CN106868718B - 一种高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法，属于非织造土工布技术领域，其可解决现有的高速铁路隔离层用土工布布面僵硬、强度较低、耐磨损性能差的问题。本发明的高强聚丙烯纺粘针刺土工布中将聚丙烯长丝进行两次上油，两道针刺工艺，其中，第一次聚丙烯长丝上油的作用是提高聚丙烯长丝的力学性能，防止聚丙烯长丝在形成土工布的针刺工艺中断裂；第二次上油的作用是加固增强纤维网；此外，两道针刺工艺的针刺密度均较低，因此本发明的土工布更加柔软，适用于高速铁路隔离层，在承受列车载荷时，其可以将轨道板与底座之间的摩擦转化为纤维间的滑动，减少土工布布面磨损。

Description

一种高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法
技术领域
本发明属于非织造土工布技术领域，具体涉及一种高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法。
背景技术
我国自主研发的CRTS III型板式无砟轨道包括钢轨、弹性扣件、轨道板、自密实混凝土层、隔离层、底座等部分，其中，隔离层设置在自密实混凝土层与底座之间，该隔离层一般由针刺土工布构成，其作用是避免由于温度变化、混凝土收缩和桥梁挠曲变形对轨道结构的影响，同时起到缓冲高速列车冲击力的作用，为轨道结构养护提供技术条件。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前我国高速铁路隔离层用土工布均为丙纶短纤针刺土工布，其是由丙纶短纤维经梳理铺网、多道针刺固结而成。短纤维针刺土工布需要有较高的针刺密度才能固结成布，布面僵硬、强度较低、耐磨损性能差，压缩弹性差，影响轨道整体使用寿命。同时，随着列车载荷作用次数的增高，丙纶短纤针刺土工布的弹性回复率逐渐降低，刚性越来越大，失去缓冲作用，这将对底座的疲劳性能和路基的稳定性产生不利影响。
发明内容
本发明针对现有的高速铁路隔离层用土工布布面僵硬、强度较低、耐磨损性能差的问题，提供一种高速铁路隔离层用高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
一种高速铁路隔离层用高强聚丙烯纺粘针刺土工布，通过包括将聚丙烯长丝上油润滑、摆丝形成纤维网、头道针刺、上油增强、二道针刺、定型的制备工艺制成。
优选的是，所述头道针刺的针刺密度为70-110/cm2，头道针刺的针刺深度为12-14cm。
优选的是，所述二道针刺的针刺密度为100-110/cm2，二道针刺的针刺深度为12-14cm。
优选的是，所述高强聚丙烯纺粘针刺土工布的克重为600-710g/m2，所述高强聚丙烯纺粘针刺土工布的厚度为2-4mm。
优选的是，所述高强聚丙烯纺粘针刺土工布的厚度为2-3mm，所述高强聚丙烯纺粘针刺土工布的纵横向强度为48-50kN/m。
优选的是，所述聚丙烯长丝粗细为6-8D，所述聚丙烯长丝包括以下重量份的原料：聚丙烯切片90-96份、色母粒0.5-3份、抗紫外母粒3-6份。
其中，聚丙烯长丝若太粗，产品外观不好看，而且相同克重下，粗丝的产品比细丝的产品断裂强度要小。聚丙烯长丝若太细，则影响产品的力学性能。
此外，所述聚丙烯切片等规指数≥94％。所述抗紫外母粒的作用是增强产品整体的抗紫外的功能，抗紫外母粒的粒度为(2.8-3.5)mm×(3.0-3.4)mm，水份含量：≤0.3wt％，熔点：160℃，耐热性260℃，其外观表面光滑、色泽均匀、圆柱状颗粒。
本发明还提供一种高强聚丙烯纺粘针刺土工布的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将聚丙烯长丝的原料熔融挤出得到聚丙烯长丝；
(2)向聚丙烯长丝喷洒润滑剂以使聚丙烯长丝上油润滑；
(3)将上述聚丙烯长丝牵伸、并摆丝形成纤维网后进行头道针刺工艺；
(4)向所述纤维网喷洒润滑剂以使纤维网上油增强；
(5)将所述纤维网进行二道针刺工艺得到雏形土工布；
(6)将所述雏形土工布定型得到高强聚丙烯纺粘针刺土工布。
优选的是，步骤(2)所述向聚丙烯长丝喷洒的润滑剂与该聚丙烯长丝的重量比为(3-5)：100。
优选的是，步骤(2)所述向聚丙烯长丝喷洒的润滑剂与该聚丙烯长丝的重量比为(3-5)：100。
优选的是，步骤(2)或步骤(4)所述润滑剂包括平滑剂、抗静电剂、乳化剂中的任意一种或几种的混合物；所述平滑剂、抗静电剂、乳化剂的重量比为(60-70):(20-30):(5-15)。
