CN106968051A - 具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，包括：将高熔融指数等规聚丙烯切片与抗老化剂、降温母粒混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出，经侧吹风冷却后进入牵伸系统进行牵伸，经分丝和摆丝后，在网下吸风的作用下均匀吸附在成网帘上，然后经预针刺、主针刺加固后得到丙纶土工布；对上述丙纶土工布进行单面疏水处理，以获得单向导水性能；将经过单面疏水处理的丙纶土工布与土工网芯复合在一起，即可获得具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网。所述具有单向导水能力的土工布与土工网芯复合可以加速对路基中滞留水以及底层地下水的疏导作用。

Description

具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法
技术领域
本发明属于土工复合排水材料技术领域，特别涉及一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网及其制备方法，尤其适用于公路、铁路、隧道机场跑道等工程的排水处理。
背景技术
水是影响路面结构、道路路基自身强度以及稳定性的重要因素，其主要形式为地表水以及地下水。在南方多雨地区，地表水的危害主要体现在对路基的冲刷作用以及降水渗透到路基土体中产生滞留，导致路基土体内部含水量过高，降低了路基的承载性能。另外，地下水的存在对路基结构的稳定性极为不利，尤其水位过高时，毛细水上升过程中会引起路基的不均匀沉降，从而破坏上层结构。因此，路基设计过程中需要综合考虑地表水以及地下水的共同影响，采用土工布复合排水网对地表水、地下水进行隔离和疏导，保证路基与路面结构的稳定性。
本发明涉及的丙纶土工布复合排水网同时具备优异的反滤、排水和加筋作用，其排水方式不同于传统的砂砾排水层，而是以二维或三维土工网芯形成纵向排列的排水通道，在土工网芯两面复合以具有单向导水性能的丙纶土工布，能够隔离上下砂土层，阻止微小颗粒堵塞网芯，具有优良的反滤性能。同时，经单面疏水处理后的丙纶土工布在厚度方向上形成了润湿梯度差，使水分可以轻易从疏水面传导至亲水面，但水分无法在相反方向传导，从而让土工网芯能够迅速地排出多余的水份。所得丙纶土工布复合排水网的排水能力可以和1米厚的砾石层相当，并且具有很强的抗拉强度与抗压缩能力，能起到加固地基作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法。通过该方法制备的丙纶土工布复合排水网具有排水效率高、反滤效果好、抗拉强度高等优点。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：将高熔融指数等规聚丙烯切片与抗老化剂、降温母粒均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出，经侧吹风冷却后进入牵伸系统进行牵伸，从牵伸系统出来的长丝经分丝和摆丝后，在网下吸风的作用下均匀吸附在成网帘上，然后经预针刺、主针刺加固后得到丙纶土工布；
第二步：对上述丙纶土工布进行单面疏水处理，以获得单向导水性能；
第三步：提供一个二维或三维的土工网芯，将经过单面疏水处理的丙纶土工布与土工网芯复合在一起，即可获得具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网。
优选地，所述第一步中的等规聚丙烯的熔融指数为15～50g/10min，重均分子量为15～40W。
优选地，所述第一步中的抗老化剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、抗氧剂1098或抗氧剂168中的一种或多种的复配使用。
优选地，所述第一步中的降温母粒为A-490型PP降温母粒，加入的质量分数为1～4％。
优选地，所述第一步中的牵伸系统包括两步牵伸，即机械牵伸+气流牵伸，所述机械牵伸为预牵伸，牵伸倍数为20～50倍，气流牵伸的牵伸倍数为10～25倍。机械牵伸的牵伸倍数比较低，纤维取向度不足；再经气流牵伸后，纤维进一步取向，纤维线密度降低，强度明显提高，韧性也有所增强。
优选地，所述第一步得到的丙纶土工布的单丝纤度为5～13dtex，克重为100～500g/m2，纵/横向断裂强度≥70N·m-1/gsm。
优选地，所述第一步得到的丙纶土工布具有优异的耐酸碱、抗老化性能，产品的使用寿命达30～50年。
优选地，所述第二步中的单面疏水处理是采用疏水剂对土工布进行单面整理。经处理后的土工布两面具有不同的亲疏水性，即整理面为疏水，未整理面为亲水，土工布两面由此形成润湿梯度差，获得单向导水能力。
更优选地，所述第二步中的整理方法为涂层法、喷洒法、静电喷雾法以及泡沫整理法中的一种或几种；所述第二步中的疏水剂类型为超支化大分子类、碳氢聚合物类、有机硅类、含氟聚合物类以及纳米颗粒类中的一种或几种。
优选地，所述第三步中的二维或三维土工网芯是以高密度聚乙烯为原料，添加炭黑作为抗老化剂，挤压形成的具有交叉排列的筋条的网状结构，交叉排列的筋条形成排水通道。其中三维土工网芯的通道高度可达5mm，具有高空隙率和较高的抗压强度。
