CN110863301B - 一种高弹性防水土工布及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高弹性防水土工布及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高弹性防水土工布及其制备方法和应用。该高弹性防水土工布的原料组成包括第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片；所述第一聚丙烯切片选自熔点为165℃‑175℃的聚丙烯切片中的至少一种；所述第二聚丙烯切片选自熔点为125℃‑140℃的聚丙烯切片中的至少一种。本发明的土工布上下表面为膜化层，弹性恢复性能好，相比现有隔离层土工布不仅透水性能大幅降低，避免了上层积水透达基层底座和在土工布内积存，而且表摩擦系数也减小，使得III型板与基层底座的层间黏结降低，滑动性能提高，能够进一步缓冲冲击，减少冲击对基层的破坏，在高铁隔离层中使用稳定。

Description

一种高弹性防水土工布及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纺织技术领域，更具体地，涉及一种高弹性防水土工布及其制备方法和应用。
背景技术
高速铁路指运行速度250公里/小时及以上的动车组列车且初期运营速度不小于200公里/小时的客运专线铁路。高速铁路因其运行速度快、车况平稳安全已经迅速发展为我国主要的交通运输方式，截至2018年我国高铁运营里程超过2.9万公里，占全球高铁运营里程的三分之二以上，超过其他国家总和。
由于高铁行进时运行速度极快，特别是时速高于350公里/小时的高铁，其载客列车行进时对其下方的轨道冲击极大，经过长时间的冲击其钢筋混凝土底座表面脱落，经受雨水侵蚀冲刷易造成底座损坏，板底脱空，影响轨道寿命。
目前，解决高铁高冲击的办法是在CRTS III型板和钢筋混凝土底座之间设置隔离层，用来缓冲列车对路基的冲击作用，最初设计使用乳化沥青作为高铁隔离层，但是由于乳化沥青价格较高，使用量较大，不仅直接推高了高铁轨道成本，而且施工复杂，后来渐渐被土工布代替。土工布作为高铁隔离层使用有其独特的优势，孔隙率高具有优异的横向排水性，纤维之间相互交缠形成三维立体结构有优异的弹性恢复性，独立成卷施工运输方便等。但是由于土工布的空隙结构，导致水分能够通过空隙垂直导向下层底座被底座水泥混凝土吸收形成湿润的碱性环境，不仅会使底座表面受到冲击易发生翘曲变形、坑陷等影响路基稳定性，底座湿润的碱性环境同样也会腐蚀隔离层土工布影响隔离层土工布寿命。而且土工布的内部的三维空隙结构会积存一定水分，特别是在冬天等极冷环境下易因冰冻失去缓冲作用，且因昼夜温度变化反复冻融致使土工布失去效力。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高弹性防水土工布，具有耐酸碱性好、摩擦系数低、防水性能好、弹性恢复性好的优点，解决现有隔离层土工布易积水、透水的问题，提高了路基使用的稳定性和寿命。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种高弹性防水土工布，该高弹性防水土工布的原料组成包括第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片；
所述第一聚丙烯切片选自熔点为165℃-175℃的聚丙烯切片中的至少一种；所述第二聚丙烯切片选自熔点为125℃-140℃的聚丙烯切片中的至少一种；所述第一聚丙烯切片和所述第二聚丙烯切片的质量比为85-97：3-15。
根据本发明，上述第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片均可选用满足上述条件的本领域技术人员常规采用的聚丙烯切片。如所述熔点为165℃-175℃的聚丙烯切片可以选用中石化济南分公司生产的熔点为169℃的聚丙烯切片，所述熔点为125℃-140℃的聚丙烯切片可以选用巴赛尔公司生产的熔点为135℃的聚丙烯切片。
作为优选方案，所述第一聚丙烯切片和所述第二聚丙烯切片的质量比为88-92：8-12。该范围下可更好地保证最终得到的防水土工布具有更高的弹性。
作为优选方案，所述第一聚丙烯切片和所述第二聚丙烯切片的熔融指数均为15-25，以确保二者混合均匀。
本发明的第二方面提供上述的高弹性防水土工布的制备方法，该制备方法包括：
1)将第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片混合加热熔融，得到熔体；
2)将熔体进行纺丝冷却牵伸；
3)将牵伸后的丝束由摆丝机构进行摆丝铺网均匀铺至网帘上并输送至针刺机进行针刺固结处理；
4)针刺加固后，进入烘燥装置进行烘融处理并冷却；
5)将冷却后的土工布进行膜化处理，得到所述高弹性防水土工布；
所述烘融处理的步骤包括：
步骤4-1：将针刺加固后的土工布进行预热，在加热一区加热至土工布内外温度一致；
步骤4-2：在加热二区加热至土工布内外温度接近第二聚丙烯切片的熔点；
