CN112352070A - 横切面排水织物 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种抗毛细屏障土工布，其在其结构中包括芯吸纱并且其穿透时体积水含量小于0.30，如通过TenCate测试所确定的。一方面，抗毛细屏障土工布是单层织造土工布且包括芯吸纱组和任选的第一非芯吸纱，所述第一非芯吸纱设置在土工布的一个轴上，和第二非芯吸纱，其设置在土工布的另一个轴上并且使芯吸纱组和任选的第一非芯吸纱交织。

Description

横切面排水织物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月5日提交的美国临时专利申请号62/680,774的权益，通过整体引用将其并入本文。
技术领域
本发明一般涉及土工合成材料织物。更具体地说，本发明涉及提供穿过不饱和土壤横切面排水的织造和非织造织物。
背景技术
土工布，也称为土工合成材料织物，广泛用于土木工程系统中以提供分离、增强、过滤、排水、渗透屏障、保护和侵蚀控制的益处。典型的土木结构应用包括废物封存设施、人行道和挡土结构，仅举几例。土木结构下面的水分积聚会使其基底不稳定并引起各种问题。
土工布可用于分隔粒度分布不同的两层土壤。例如，土工布被用于道路建设中，以防止基底砾石穿透土壤路基，以保持道路基底的设计厚度。另外，土工布的过滤功能允许水分在可排水的砾石基底和土壤路基之间流动，而没有会限制其排水能力的向砾石的较大孔中的细粒运移。
横切面流对应于在垂直于其平面的方向上通过土工合成材料织物的流，其被确定为织物的介电常数。通常，常规的土工合成材料织物仅在饱和条件下排出土壤中的水分。在饱和条件下，水分到达土工合成材料织物的平面，穿透织物，然后流过织物的平面并保持基底稳定。然而，在不饱和条件下，毛细屏障在水力传导性相反的材料之间的界面处(例如，土工合成材料织物被细粒土壤覆盖)形成并引起不希望的水分积聚。因此，毛细屏障防止水分渗透通过土工合成材料，并破坏土工布的一些益处。
土工布的平均开孔尺寸(AOS)与粗粒土壤的AOS相似。当两种具有不同水力传导率的不饱和多孔材料相互接触时，例如细粒土壤覆盖在土工布上，形成毛细屏障，从而增加了覆盖土壤的水分存储。水分积累将在细粒土壤中继续，直到产生足够的能量，以使细粒土壤的水力传导率超过土工布的水力传导率，从而引起穿透并最终允许流入土工布的开口中。然而，水分存储不会增加到超过土壤的饱和水含量。此过量水分降低土壤强度和土壤/土工织物界面处的稳定性。
因此，需要能够在不饱和土壤条件下提供横切面排水的土工合成材料织物。此外，需要抵抗在不饱和土壤中毛细屏障形成并促进水分渗透到织物和下面的土壤中的土工合成材料织物。本发明就是为了解决这些和其他需求。
发明内容
本文公开了一种抗毛细屏障土工布，其包含芯吸纱并且其穿透时体积水含量小于0.30，如通过TenCate测试所确定的。在另一方面，所述抗毛细屏障土工布包括芯吸纱，并且具有小于0.3的水含量和小于490mL的流量增量，如通过TenCate测试所确定的。
抗毛细屏障土工布包括单层织造土工布和复合土工布。单层织造土工布包括芯吸纱组和任选的第一非芯吸纱，所述第一非芯吸纱设置在土工布的一个轴上，和第二非芯吸纱，其设置在土工布的另一个轴上并且使芯吸纱组和任选的第一非芯吸纱交织；芯吸纱组包括一根或多根芯吸纱。本文所述的根据本发明的单层织造ECPD土工布的非限制性实例在织造图案中采用了芯吸纱组和在土工布的一个轴上的第一非芯吸纱的重复设置。在另一方面，重复的织造图案包括芯吸纱组、第一非芯吸纱和芯吸纱组。单层织造土工布的总表面积为约10至约50cm2/g。此外，单层织造土工布的渗透率为约0.05至约0.15cm/s。单层织造土工布的芯吸纱具有约0.5至约25osy的重量。术语“osy”是指盎司/平方码。在另一方面，单层织造土工布每线性英寸包括5至50根芯吸纱。