优选地，所述的第三步中的复合方式为热熔复合或粘合剂复合，即将单面疏水处理的土工布经过远红外加热或粘合剂粘附在土工网芯两面，其中疏水面朝外，亲水面朝内与土工网芯相接。由此，经复合后的土工排水网具有双向排水能力，既能排出路基和路面结构中的内部滞留水，又能在地下水位过高时隔离、疏导并排出上升的地下水，避免路基结构受到地下水的破坏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的丙纶土工布复合排水网是以二维或三维土工网芯作为排水通道，在其两面复合具有单向导水性能的高强粗旦丙纶土工布，所得丙纶土工布复合排水网同时具备反滤与排水性能，并且具有很强的抗拉强度与抗压缩能力，可以提高地基的承载能力。
(2)本发明的丙纶土工布复合排水网使用的是高强粗旦丙纶非织造布，具有强度高，耐酸碱性好、耐腐蚀、耐霉变、耐低温等优点，且具有较好的芯吸效应和渗水性能；通过对丙纶土工布进行单面疏水整理赋予其单向导水性能，使得水分可以轻易的从疏水面传导至亲水面，将所述具有单向导水能力的土工布与土工网芯复合可以加速对路基中滞留水以及底层地下水的疏导作用，使得路基能够保持一定的干燥稳定状态，尤其适用于高降水量与地下水位较高地区的道路工程建设。
附图说明
图1为实施例1中的丙纶土工布复合排水网的结构示意图；
图2为实施例2、3中的丙纶土工布复合排水网的结构示意图；
图3为实施例1中的二维土工网芯结构示意图。
图4为实施例2、3中的三维土工网芯结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1～3中所用的等规聚丙烯的熔融指数为15～50g/10min，重均分子量为15～40W；二苯甲酮类紫外线吸收剂C81和受阻胺类光稳定剂Tinuvin770均购自德国巴斯夫股份公司；抗氧剂1098和抗氧剂168均购自韩国松原；A-490型PP降温母粒购自深圳金大全科技有限公司；超支化大分子类疏水剂RUCO-DRY ECO购自德国鲁道夫，有机硅类疏水剂IE-6683购自道康宁公司，六碳含氟疏水剂TG-5541购自日本大金，VAE粘合剂CW40-716购自中国石化集团四川维尼纶厂，热熔胶BL-551B购自杭州邦林热熔胶有限公司；二维和三维土工排水网芯均购自德州东方环保科技股份有限公司。
实施例1
如图1所示，一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网由上下两层土工布1与一层二维土工网芯2复合而成，其制备方法为：
第一步：采用纺粘成网、针刺加固工艺制备高强粗旦丙纶土工布，所用聚合物为高熔融指数等规聚丙烯，其熔融指数为20g/10min，重均分子量为35W；原料组分以重量分数记，高熔融指数等规聚丙烯切片100份，抗氧剂1份、受阻胺类光稳定剂Tinuvin7700.5份、二苯甲酮类紫外线吸收剂C810.5份、PP降温母粒A-4903份，其中抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配制得，复配比例为7∶3；将原料均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，螺杆挤出机各段温度如下，进料区为200℃，熔融区为230℃，计量区为225℃，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出形成细流，经侧吹风冷却后，风速设定在1.2m/s，冷却风温度15℃，吹风湿度为60％，先通过机械牵伸系统进行预牵伸，牵伸倍数为30倍，此时牵伸倍数仍较低，再经气流进一步牵伸，牵伸倍数为25倍，牵伸风风压为45kPa，牵伸速度为3500m/min，所得长丝线密度为7dtex，从牵伸系统出来的长丝经分丝和摆丝后，在网下吸风的作用下均匀吸附在成网帘上，然后经一台预针刺机进行预针刺。预针刺机配备一块上刺单针板，值针密度为4000枚，m，针刺频率为600次/min。再经三台主针刺机进行加固，第一台为上刺单针板，值针密度为5500枚/m，针刺频率为600次/min；第二台为下刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min；第三台为上刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min。最终加固后得到的高强粗旦丙纶土工布，单丝纤度为7dtex，克重为200g/m2，纵/横向断裂强度为75N·m-1/gsm。
第二步：对上述高强粗旦丙纶土工布进行单面疏水处理，采用刮刀涂层法将5％浓度的超支化大分子类疏水剂RUCO-DRY ECO均匀涂覆在土工布表面进行单面整理，涂覆量为4g/m2，再经150℃烘干烧结20min，40℃冷却成型1h，获得单向导水性能。依据国标GB/T15789-2005测试制得的具有单向导水性能的高强粗旦丙纶土工布，沿疏水处理面至未处理面的垂直渗透系数为0.5cm/s，沿未处理面至处理面的垂直渗透系数为1×10-6cm/s。
第三步：提供一个二维土工排水网芯2，是以高密度聚乙烯为原料，以特殊挤压工艺制成的具有交叉排列的筋条网状结构，如图3所示，上下两层筋条4、5交叉排列形成“S”型排水通道，具有很高的纵向和横向排水能力；将经过单面疏水处理的高强粗旦丙纶土工布通过200℃远红外加热5min后复合在土工排水网芯两面，其中疏水面朝外，亲水面朝内与土工网芯相接，即可获得具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网。制得的丙纶土工布复合排水网的克重为1600g/m2，纵横向抗拉强度为70kN/m，依据国标GB/T 17633-1998测试制得的丙纶土工布复合排水网的导水率(20kPa)为2×10-3m2/s。
