CN107630287B - 一种高强度非织造土工布 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度非织造土工布，属于纺织品领域。按重量份数计依次取：30～40份改性碳纤维（长度为60～80mm），40～50份改性聚丙烯腈纤维（长度为70～90mm），将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧高锰酸钾溶液后，洗涤，烘干，即得高强度非织造土工布。本发明制备的土工布具有较高的力学强度及较好的渗透性能。
Description
技术领域
本发明公开了一种高强度非织造土工布，属于纺织品领域。
背景技术
长丝纺黏针刺非织造土工布被广泛应用于基础设施建设领域，如水利工程堤坝、护坡、渠道、公路、铁路、机场跑道、土坡、挡土墙、路面、港口工程、海滩围堤、海港码头等。过滤和排水是土工布的主要功能之一，在应用中要求土工布既能阻止颗粒物随水流流失，同时还要具有一定的透水性，因此，土工布的孔径大小和渗透系数是评价土工布的重要指标。
非织造土工布独特的三维纤维网结构使其具有良好的过滤性和透水性，因此广泛地应用于需要过滤、排水功能的土木建筑工程中。在实际应用中需根据具体情况来选择合适的非织造土工布结构，对于过滤或排水系统则需着重考虑透水性和保砂性两个方面。透水性一般用土工布的垂直渗透系数或透水率表示，垂直渗透性能是指垂直于土工布表面的渗透特性，当水流方向垂直于土工布平面时，以垂直渗透系数表示。非织造土工布具有三维网状结构，微孔细密且其孔径弯曲多变，因此具有良好的渗透性，其垂直渗透性能与孔径分布、透气性等物理性能有关；保砂性则与被保护土粒径及土工布孔径的相对大小有关。
除此之外，刺破现象普遍存在于工业建筑、纺织服装等领域，例如土工布被石子刺破，工业石油管道被尖锐物体刺破。当前，随着经济的快速发展，各种工程的修复以及新的巨大工程建设都增加了对土工布的需求，也对土工布的性能提出更高的要求。非织造土工布因其具有生产流程短，效率高的特点，在建筑行业受到重视。相关研究人员也对非织造土工布的刺破现象进行了一系列的研究工作，力求改善刺破现象，但取得的效果却不尽人意。
因此，为拓宽非织造土工布的应用领域，对其力学性能和渗透性能有更高的要求，需要进一步改善得以提高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统非织造土工布力学性能和渗透性不佳的问题，提供了一种高强度非织造土工布。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高强度非织造土工布，是由以下重量份数的原料组成：30～40份改性碳纤维（长度为60～80mm），40～50份改性聚丙烯腈纤维（长度为70～90mm）；
所述改性碳纤维的制备方法为：
将碳纤维与硝酸溶液按质量比1：5～1：8混合，搅拌反应，过滤，洗涤，得氧化碳纤维，将氧化碳纤维与活化大豆纤维按质量比10：1～12：1混合，并加入氧化碳纤维质量0.8～1.0倍的高锰酸钾溶液，搅拌反应后，过滤，洗涤，干燥，切割，得改性碳纤维；
所述改性聚丙烯腈纤维的制备方法为：
将聚丙烯腈纤维与氢氧化钠溶液按质量比1：3～1：5混合，搅拌反应后，过滤，洗涤，得碱化聚丙烯腈纤维，将碱化聚丙烯腈纤维与活性竹纤维按质量比8：1～10：1混合，并加入聚丙烯腈纤维质量0.3～0.5倍的催化剂，搅拌反应后，过滤，洗涤，干燥，切割，得改性聚丙烯腈纤维；
所述高强度非织造土工布的制备方法为：
将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧高锰酸钾溶液后，洗涤，烘干，即得高强度非织造土工布。
所述活化大豆纤维的制备方法为：将大豆纤维与水按质量比1：10～1：12混合，加入大豆纤维0.1～0.2的沼液，恒温发酵，过滤，得活化大豆纤维。
所述活性竹纤维的制备方法为：将竹纤维与水按质量比1：8～1：10混合，并加入竹纤维质量0.08～0.10倍的纤维素酶，恒温搅拌反应后，过滤，洗涤，得活性竹纤维。
所述催化剂为质量分数为30～40%的高锰酸钾溶液或质量分数为65～85%的硫酸溶液中任意一种。
本发明的有益效果是：
本发明在制备高强度非织造土工布时使用改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维，首先碳纤维和聚丙烯腈纤维在经过改性后，纤维表面活性提高，表面出现许多凹坑，并且碳纤维再经改性后表面接枝了大豆纤维，聚丙烯腈纤维再经改性后表面接枝了竹纤维，从而使改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维再经针刺处理后，改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维之间可以产生机械咬合或缠绕，从而使纤维间结合的更加牢固，使产品的力学强度得到提高，其次由于大豆纤维和聚丙烯腈纤维上任存在未反应的活性基团，再经后处理后，大豆纤维可与聚丙烯腈纤维发生反应而结合，从而使改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维之间结合的更加牢固，使产品力学强度进一步提高，再者由于力学强度的提高，可以使本发明制备的非织造土工布可以在较少纤维用量的情况下，达到普通纤维在较多用量时土工布的力学强度，从而在一定程度上降低产品中纤维的密度，使产品的渗透性能得到提高。