步骤4-3：在加热三区加热至第二聚丙烯切片熔化而第一聚丙烯切片不熔。
作为优选方案，步骤1)中，加热熔融的方式为螺杆挤压机加热熔融。
作为优选方案，步骤1)中，加热熔融的温度为175℃-220℃。
作为优选方案，加热一区的温度为80℃-110℃。
作为优选方案，加热二区的温度为100℃-125℃。
作为优选方案，加热三区的温度为120℃-145℃。
作为优选方案，冷却的温度为20℃-40℃。
作为优选方案，烘融处理中，加热的方式为采用天然气直接燃烧加热空气或导热油加热空气。
作为优选方案，冷却的方式为冷风冷却。
作为优选方案，进行膜化处理时，其中，膜化处理采用的膜化装置包括热熔装置和冷轧辊装置，热熔装置共有两个，分别位于土工布的上下两侧，热熔装置可以是明火直接燃烧土工布表面热熔也可以电热阻丝加热热熔，优选为电热阻丝加热，风机吹风热熔，热熔工艺热风温度为140℃-170℃，热熔时，土工布表面纤维融化。
作为优选方案，进行膜化处理时，冷轧辊装置分上下两个冷水辊，控制轧辊线压力为20-60kg/cm，轧辊中高为2mm-3mm(30Kg/cm)，控制冷水的温度为7℃-12℃。
根据本发明一个具体的实施方式，上述的高弹性防水土工布的制备方法包括：
1)将第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片于螺杆挤压机中在200℃下混合加热熔融，得到熔体；2)将熔体经熔体过滤器过滤杂质，通过熔体输送管道输送至计量泵，熔体计量后输送至纺丝箱体进行纺丝冷却牵伸；3)将牵伸后的丝束由摆丝机构进行摆丝铺网均匀铺至网帘上并输送至针刺机进行针刺固结处理；4)针刺加固后，进入烘燥装置进行烘融处理并在30℃-35℃下冷风冷却；5)将冷却后的土工布进行膜化处理；6)将经过膜化处理后产品进入储布装置和卷绕机，切去毛边、卷绕后，得到所述高弹性防水土工布，包装入库。
烘融处理的步骤包括：步骤4-1：将针刺加固后的土工布进行预热，在加热一区在100℃下加热至土工布内外温度一致；步骤4-2：在加热二区在125℃下加热至土工布内外温度接近第二聚丙烯切片的熔点；步骤4-3：在加热三区在140℃下加热至第二聚丙烯切片熔化。烘融处理中，加热的方式为采用天然气直接燃烧加热空气加热。
其中，膜化处理采用的膜化装置包括热熔装置和冷轧辊装置，热熔装置共有两个，分别位于土工布的上下两侧，热熔装置为电热阻丝加热，风机吹风热熔，热熔工艺热风温度为140℃-170℃，热熔时，土工布表面纤维融化；冷轧辊装置分上下两个冷水辊，控制轧辊线压力为20-60kg/cm，轧辊中高为2mm(30Kg/cm)，控制冷水的温度为7℃-12℃。
本发明的第三方面提供上述的高弹性防水土工布在制备高铁隔离层中的应用。
本发明的有益效果和优点在于：
本发明使用原材料有两种，常规熔点聚丙烯切片和低熔点聚丙烯切片，通过将两种切片按比例混合熔融纺丝使得制成的聚丙烯长丝针刺土工布的长丝纤维中含有两种熔点结构，将该土工布经过烘箱高温定型后使得纤维结构中熔点低的结构熔融将相邻接触的纤维粘结，这样在土工布内部结构所有相互接触的纤维之间相互粘结形成支撑，使得本发明土工布弹性恢复性能大大提高，抗冲击性能好。
本发明的土工布上下表面为膜化层，弹性恢复性能好，相比现有隔离层土工布不仅透水性能大幅降低，避免了上层积水透达基层底座和在土工布内积存，而且表摩擦系数也减小，使得III型板与基层底座的层间黏结降低，滑动性能提高，能够进一步缓冲冲击，减少冲击对基层的破坏，在高铁隔离层中使用稳定。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高弹性防水土工布结构示意图。
附图标记说明：1-膜化层、2-隔离层。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
本实施例提供一种高弹性防水土工布及其制备方法。
1)将第一聚丙烯切片(购自中石化济南分公司、熔点为169℃、熔融指数为22.5)和第二聚丙烯切片(购自巴赛尔公司、熔点为135℃、熔融指数为22.5)于螺杆挤压机中在200℃下混合加热熔融，得到熔体，其中，第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片的质量比为90：10；
2)将熔体经熔体过滤器过滤杂质，通过熔体输送管道输送至计量泵，熔体计量后输送至纺丝箱体进行纺丝冷却牵伸；
3)将牵伸后的丝束由摆丝机构进行摆丝铺网均匀铺至网帘上并输送至针刺机进行针刺固结处理；
4)针刺加固后，进入烘燥装置进行烘融处理并在30℃-35℃下冷风冷却；烘融处理的步骤包括：将针刺加固后的土工布进行预热，在100℃下加热至土工布内外温度一致；步骤4-2：在125℃下加热至土工布内外温度接近第二聚丙烯切片的熔点；步骤4-3：在140℃下加热至第二聚丙烯切片熔化。烘融处理中，加热的方式为采用天然气直接燃烧加热空气加热。
5)将冷却后的土工布进行膜化处理，膜化处理采用的膜化装置包括热熔装置和冷轧辊装置，热熔装置共有两个，分别位于土工布的上下两侧，热熔装置为电热阻丝加热，风机吹风热熔，热熔工艺热风温度为140℃-170℃，热熔时，土工布表面纤维融化；冷轧辊装置分上下两个冷水辊，控制轧辊线压力为20-60kg/cm，轧辊中高为2mm(30Kg/cm)，控制冷水的温度为7℃-12℃；