本发明的高强聚丙烯纺粘针刺土工布的力学性能优异，纵横向强度达到50kN/m以上，其顶破强力、撕裂强力均超过聚酯长丝土工布。其耐酸碱性强，在PH值2-13的条件下，不受任何影响。该土工布中将聚丙烯长丝进行两次上油，两道针刺工艺，其中，第一次聚丙烯长丝上油的作用是提高聚丙烯长丝的力学性能，防止聚丙烯长丝在形成土工布的针刺工艺中断裂；第二次上油的作用是加固增强纤维网；此外，两道针刺工艺的针刺密度均较低，因此本发明的土工布更加柔软，适用于高速铁路隔离层，在承受列车载荷时，其可以将轨道板与底座之间的摩擦转化为纤维间的滑动，减少土工布布面磨损；再次，本发明的产品由连续长丝形成，连续长丝在延长度方向无回缩空间，随着时间延长缠结点强化，其蠕变性能更好，产品使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的实施例1的高强聚丙烯纺粘针刺土工布的制备流程示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明中原料均为市售，具体参数见表1。
表1
Figure BDA0001230283260000041
实施例1：
本实施例提供一种浅灰色高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法，本实施例的高强聚丙烯纺粘针刺土工布克重为700g/m2，厚度为4mm，宽度为2.6m。
具体包括以下制备步骤：
(1)将聚丙烯切片、色母粒、抗紫外母粒按93份、1份、6份重量比投料，并在混料机中充分混合均匀，经过螺杆熔融挤出，挤出温度设定为245℃，经纺丝组件形成8D左右连续聚丙烯长丝。
(2)聚丙烯长丝经过牵伸组件，牵伸倍数5.0倍，首次上油喷洒4份的润滑剂以使聚丙烯长丝上油润滑。
(3)将牵伸后的聚丙烯长丝通过摆丝系统形成均匀的纤维网，经过头道针刺，针刺密度为70/cm2，针刺深度为12cm。
(4)二次上油喷洒6份的润滑剂以使纤维网上油增强。
(5)进行二道针刺得到雏形土工布，针刺密度100/cm2，针刺深度14cm。
(6)将针刺后的土工布通过热定型处理，压辊间距4mm，定型幅宽设定为5.22m，定型温度设置为105℃。定型完毕后经分切刀将布面平均分割为两幅，宽度各为2.6m，卷绕打包，每卷长度不低于50m。
本实施例的产品不需要太高的针刺密度即可成布，与传统丙纶短纤针刺土工布相比更加柔软，纤维之间滑动更加容易，在承受列车载荷时，可以将轨道板与底座之间的摩擦转化为纤维间的滑动，减少布面磨损。
实施例2：
本实施例提供一种浅灰色高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法，本实施例的高强聚丙烯纺粘针刺土工布克重为700g/m2，厚度为2mm，宽度为2.6m。
具体包括以下制备步骤：
(1)将聚丙烯切片、色母粒、抗紫外母粒按94.5份、0.5份、5份重量比投料，并在混料机中充分混合均匀，经过螺杆熔融挤出，挤出温度设定为245℃，经纺丝组件形成6D左右连续聚丙烯长丝。
(2)聚丙烯长丝经过牵伸组件，牵伸倍数7.0倍，首次上油喷洒5份的润滑剂以使聚丙烯长丝上油润滑。
(3)将牵伸后的聚丙烯长丝通过摆丝系统形成均匀的纤维网，经过头道针刺，针刺密度为110/cm2，针刺深度为12cm。
(4)二次上油喷洒5份的润滑剂以使纤维网上油增强。
(5)进行二道针刺得到雏形土工布，针刺密度110/cm2，针刺深度14cm。
(6)将针刺后的土工布通过热定型处理，压辊间距2mm，定型幅宽设定为5.22m，定型温度设置为105℃。定型完毕后经分切刀将布面平均分割为两幅，宽度各为2.6m，卷绕打包，每卷长度不低于50m。
现有技术中，700g/m2的丙纶短纤针刺土工布厚度一般在4mm以上，本实施例的产品将隔离层土工布厚度加工到2mm左右，当其用于高速铁路隔离层时，可以减少隔离层存水量，避免冬季结冰冻害。且该产品在PH值2-13的条件下应用，不受任何影响。
实施例3：
本实施例提供一种深灰色高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法，本实施例的高强聚丙烯纺粘针刺土工布克重为600g/m2，厚度为2mm，宽度为2.6m。
具体包括以下制备步骤：
(1)将聚丙烯切片、色母粒、抗紫外母粒按92份、3份、5份重量比投料，并在混料机中充分混合均匀，经过螺杆熔融挤出，挤出温度设定为245℃，经纺丝组件形成6D左右连续聚丙烯长丝。
(2)聚丙烯长丝经过牵伸组件，牵伸倍数5.0倍，首次上油喷洒5份的润滑剂以使聚丙烯长丝上油润滑。其中，润滑剂包括平滑剂、抗静电剂、乳化剂；所述平滑剂、抗静电剂、乳化剂的重量比为70:20:10。
(3)将牵伸后的聚丙烯长丝通过摆丝系统形成均匀的纤维网，经过头道针刺，针刺密度为100/cm2，针刺深度为12cm。
(4)二次上油喷洒5份的润滑剂以使纤维网上油增强。其中，润滑剂包括平滑剂、抗静电剂、乳化剂；所述平滑剂、抗静电剂、乳化剂的重量比为65:25:10。