芯吸纱在约500与约2500旦尼尔之间。芯吸纱的非限制性实例包括芯吸单丝束。芯吸单丝可以是但不限于多通道、三叶形、枕形或其任何组合。
附图说明
当理解本发明的以下详细描述时，将会更好地理解本发明，并且上述目的以及除上述目的之外的目的将变得显而易见。为了更全面地理解本公开和其中描述的发明，应当参考结合附图进行的以上和以下详细描述。当参考附图时，相似附图标记在几幅图中全部表示相应的部分。这样的描述参考了附图，其中：
图1是本发明中采用的芯吸纤维横截面的示意图；
图2是根据本发明的复合ECPD土工布的示意图；
图3是具有第一和第二芯吸层的复合ECPD土工布的示意图；
图4是簇绒复合ECPD土工布的示意图；
图5是具有割断起毛线圈的簇绒复合ECPD土工布的示意图；
图6是根据本发明的采用ECPD土工布的不饱和土壤排水系统；
图7是示出在基底层和膨胀粘土路基的界面处的ECPD土工布的示意图；
图8是示出了提供侧向排水、分离和路基稳定化的ECPD土工布的示意图；
图9是示出GT1的体积水含量相对于流入量的图；
图10是示出GT4的体积水含量相对于流入量的图；
图11是示出GT5的体积水含量相对于流入量的图；
图12是示出GT8的体积水含量相对于流入量的图；
图13是示出GT14的体积水含量相对于流入量的图；
图14是示出GT11的体积水含量相对于流入量的图；
图15是示出GT13的体积水含量相对于流入量的图；
图16是示出GT21的体积水含量相对于流入量的图；
图17是示出GT20的体积水含量相对于流入量的图；
图18是示出GT25和GT26的体积水含量相对于流入量的图；
图19是示出GT27和GT28的体积水含量相对于流入量的图；
图20是示出GT2018-1的体积水含量相对于流入量的图；
图21是示出GT2018-2的体积水含量相对于流入量的图；
图22是示出GT2018-3的体积水含量相对于流入量的图；
图23是示出GT2018-4的体积水含量相对于流入量的图；
图24是示出GT2018-5的体积水含量相对于流入量的图；
图25是示出GT2018-6的体积水含量相对于流入量的图；
图26是示出GT8的体积水含量相对于流入量的图；
图27是示出GT5的体积水含量相对于流入量的图；且
图28是示出GT2的体积水含量相对于流入量的图。
具体实施方式
土工布，特别是当用于土木建筑，例如道路、堤防、墙壁等中时，提供具有不同粒度分布的两层土壤之间的隔离。例如，土工布防止基底砾石穿透土壤路基，以保持道路基底的设计厚度。类似地，土工布的过滤功能将允许在可排水的砾石基底和土壤路基之间的充分的水流，而没有会限制其排水能力的向砾石的较大孔中的细粒运移。而且，土工布可通过防止砾石刺穿用作水分屏障的土工膜而充当保护层。
尽管土工布是柔性的，但当织物处于承受拉力状态时，包含它们的聚合物会变硬。土工布的抗拉强度通过增加其刚度而增加了土壤结构的加固益处。例如，人行道的土工布加固通过延迟裂纹向道路表面的传播来显著延长其设计寿命。这样的裂纹使水进入人行道，从而引发劣化过程。
土工布因其排水能力而被利用，它为在饱和土壤中平行于土工布平面的水流提供路径。例如，这种排水功能用于消散路堤基底处的孔隙水压力或用作人行道的路肩排水。
在土木建筑的设计阶段，通常假定一旦水到达土工布，水就会渗透到织物中并从土壤中除去。然而，在存在非饱和土壤的情况下，毛细屏障可能形成，以阻止排水，导致界面处聚集水。此过量水降低土壤强度和土壤/土工织物界面处的稳定性。不饱和条件普遍存在于人行道系统和各种其他土木建筑中。
