材料 塑料排水板（带）》（JT/T 521-2004）中C型规格（最高要求规格）的滤膜技术参数如表3所示：

表3 行业标准技术参数

由以上对比可知，各试验案例制得的排水板滤膜在纵向和横向拉伸强度、纵横向延伸率、渗透系数方面均可达到现有C型排水板滤膜行业标准。

此外，目前排水加固工程界普遍反映，现行标准定得过于偏小，并不对排水有利，拟今后修订标准时应加大，所以该指标虽略大，但它实际却对排水更有利。美国标准中对此孔径要求就在0.1mm左右。国内工程界也使用过许多美国滤膜产品，孔径在0.1～0.13mm之间的滤膜使用效果较好。

需要说明的是，虽然上述各试验案例制得排水板滤膜的等效孔径大部分都符合现行行业标准，但是按本实施例制造方法也能制得孔径可达到0.1mm以上，特别是能达到0.13mm以上，且其余性能参数仍符合现行行业标准的滤膜。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、将普通纤维、异形纤维和热熔粘合纤维混合并开松，得混合纤维；所述普通纤维、热熔粘合纤维的截面形状分别为圆形；所述异形纤维的截面形状不同于普通纤维和热熔粘合纤维；

所述异形纤维为聚酯纤维，所述异形纤维的截面形状为“十”字形、“Y”字形、“H”字形或菱形；

所述异形纤维的纤维线密度为1.38±0.5g/cm³，长度51±1mm，熔点260±5℃；

第二步、以干法成网方式，先将混合纤维梳理成由单纤维组成且具有预设面密度的单纤维网；再将若干单纤维网叠加铺网并制成具有预设厚度的立体纤维网，其中，单纤维网表面喷洒有粘合剂；

预设面密度为80～120g/m²，预设厚度为0.3～0.7mm；所述粘合剂为聚乙烯醇，所述粘合剂的喷洒重量占相应单纤维网重量的4～6％；

第三步、先将立体纤维网进行针刺加固，使纤维和纤维之间相互缠结抱合；再将立体纤维网进行烘燥，使纤维和纤维之间粘合加固；之后再将立体纤维网进行热轧粘合，使立体纤维网产生变形，并使立体纤维网中的热熔粘合纤维产生熔结；冷却后，整理成卷，即得成品。

2.根据权利要求1所述可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，第一步中，所述热熔粘合纤维为聚酯热熔粘合纤维。

3.根据权利要求2所述可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，所述热熔粘合纤维的纤维细度为2.5±0.5旦，长度51±1mm，熔点为110±5℃。

4.根据权利要求1或2或3所述可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，第一步中，所述普通纤维为不同于异形纤维和热熔粘合纤维、且用于制造土工布的合成纤维。

5.根据权利要求1或2或3所述可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，第一步中，普通纤维、异形纤维、热熔粘合纤维三者的重量比为1～4：4～7：1～3。

6.根据权利要求1或2或3所述可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，第二步中，喷洒时，粘合剂以雾状喷向单纤维网表面，并采用喷头往复移动喷洒的方式，使粘合剂均匀分布于单纤维网表面。

7.根据权利要求1或2或3所述可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，第三步中，所述针刺加固采用对刺形式；所述烘燥的温度为100±5℃；所述热轧粘合采用的温度为200±5℃。

8.根据权利要求1或2或3所述可控式大孔径排水板滤膜制造方法，其特征是，第一步中，混合、开松均在多箱式开棉机中进行；第二步中，采用棉纺梳理机进行梳理，采用复式铺网机进行叠加铺网；第三步中，针刺加固采用高频针刺机，烘燥采用烘箱，热轧粘合采用钢辊 热轧机；整理成卷时，先压花处理再切边成型成卷。