(5)进行二道针刺得到雏形土工布，针刺密度110/cm2，针刺深度14cm。
(6)将针刺后的土工布通过热定型处理，压辊间距2mm，定型幅宽设定为5.22m，定型温度设置为105℃。定型完毕后经分切刀将布面平均分割为两幅，宽度各为2.6m，卷绕打包，每卷长度不低于50m。
现有技术中丙纶短纤土工布针刺固结成布，纤维缠结点并未固化，随着时间加长自由端纤维回缩，纤维缠结弱化，土工布机械拉伸性能逐渐变差；而本实施例的高强聚丙烯纺粘针刺土工布是由连续长丝形成，连续长丝延长度方向无回缩空间，随着时间延长缠结点强化，其蠕变性能更好，且使用寿命延长。
实施例4：
本实施例提供一种浅灰色高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法，本实施例的高强聚丙烯纺粘针刺土工布克重为710g/m2，厚度为3mm，宽度为2.6m。
具体包括以下制备步骤：
(1)将聚丙烯切片、色母粒、抗紫外母粒按90份、0.5份、3份重量比投料，并在混料机中充分混合均匀，经过螺杆熔融挤出，挤出温度设定为230℃，经纺丝组件形成7D左右连续聚丙烯长丝。
(2)聚丙烯长丝经过牵伸组件，牵伸倍数7.0倍，首次上油喷洒3份的润滑剂以使聚丙烯长丝上油润滑。其中，润滑剂包括平滑剂、抗静电剂、乳化剂；所述平滑剂、抗静电剂、乳化剂的重量比为60:25:15。
(3)将牵伸后的聚丙烯长丝通过摆丝系统形成均匀的纤维网，经过头道针刺，针刺密度为110/cm2，针刺深度为13cm。
(4)二次上油喷洒7份的润滑剂以使纤维网上油增强。其中，润滑剂包括平滑剂、抗静电剂、乳化剂；所述平滑剂、抗静电剂、乳化剂的重量比为65:35:5。
(5)进行二道针刺得到雏形土工布，针刺密度110/cm2，针刺深度13cm。
(6)将针刺后的土工布通过热定型处理，压辊间距2mm，定型幅宽设定为5.22m，定型温度设置为102℃。定型完毕后经分切刀将布面平均分割为两幅，宽度各为2.6m，卷绕打包，每卷长度不低于50m。
将实施例1-3的高强聚丙烯纺粘针刺土工布按照GB/T17639-2008国家标准，检测结果见表2：
表2
将上述实施例1-4的高强聚丙烯纺粘针刺土工布用于pH值2-13的环境中，该高强聚丙烯纺粘针刺土工布不受任何影响，可以长期使用，将其用于高速公路隔离层，完全达到使用要求。
显然，上述各实施例的具体实施方式还可进行许多变化；例如：原料的具体重量比例可以根据需要进行调整，具体的工艺参数可以根据产品需要进行改变。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高铁用高强聚丙烯纺粘针刺土工布的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)将聚丙烯长丝的原料熔融挤出得到聚丙烯长丝；
(2)向聚丙烯长丝喷洒润滑剂以使聚丙烯长丝上油润滑；
(3)将上述聚丙烯长丝牵伸、并摆丝形成纤维网后进行头道针刺工艺；
(4)向所述纤维网喷洒润滑剂以使纤维网上油增强；
(5)将所述纤维网进行二道针刺工艺得到雏形土工布；
(6)将所述雏形土工布定型得到高强聚丙烯纺粘针刺土工布；
所述高强聚丙烯纺粘针刺土工布的克重为600-710g/m2，所述高强聚丙烯纺粘针刺土工布的厚度为2-3mm，所述高强聚丙烯纺粘针刺土工布的纵横向强度为48-50kN/m；
所述头道针刺的针刺密度为70-110/cm2，头道针刺的针刺深度为12-14cm；
所述二道针刺的针刺密度为100-110/cm2，二道针刺的针刺深度为12-14cm；
所述聚丙烯长丝粗细为6-8D。
2.根据权利要求1所述的高铁用高强聚丙烯纺粘针刺土工布的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯长丝包括以下重量份的原料：聚丙烯切片90-96份、色母粒0.5-3份、抗紫外母粒3-6份。
3.根据权利要求1所述的高铁用高强聚丙烯纺粘针刺土工布的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述向聚丙烯长丝喷洒的润滑剂与该聚丙烯长丝的重量比为(3-5)：100。
4.根据权利要求1所述的高铁用高强聚丙烯纺粘针刺土工布的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述向所述纤维网喷洒的润滑剂与该纤维网的重量比为(5-7)：100。
5.根据权利要求1所述的高铁用高强聚丙烯纺粘针刺土工布的制备方法，其特征在于，步骤(2)或步骤(4)所述润滑剂包括平滑剂、抗静电剂、乳化剂中的任意一种或几种的混合物；所述平滑剂、抗静电剂、乳化剂的重量比为(60-70):(20-30):(5-15)。
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