在不饱和条件下，当两种具有不同水力传导率的不饱和多孔材料相互接触时(例如，细粒土壤覆盖在粗粒土壤上)，可形成毛细屏障，以限制水流。由于土工布相对大的开孔尺寸，土工布的作用类似于粗粒土壤。毛细屏障通过在两种材料的界面处形成临时屏障来增加覆盖土壤的水储量。由于细粒土壤的小孔与粗粒土壤的大孔之间的水力传导率的差异而形成毛细屏障。此差异限制了小孔中的水进入大孔。直到细粒土壤中的吸力降低到相邻两种土壤的水力传导率相同的程度，水的积累将在细粒土壤中继续。当吸力下降到足以使水进入较大的孔(称为穿透吸力或穿透)时，水的聚集将被停止，水流将进入粗粒土壤。
织造织物通常具有两个主要方向，一个是经向，另一个是纬向。纬向也称为填充向。经向是织物的长度方向或加工方向。填充方向或纬向是指从边缘到边缘横穿织物的方向，或者横贯织机宽度的方向。因此，经向和填充方向通常彼此垂直。在每个方向上延伸的纱、线股、单丝、膜和狭长条带的组分别称为经纱和纬纱。
织造织物可以生产为具有变化密度。这通常用各方向上，经向和填充方向上的每英寸末端数来限定。该值越高，每英寸末端数越多，因此织物密度越大或越高。
术语“梭口”源自上、下经纱之间的暂时分离，在织造过程中通过该暂时分离而编织纬纱。梭口使纬纱交织到经纱中，形成织造织物。通过将一些经纱与其他经纱分开，梭子、抛射体等可以带着纬纱通过梭口，例如垂直于经纱。如在编织中已知的，在纬纱每次通过之后，升高的经纱和降低的经纱分别成为降低的经纱和升高的经纱。在编织过程中，梭口升起；梭子将纬纱运送通过梭口；梭口关闭；将纬纱压入到位，称为布的织口。因此，如本文关于织造织物所使用的，术语“梭口”是指由经纱撑托的各自填充组。
织物构造的织造图案是经纱与纬纱交织的图案。织造织物的特征在于这些纱的交织。例如，平纹组织的特征在于重复的图案，其中每根经纱在一根纬纱上方编织，然后在下一根纬纱下方编织。
平纹多纬编织的特点是重复图案，其中将一根或多根经纱的经纱组在两根或多根纬纱的一个纬纱组上方编织，然后在下一个纬纱组下方编织。换句话说，平纹多纬编织包括每个梭口具有两根或更多根纬纱的纬纱组。例如，六纬编织的特点是重复图案，其中将一根或多根经纱的经纱组在六根纬纱的一个纬纱组上方编织，然后在下一个纬纱组下方编织。也就是说，平纹六纬编织包括每个梭口具有六根纬纱的纬纱组。如本文所使用的，1/2平纹编织的特征在于重复的图案，其中每根经纱在两根纬纱的一个纬纱组上方编织，然后在下一个两纱纬纱组下方编织。1/3、1/4和1/5平纹编织特征分别在于重复的图案，其中每根经纱在三、四或五根纬纱的一个纬纱组上方编织，然后在相同数目纱的下一个纬纱组下方编织。如本文所使用的，1/6平纹编织的特征在于重复的图案，其中每根经纱在一个纬纱组上方编织，然后在下一个纬纱组下方编织。1/6平纹组织在美国专利第9,404,233号中进行了描述，该专利通过整体引用并入本文。
与平纹编织和平纹多纬编织相比，斜纹编织在给定区域具有较少的交错。斜纹是编织的基本类型，并且有多种不同的斜纹编织。斜纹编织由单根经纱在其上方然后在其下方编织的纬纱的数目来命名。例如，在2/2斜纹编织中，单根经纱端部在两根纬纱上方编织，然后在两根纬纱下方编织。在3/1斜纹编织中，单根经纱端部在三根纬纱上方编织，然后在一根纬纱下方编织。对于由相同类型和尺寸的纱，用相同的线程或单丝密度所构造的织物，斜纹编织的单位面积的交错少于相应的平纹编织织物。因此，斜纹编织不是平纹多纬编织。
也与平纹编织和平纹多纬编织相比，缎纹编织在给定区域具有较少的交错。它是编织的另一种基本类型，可以由其产生各种各样的变化。缎纹编织通过编织图案重复的末端数量来命名。例如，五线束缎纹编织在五个末端重复，且单根经纱浮动在四根纬纱上方，且在一根纬纱下方。八线束缎纹编织在八个末端重复，且单根经纱浮动在七根纬纱上方，且在一个纬纱下方通过。对于由具有相同纱密度的相同类型的纱构造的织物，缎纹编织的交错少于相应的平纹或斜纹编织织物。