6)将经过膜化处理后产品进入储布装置和卷绕机，切去毛边、卷绕后，得到所述高弹性防水土工布。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高弹性防水土工布结构示意图。如图1所示，高弹性防水土工布的中间部分为隔离层2，即土工布，将其进行膜化处理后得到了位于隔离层2上下表面的膜化层1。
测试例
将实施例1的高弹性防水土工布与某普通聚丙烯长丝隔离层土工布及某普通丙纶短纤隔离层土工布进行性能测试，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002273564100000071
与普通隔离层土工布相比，通过技术参数对比可以发现，本发明的隔离层土工布在相同克重规格下，抗拉强度和弹性恢复性能最好，透水性最小，明显优于其它两种隔离层土工布产品。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种高弹性防水土工布，其特征在于，该高弹性防水土工布的原料组成包括第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片；
所述第一聚丙烯切片选自熔点为165℃-175℃的聚丙烯切片中的至少一种；所述第二聚丙烯切片选自熔点为125℃-140℃的聚丙烯切片中的至少一种；所述第一聚丙烯切片和所述第二聚丙烯切片的质量比为85-97：3-15；
该高弹性防水土工布的制备方法包括：
1）将第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片混合加热熔融，得到熔体；
2）将熔体进行纺丝冷却牵伸；
3）将牵伸后的丝束由摆丝机构进行摆丝铺网均匀铺至网帘上并输送至针刺机进行针刺固结处理；
4）针刺加固后，进入烘燥装置进行烘融处理并冷却；
5）将冷却后的土工布进行膜化处理，得到所述高弹性防水土工布；
所述烘融处理的步骤包括：
步骤4-1：将针刺加固后的土工布进行预热，在加热一区加热至土工布内外温度一致；
步骤4-2：在加热二区加热至土工布内外温度接近第二聚丙烯切片的熔点；
步骤4-3：在加热三区加热至第二聚丙烯切片熔化而第一聚丙烯切片不熔；
膜化处理采用膜化装置，膜化装置包括热熔装置和冷轧辊装置，热熔装置共有两个，分别位于土工布的上下两侧，热熔装置为电热阻丝加热，风机吹风热熔，冷轧辊装置分上下两个冷水辊。
2.根据权利要求1所述的高弹性防水土工布，其中，所述第一聚丙烯切片和所述第二聚丙烯切片的质量比为88-92：8-12。
3.根据权利要求1所述的高弹性防水土工布，其中，所述第一聚丙烯切片和所述第二聚丙烯切片的熔融指数均为15-25。
4.权利要求1-3中任意一项所述的高弹性防水土工布的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
1）将第一聚丙烯切片和第二聚丙烯切片混合加热熔融，得到熔体；
2）将熔体进行纺丝冷却牵伸；
3）将牵伸后的丝束由摆丝机构进行摆丝铺网均匀铺至网帘上并输送至针刺机进行针刺固结处理；
4）针刺加固后，进入烘燥装置进行烘融处理并冷却；
5）将冷却后的土工布进行膜化处理，得到所述高弹性防水土工布；
所述烘融处理的步骤包括：
步骤4-1：将针刺加固后的土工布进行预热，在加热一区加热至土工布内外温度一致；
步骤4-2：在加热二区加热至土工布内外温度接近第二聚丙烯切片的熔点；
步骤4-3：在加热三区加热至第二聚丙烯切片熔化而第一聚丙烯切片不熔。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，步骤1）中，
加热熔融的方式为螺杆挤压机加热熔融；
加热熔融的温度为175℃-220℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其中，
加热一区的温度为80℃-110℃；
加热二区的温度为100℃-125℃；
加热三区的温度为120℃-145℃；
冷却的温度为20℃-40℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其中，
烘融处理中，加热的方式为采用天然气直接燃烧加热空气或导热油加热空气；
冷却的方式为冷风冷却。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其中，进行膜化处理时，控制热熔时热风的温度为140℃-170℃。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其中，进行膜化处理时，控制轧辊线压力为20-60kg/cm，轧辊中高为2mm-3mm，冷水的温度为7℃-12℃。
10.权利要求1-3中任意一项所述的高弹性防水土工布在制备高铁隔离层中的应用。
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