附图说明
图1 非织造土工布力学性能与渗透性能检测对比结果。
具体实施方式
将碳纤维与质量份数为55～65%的硝酸溶液按质量比1：5～1：8混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为55～65℃，转速为250～320r/min的条件下，恒温搅拌反应3～5h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3～5次，得氧化碳纤维，将氧化碳纤维与活化大豆纤维按质量比10：1～12：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氧化碳纤维质量0.8～1.0倍质量分数35～45%的高锰酸钾溶液，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为40～50℃，转速为300～320r/min的条件下，恒温搅拌反应120～150min，过滤，得滤渣，即得混合碳纤维，将混合碳纤维用去离子水洗涤3～5次后，移入干燥箱，于温度为80～100℃的条件下，恒温干燥45～60min后，切割至长度为60～80mm，得改性碳纤维；将聚丙烯腈纤维与质量分数30～45%的氢氧化钠溶液按质量比1：3～1：5混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为55～65℃，转速为260～300r/min的条件下，恒温搅拌反应2～3h，过滤，得碱化聚丙烯腈纤维滤饼，将碱化聚丙烯腈纤维滤饼与活性竹纤维按质量比8：1～10：1混合于广口烧瓶中，并向广口烧瓶中加入聚丙烯腈纤维质量0.3～0.5倍的催化剂，将广口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为45～60℃，转速为280～310r/min的条件下，恒温搅拌反应120～150min，过滤，得混合聚丙烯腈纤维滤饼，将混合聚丙烯腈纤维滤饼用去离子水洗涤2～3次后，移入干燥箱，于温度为80～90℃的条件下，干燥40～50min后，切割至长度为70～90mm，得改性聚丙烯腈纤维；按重量份数计，依次取30～40份改性碳纤维（长度为60～80mm），40～50份改性聚丙烯腈纤维（长度为70～90mm），将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧质量分数为35～45%的高锰酸钾溶液后，用水洗涤1～2min，得水洗土工布，将水洗土工布移入干燥箱，于温度为80～90℃的条件下干燥30～45min，即得高强度非织造土工布。所述活化大豆纤维的制备方法为：将大豆纤维与水按质量比1：10～1：12混合，加入大豆纤维0.1～0.2的沼液，于室温条件下恒温发酵，过滤，即得活化大豆纤维。所述活性竹纤维的制备方法为：将竹纤维与水按质量比1：8～1：10混合，并加入竹纤维质量0.08～0.10倍的纤维素酶，恒温搅拌反应后，过滤，洗涤，得活性竹纤维。所述催化剂为质量分数为30～40%的高锰酸钾溶液或质量分数为65～85%的硫酸溶液中任意一种。
实例1
将碳纤维与质量份数为65%的硝酸溶液按质量比1：8混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为320r/min的条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤5次，得氧化碳纤维，将氧化碳纤维与活化大豆纤维按质量比12：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氧化碳纤维质量1.0倍质量分数45%的高锰酸钾溶液，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为320r/min的条件下，恒温搅拌反应150min，过滤，得滤渣，即得混合碳纤维，将混合碳纤维用去离子水洗涤5次后，移入干燥箱，于温度为100℃的条件下，恒温干燥60min后，切割至长度为80mm，得改性碳纤维；将聚丙烯腈纤维与质量分数45%的氢氧化钠溶液按质量比1：5混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，恒温搅拌反应3h，过滤，得碱化聚丙烯腈纤维滤饼，将碱化聚丙烯腈纤维滤饼与活性竹纤维按质量比10：1混合于广口烧瓶中，并向广口烧瓶中加入聚丙烯腈纤维质量0.5倍的催化剂，将广口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为310r/min的条件下，恒温搅拌反应150min，过滤，得混合聚丙烯腈纤维滤饼，将混合聚丙烯腈纤维滤饼用去离子水洗涤3次后，移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，干燥50min后，切割至长度为90mm，得改性聚丙烯腈纤维；按重量份数计，依次取40份改性碳纤维（长度为80mm），50份改性聚丙烯腈纤维（长度为90mm），将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧质量分数为45%的高锰酸钾溶液后，用水洗涤2min，得水洗土工布，将水洗土工布移入干燥箱，于温度为90℃的条件下干燥45min，即得高强度非织造土工布。