用于制造包括土工布织物的织物的方法在本领域中是众所周知的。因此，可以在适合于生产织造土工布织物的任何常规纺织品处理设备上进行所采用的编织过程。
本文描述的是一种抗毛细屏障的土工布，在本文中通常也被称为增强横切面排水(ECPD)土工布。ECPD土工布有助于水分渗透，从而增强横切面排水，并基本上防止了土壤/土工布界面处非饱和土壤中毛细屏障的形成。抗毛细屏障土工布不引起或基本上最小化由于横切面流动导致的来自毛细屏障的水分积累。ECPD土工布包括芯吸纱。术语“芯吸纱”包括芯吸纤维、芯吸单丝、芯吸单丝束或其任何组合。此外，如根据TenCate测试所确定的，ECPD土工布的穿透时体积水含量小于0.30。或者，如根据TenCate测试所确定的，ECPD土工布的穿透时体积水含量小于0.30，且流量增量小于490mL。TenCate测试在下面的实施例1中进行了描述和定义。
ECPD土工布包括单层织造土工布和复合土工布，两者均包括芯吸纱。一方面，ECPD土工布的穿透时体积水含量小于0.30。在另一方面，ECPD土工布的流量增量也小于490mL。当在本说明书、附图和权利要求书中参考穿透时体积水含量或流量增量时，两个参数均根据TenCate测试确定。TenCate测试在下面的实施例1中进行了描述和定义。ECPD土工布的构造中使用了芯吸纱。芯吸纱促进排水，否则所述水将被存储在相邻的不饱和土壤体中。这样的土工布可以提供土壤稳定化、抗毛细屏障的形成，并且促进水从土壤渗透到土工布中以提供横切面排水。
单层织造ECPD土工布的穿透时体积水含量小于0.30且其包括芯吸纱组和任选的第一非芯吸纱，所述第一非芯吸纱设置在土工布的一个轴上，和第二非芯吸纱，其设置在土工布的另一个轴上并且使芯吸纱组和任选的第一非芯吸纱交织。术语“任选地”是指不需要第一非芯吸纱，但是如果期望的话仍可以使用，并且其被包括在权利要求的范围内。例如，可以在经向(土工布的一个轴)上布置芯吸纱组，在纬向(土工布的另一个轴)上布置第二非芯吸纱。或者，可以在纬向(土工布的一个轴)上布置芯吸纱组，在经向(土工布的另一个轴)上布置第二非芯吸纱。虽然不是必需的，但芯吸纱可以设置在第二非芯吸纱的同一轴上。一方面，芯吸纱组包括两根芯吸纱。另一方面，芯吸纱组包括三根芯吸纱。又一方面，芯吸纱组包括四根、五根或六根芯吸纱。本文所述的根据本发明的单层织造ECPD土工布的非限制性实例具有包括芯吸纱组、第一非芯吸纱和在土工布的一个轴上的芯吸纱组的重复织造图案。本文所述的根据本发明的单层织造ECPD土工布的另一个非限制性实例具有包括第一芯吸纱组、第二芯吸纱组和在土工布的一个轴上的第一非芯吸纱的重复织造图案。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在本文描述的发明中可以采用芯吸纱与非芯吸纱组合的各种重复图案。
ECPD土工布的穿透时水含量小于0.30。另一方面，ECPD土工布的穿透时水含量小于0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21或0.20。
此外，ECPD土工布的流量增量小于490mL。另一方面，ECPD土工布的流量增量小于480mL、470mL、460mL、450mL、440mL、430mL、420mL、410mL,400mL、390mL、380mL、370mL、360mL、350mL、340mL、330mL、320mL、310mL、300mL、290mL、280mL、270mL、260mL、250mL、240mL、230mL、220mL、210mL、200mL、190mL、180mL、170mL、160mL、150mL、140mL、130mL、120mL、110mL或100mL。