实施例2
如图2所示，一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网由上下两层土工布1与一层三维土工网芯3复合而成，其制备方法为：
第一步：采用纺粘成网、针刺加固工艺制备高强粗旦丙纶土工布，所用聚合物为高熔融指数等规聚丙烯，其熔融指数为30g/10min，重均分子量为25W；原料组分以重量分数记，高熔融指数等规聚丙烯切片100份，抗氧剂1.5份、受阻胺类光稳定剂Tinuvin7700.3份、二苯甲酮类紫外线吸收剂C810.7份、PP降温母粒A-4903份，其中抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配制得，复配比例为6∶4；将原料均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，螺杆挤出机各段温度如下，进料区为210℃，熔融区为240℃，计量区为225℃，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出形成细流，经侧吹风冷却后，风速设定在1.5m/s，冷却风温度20℃，吹风湿度为70％，先通过机械牵伸系统进行预牵伸，牵伸倍数为20倍，此时牵伸倍数仍较低，再经气流进一步牵伸，牵伸倍数为25，牵伸压力为40kPa，牵伸速度为3200m/min，所得长丝线密度为10dtex，从牵伸系统出来的长丝经分丝和摆丝后，在网下吸风的作用下均匀吸附在成网帘上，然后经一台预针刺机进行预针刺。预针刺机配备一块上刺单针板，值针密度为5000枚/m，针刺频率为500次/min。再经三台主针刺机进行加固，第一台为上刺单针板，值针密度为5500枚/m，针刺频率为500次/min；第二台为下刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为700次/min；第三台为上刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为700次/min。最终加固后得到的高强粗旦丙纶土工布，单丝纤度为10dtex，克重为400g/m2，纵/横向断裂强度为80N·m-1/gsm。
第二步：对上述高强粗旦丙纶土工布进行单面疏水处理，采用泡沫整理法将4％浓度的有机硅类疏水剂IE-6683均匀涂覆在土工布表面进行单面整理，涂覆量为4g/m2，再经160℃烘干20min、20℃冷却成型0.5h，获得单向导水性能。依据国标GB/T 15789-2005测试制得的具有单向导水性能的高强粗旦丙纶土工布，沿疏水处理面至未处理面的垂直渗透系数为0.4cm/s，沿未处理面至处理面的垂直渗透系数为1×10-7cm/s。
第三步：提供一个三维土工排水网芯3，是以高密度聚乙烯为原料，以特殊挤压工艺制成的具有交叉排列的筋条网状结构，如图4所示，由三层筋条组成排水网芯，中间筋条6刚性大，纵向排列形成笔直的排水通道，上下两层筋条4、5交叉排列形成支撑，防止土工布嵌入排水通道，具有高空隙率和较高的抗压强度；将经过单面疏水处理的高强粗旦丙纶土工布复合在两面均涂覆有VAE粘合剂CW40-716的土工排水网芯上，其中疏水面朝外，亲水面朝内与土工网芯相接，即可获得具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网。制得的丙纶土工布复合排水网的克重为2100g/m2，纵横向抗拉强度为70kN/m，依据国标GB/T 17633-1998测试制得的丙纶土工布复合排水网的导水率(20kPa)为5×10-3m2/s。
实施例3
如图2所示，一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网由上下两层土工布1与一层三维土工网芯3复合而成，其制备方法为：
第一步：采用纺粘成网、针刺加固工艺制备高强粗旦丙纶土工布，所用聚合物为高熔融指数等规聚丙烯，其熔融指数为40g/10min，重均分子量为15W；原料组分以重量分数记，高熔融指数等规聚丙烯切片100份，抗氧剂0.5份、受阻胺类光稳定剂Tinuvin7700.7份、二苯甲酮类紫外线吸收剂C810.3份、PP降温母粒A-4903份，其中抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配制得，复配比例为5∶5；将原料均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，螺杆挤出机各段温度如下，进料区为200℃，熔融区为230℃，计量区为215℃；经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出形成细流，经侧吹风冷却，风速设定在1m/s，冷却风温度25℃，吹风湿度为70％，先通过机械牵伸系统进行预牵伸，牵伸倍数为20倍，此时牵伸倍数仍较低，再经气流进一步牵伸，牵伸倍数为20倍，牵伸压力为20kPa，牵伸速度为2500m/min，所得长丝线密度为12dtex，从牵伸系统出来的长丝经分丝和摆丝后，在网下吸风的作用下均匀吸附在成网帘上，然后经一台预针刺机进行预针刺。预针刺机配备一块上刺单针板，值针密度为4000枚/m，针刺频率为700次/min。再经三台主针刺机进行加固，第一台为上刺单针板，值针密度为5500枚/m，针刺频率为500次/min；第二台为下刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min；第三台为上刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min。最终加固后得到的高强粗旦丙纶土工布，单丝纤度为12dtex，克重为500g/m2，纵/横向断裂强度为70N·m-1/gsm。