所述活化大豆纤维的制备方法为：将大豆纤维与水按质量比1：12混合，加入大豆纤维0.2的沼液，于室温条件下恒温发酵，过滤，即得活化大豆纤维。所述活性竹纤维的制备方法为：将竹纤维与水按质量比1：10混合，并加入竹纤维质量0.10倍的纤维素酶，恒温搅拌反应后，过滤，洗涤，得活性竹纤维。所述催化剂为质量分数为85%的硫酸溶液中任意一种。
实例2
将碳纤维与质量份数为65%的硝酸溶液按质量比1：8混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为320r/min的条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤5次，得氧化碳纤维，将氧化碳纤维与活化大豆纤维按质量比12：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氧化碳纤维质量1.0倍质量分数45%的高锰酸钾溶液，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为320r/min的条件下，恒温搅拌反应150min，过滤，得滤渣，即得混合碳纤维，将混合碳纤维用去离子水洗涤5次后，移入干燥箱，于温度为100℃的条件下，恒温干燥60min后，切割至长度为80mm，得改性碳纤维；将聚丙烯腈纤维与质量分数45%的氢氧化钠溶液按质量比1：5混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，恒温搅拌反应3h，过滤，得碱化聚丙烯腈纤维滤饼，将碱化聚丙烯腈纤维滤饼与活性竹纤维按质量比10：1混合于广口烧瓶中，并向广口烧瓶中加入聚丙烯腈纤维质量0.5倍的催化剂，将广口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为310r/min的条件下，恒温搅拌反应150min，过滤，得混合聚丙烯腈纤维滤饼，将混合聚丙烯腈纤维滤饼用去离子水洗涤3次后，移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，干燥50min后，切割至长度为90mm，得改性聚丙烯腈纤维；按重量份数计，依次取40份改性碳纤维（长度为80mm），50份改性聚丙烯腈纤维（长度为90mm），将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，即得高强度非织造土工布。所述活化大豆纤维的制备方法为：将大豆纤维与水按质量比1：12混合，加入大豆纤维0.2的沼液，于室温条件下恒温发酵，过滤，即得活化大豆纤维。所述活性竹纤维的制备方法为：将竹纤维与水按质量比1：10混合，并加入竹纤维质量0.10倍的纤维素酶，恒温搅拌反应后，过滤，洗涤，得活性竹纤维。所述催化剂为质量分数为85%的硫酸溶液中任意一种。
实例3
将碳纤维与质量份数为65%的硝酸溶液按质量比1：8混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为320r/min的条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤5次，得氧化碳纤维，得改性碳纤维；将聚丙烯腈纤维与质量分数45%的氢氧化钠溶液按质量比1：5混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，恒温搅拌反应3h，过滤，得碱化聚丙烯腈纤维滤饼，将碱化聚丙烯腈纤维滤饼与活性竹纤维按质量比10：1混合于广口烧瓶中，并向广口烧瓶中加入聚丙烯腈纤维质量0.5倍的催化剂，将广口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为310r/min的条件下，恒温搅拌反应150min，过滤，得混合聚丙烯腈纤维滤饼，将混合聚丙烯腈纤维滤饼用去离子水洗涤3次后，移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，干燥50min后，切割至长度为90mm，得改性聚丙烯腈纤维；按重量份数计，依次取40份改性碳纤维（长度为80mm），50份改性聚丙烯腈纤维（长度为90mm），将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧质量分数为45%的高锰酸钾溶液后，用水洗涤2min，得水洗土工布，将水洗土工布移入干燥箱，于温度为90℃的条件下干燥45min，即得高强度非织造土工布。所述活性竹纤维的制备方法为：将竹纤维与水按质量比1：10混合，并加入竹纤维质量0.10倍的纤维素酶，恒温搅拌反应后，过滤，洗涤，得活性竹纤维。所述催化剂为质量分数为85%的硫酸溶液中任意一种。