芯吸纱组包括一根或多根芯吸纱。芯吸纱在约500至约2500旦尼尔之间，并且包括芯吸单丝束。芯吸单丝束具有约50至约1,000根芯吸单丝。可以在单层织造ECPD土工布中使用的芯吸单丝束的一个实例是扭曲的芯吸单丝束。芯吸单丝的非限制性实例包括但不限于多通道、三叶形、枕形或其任何组合。多通道芯吸单丝在本文中也称为4DG单丝。
在单层织造ECPD土工布中采用的芯吸单丝各自的旦尼尔数为约1至约170。然而，可以在ECPD土工布中使用的芯吸单丝可以大于170旦尼尔。例如，芯吸单丝的各自的旦尼尔数可以在约30至约170之间。在另一个实施例中，芯吸单丝可以各自具有在约1至约100之间的旦尼尔数。在又一个实施例中，芯吸单丝各自具有在约3至约7之间的旦尼尔数。
单层ECPD土工布的编织中所包含的芯吸纱的重量在约0.5盎司/平方码(osy)至约25osy之间。在一个实例中，包含在单层ECPD土工布的编织中的芯吸纱的重量为约1.1osy。此外，单层织造ECPD土工布每线性英寸包括5至50根芯吸纱。例如，单层织造ECPD土工布每线性英寸包含10根芯吸纱。
单层织造ECPD土工布的总表面积为约10cm2/g至约50cm2/g。此外，单层织造ECPD土工布的渗透率为约0.05cm/s至约0.15cm/s。
单层织造ECPD土工布在包含芯吸纱组的轴上的密度为每线性英寸约5至约50根纱。另外，单层织造ECPD土工布在包含第二非芯吸纱的轴上的密度为每线性英寸约5至约75根纱。
可以利用各种编织图案来形成单层织造ECPD土工布。这样的编织图案包括但不限于平纹、平纹多纬、斜纹和缎纹。例如，单层织造ECPD土工布可以是平纹编织。单层织造ECPD土工布的另一个实例可以是缎纹编织。本文所述的根据本发明的单层织造ECPD土工布的非限制性实例在织造图案中采用了芯吸纱组和在土工布的一个轴上的第一非芯吸纱的重复设置。本文所述的根据本发明的单层织造ECPD土工布的另一个非限制性实例在织造图案中采用第一芯吸纱组、第二芯吸纱组和在土工布的一个轴上的第一非芯吸纱的重复设置，其中第一和第二芯吸纱组可以相同或不同。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在本文描述的发明中可以采用芯吸纱与非芯吸纱组合的各种重复设置。
第一和第二非芯吸纱可以相同或不同。第一和第二非芯吸纱独立地可以是单丝、纱、条带或其任何组合。例如，第一非芯吸纱在编织中可以采用单丝、纱、条带或其任何组合。类似地，第二非芯吸纱在编织中可以是单丝、纱、条带或其任何组合。此外，第一和第二非芯吸纱可以相同或不同，从而为非芯吸纱提供制造多种设计选择。非芯吸纱独立地在约100旦尼尔至约10,000旦尼尔之间。
如上所述，ECPD土工布包括复合土工布。参照图2-5，复合土工布10包括排水层20和从排水层20向外延伸的芯吸层30。芯吸层30包括芯吸纱35。芯吸纱可以设置在排水层中，但不是必需的。
“横切面排水”是指液体以垂直于其平面的方向流过土工布织物。
“纤维”是指长度与直径之比大于约10的材料。纤维通常根据其直径分类。长丝纤维通常被定义为具有每根长丝大于约15旦尼尔，通常大于约30旦尼尔的单根纤维直径。细旦尼尔纤维通常是指直径小于每根长丝约15旦尼尔的纤维。微旦尼尔纤维通常被定义为直径小于每根长丝约100微米旦尼尔的纤维。
“长丝纤维”或“单丝纤维”意指与“短纤维”相对的长度不确定(即，未预定)的材料的连续股。
“短纤维”是具有确定长度的材料的不连续股(即，已被切割或以其他方式分成预定长度的段的股)。可以使用当前使用的或以后发现的任何方法将短纤维制成非织造网和织物，包括水刺、针刺、热粘合和梳理结合工艺。