第二步：对上述高强粗旦丙纶土工布进行单面疏水处理，采用静电喷雾法将5％浓度的六碳含氟疏水剂TG-5541均匀喷覆在土工布表面，喷覆量为5g/m2，再经100℃烘干2h，20℃冷却成型1h，获得单向导水性能。依据国标GB/T15789-2005测试制得的具有单向导水性能的高强粗旦丙纶土工布，沿疏水处理面至未处理面的垂直渗透系数为0.7cm/s，沿未处理面至处理面的垂直渗透系数为1×10-7cm/s。
第三步：提供一个三维土工排水网芯3，是以高密度聚乙烯为原料，以特殊挤压工艺制成的具有交叉排列的筋条网状结构，如图4所示，由三层筋条组成排水网芯，中间筋条6刚性大，纵向排列形成笔直的排水通道，上下两层筋条4、5交叉排列形成支撑，防止土工布嵌入排水通道，具有高空隙率和较高的抗压强度；将经过单面疏水处理的高强粗旦丙纶土工布复合在两面均涂覆有热熔胶BL-551B的土工排水网芯上，其中疏水面朝外，亲水面朝内与土工网芯相接，即可获得具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网。制得的丙纶土工布复合排水网的克重为2300g/m2，纵横向抗拉强度为70kN/m，依据国标GB/T 17633-1998测试制得的丙纶土工布复合排水网的导水率(20kPa)为6×10-3m2/s。

Claims (10)

1.一种具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：将高熔融指数等规聚丙烯切片与抗老化剂、降温母粒均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出，经侧吹风冷却后进入牵伸系统进行牵伸，从牵伸系统出来的长丝经分丝和摆丝后，在网下吸风的作用下均匀吸附在成网帘上，然后经预针刺、主针刺加固后得到丙纶土工布；
第二步：对上述丙纶土工布进行单面疏水处理，以获得单向导水性能；
第三步：提供一个二维或三维的土工网芯，将经过单面疏水处理的丙纶土工布与土工网芯复合在一起，即可获得具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网。
2.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第一步中的等规聚丙烯的熔融指数为15～50g/10min，重均分子量为15～40W。
3.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第一步中的抗老化剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、抗氧剂1098或抗氧剂168中的一种或多种的复配使用。
4.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第一步中降温母粒为A-490型PP降温母粒，加入的质量分数为1～4％。
5.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第一步中的牵伸系统包括两步牵伸，即机械牵伸+气流牵伸，所述机械牵伸为预牵伸，牵伸倍数为20～50倍，气流牵伸的牵伸倍数为10～25倍。
6.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第一步得到的丙纶土工布的单丝纤度为5～13dtex，克重为100～500g/m2，纵/横向断裂强度≥70N·m-1/gsm。
7.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第二步中的单面疏水处理是采用疏水剂对土工布进行单面整理。
8.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第二步中的整理方法为涂层法、喷洒法、静电喷雾法以及泡沫整理法中的一种或几种；所述第二步中的疏水剂类型为超支化大分子类、碳氢聚合物类、有机硅类、含氟聚合物类以及纳米颗粒类中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述第三步中的二维或三维土工网芯是以高密度聚乙烯为原料，添加炭黑作为抗老化剂，挤压形成的具有交叉排列的筋条的网状结构，交叉排列的筋条形成排水通道。
10.如权利要求1所述的具有反滤排水功能的丙纶土工布复合排水网的制备方法，其特征在于，所述的第三步中的复合方式为热熔复合或粘合剂复合，即将单面疏水处理的土工布经过远红外加热或粘合剂粘附在土工网芯两面，其中疏水面朝外，亲水面朝内与土工网芯相接。
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