实例4
将碳纤维与质量份数为65%的硝酸溶液按质量比1：8混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为320r/min的条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤5次，得氧化碳纤维，将氧化碳纤维与活化大豆纤维按质量比12：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入氧化碳纤维质量1.0倍质量分数45%的高锰酸钾溶液，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为320r/min的条件下，恒温搅拌反应150min，过滤，得滤渣，即得混合碳纤维，将混合碳纤维用去离子水洗涤5次后，移入干燥箱，于温度为100℃的条件下，恒温干燥60min后，切割至长度为80mm，得改性碳纤维；将聚丙烯腈纤维与质量分数45%的氢氧化钠溶液按质量比1：5混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，恒温搅拌反应3h，过滤，得碱化聚丙烯腈纤维滤饼，得混合聚丙烯腈纤维滤饼，将混合聚丙烯腈纤维滤饼用去离子水洗涤3次后，移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，干燥50min后，切割至长度为90mm，得改性聚丙烯腈纤维；按重量份数计，依次取40份改性碳纤维（长度为80mm），50份改性聚丙烯腈纤维（长度为90mm），将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧质量分数为45%的高锰酸钾溶液后，用水洗涤2min，得水洗土工布，将水洗土工布移入干燥箱，于温度为90℃的条件下干燥45min，即得高强度非织造土工布。所述活化大豆纤维的制备方法为：将大豆纤维与水按质量比1：12混合，加入大豆纤维0.2的沼液，于室温条件下恒温发酵，过滤，即得活化大豆纤维。所述催化剂为质量分数为85%的硫酸溶液中任意一种。
对比例：无锡市某非织造布厂生产的非织造土工布。
将实例1至4所得的高强度非织造土工布及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能：按照GB/T14800进行检测，分别检测试件顶破力；
2.渗透性：按照GB/T15789对试件垂直渗透系数进行检测，由式（1）计算得到：
K=v/i=v·d/H （1）
式中：K为垂直渗透系数，mm/s；v为垂直于土工布平面的水流速度，mm/s；i为样品两侧水力梯度；d为样品厚度，mm；H为样品两侧的水头差，mm。
具体检测结果见附图说明，由附图说明图1检测结果可知，本发明技术方案制备的高强度非织造土工布在提高其力学强度的同时，其渗透性也大大改善，促进其在纺织品领域及多领域应用。
Claims (4)
1.一种高强度非织造土工布，其特征在：是由以下重量份数的原料组成：30～40份长度为60～80mm改性碳纤维，40～50份长度为70～90mm改性聚丙烯腈纤维；
所述改性碳纤维的制备方法为：
将碳纤维与硝酸溶液按质量比1：5～1：8混合，搅拌反应，过滤，洗涤，得氧化碳纤维，将氧化碳纤维与活化大豆纤维按质量比10：1～12：1混合，并加入氧化碳纤维质量0.8～1.0倍的高锰酸钾溶液，搅拌反应后，过滤，洗涤，干燥，切割，得改性碳纤维；
所述改性聚丙烯腈纤维的制备方法为：
将聚丙烯腈纤维与氢氧化钠溶液按质量比1：3～1：5混合，搅拌反应后，过滤，洗涤，得碱化聚丙烯腈纤维，将碱化聚丙烯腈纤维与活性竹纤维按质量比8：1～10：1混合，并加入聚丙烯腈纤维质量0.3～0.5倍的催化剂，搅拌反应后，过滤，洗涤，干燥，切割，得改性聚丙烯腈纤维；
所述高强度非织造土工布的制备方法为：
将改性碳纤维和改性聚丙烯腈纤维混合开松，得混合纤维，将混合纤维移入铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧高锰酸钾溶液后，洗涤，烘干，即得高强度非织造土工布。
2.根据权利要求1所述的一种高强度非织造土工布，其特征在于：所述活化大豆纤维的制备方法为：将大豆纤维与水按质量比1：10～1：12混合，加入大豆纤维0.1～0.2的沼液，恒温发酵，过滤，得活化大豆纤维。
3.根据权利要求1所述的一种高强度非织造土工布，其特征在于：所述活性竹纤维的制备方法为：将竹纤维与水按质量比1：8～1：10混合，并加入竹纤维质量0.08～0.10倍的纤维素酶，恒温搅拌反应后，过滤，洗涤，得活性竹纤维。
4.根据权利要求1所述的一种高强度非织造土工布，其特征在于：所述催化剂为质量分数为30～40%的高锰酸钾溶液或质量分数为65～85%的硫酸溶液中任意一种。
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