“非织造”是指具有单个纤维或线股的结构的网或织物，所述纤维或线股被随机地插入，但是不像针织或编织织物的情况那样以可识别的方式。
“针织织物”是指由交错的线圈形成的织物。
“纱”是指可用于制造编织或针织织物和其他制品的连续长度的扭曲或缠结的多根长丝(即复丝)。
可以使用当前使用的或以后发现的用于将纤维和纱制成织物的任何方法将纤维和纱制成织物，包括但不限于编织和针织。
芯吸纤维
芯吸纤维能够基本上沿单个轴传输液体，例如水。与具有1.0的高表面系数的相同旦尼尔数的圆形横截面纤维相比，这样的纤维通常具有小于1.5的高表面系数。这样的芯吸纤维比相同旦尼尔数的圆形横截面纤维产生增加的毛细作用。几种类型的纤维可用于本发明并在下面描述。
美国专利号5,200,248描述了可用于本发明的毛细通道聚合物纤维，该专利通过整体引用并入本文。这样的纤维储存和输送液体，并且具有非圆形的横截面形状，其包括相对长的薄部分。所述横截面形状沿着纤维的长度基本相同。此外，这些毛细通道纤维可以涂覆有提供与水至少25达因/厘米的粘附张力的材料。
美国专利号5,268,229描述了可用于本发明的纤维，该专利通过整体引用并入本文。这些纤维具有非圆形的横截面形状，特别是具有稳定腿部的“u”和“E”形横截面。此外，这些纤维是自发可润湿的纤维，并且沿着纤维的长度具有基本上相同的横截面。
美国专利号5,977,429(其通过整体引用并入本文)描述了具有变形的“H”形、变形的“Y”形、变形的“+”形、变形的“U”形和称为“4DG”的纺成纤维变形形状的纤维。这样的纤维可用于本发明。
芯吸纤维的毛细通道结构具有轴向基底和从基底延伸的至少两个壁，由此基底和壁限定了至少一个毛细通道。某些这样的纤维具有至少五个壁和至少四个毛细通道。其他的可以具有至少六个壁和至少五个毛细通道。不存在所述结构可具有的毛细通道的理论上的最大数目，毛细通道的这样的最大数目更多地取决于对这样的结构的要求和制造它们的实用性。在本发明的一方面，毛细通道基本上彼此平行，并且沿着其长度的至少约20％，沿着其长度的至少约50％或沿着其长度的至少90％至100％具有敞开截面。
本发明的芯吸纤维提供了包括聚合物组合物并具有至少一个内壳结构毛细通道的柔性的、抗塌陷的毛细管通道结构，其中该结构具有轴向基底和从该基底通常(但不必)沿着基底部分的基本上整个长度延伸的至少两个壁，由此基底部分和壁限定所述毛细通道。通常，壁应从基底沿基底的轴向延伸至少约0.2cm的距离。在本发明的另一方面，壁从基底沿基底的轴向延伸至少约1.0cm的距离。结构的实际长度仅受实际考虑限制。尽管这里的毛细通道结构可以具有一个毛细通道或多个毛细通道，但为方便起见，使用复数形式“通道”的目的是指仅具有一个这样的通道的结构中的单数“通道”或具有多于一个通道的结构中的多个通道。该结构的特征还在于，毛细通道沿相当大的长度是敞开的，从而由于这种敞开的构造，可以从通道的外部接收流体。通常，所述结构将通常具有至少约2.0cc/g，至少约2.5cc/g或至少约4.0cc/g的比毛细管体积(SCV)，和至少至少约2000cm2/g，至少约3000cm2/g或至少约4000cm2/g的比毛细管表面积(SCSA)。至少一项上面列出的专利中提供了用于测量SCV和SCSA的程序。
通常，本发明中使用的芯吸纤维具有亲水性的表面组成，其可以是由于用于制造纤维的材料的性质而固有的，或者可以通过施加表面修饰剂来制造。亲水性表面修饰剂为所述结构提供具有与水性液体的大的粘附张力(即，强烈吸引)的表面，因此优选用于涉及水性液体的应用，例如下面对于临时采集/分配结构和永久性存储结构所讨论的那些。一方面，如在具有与纤维表面相同的组合物和修饰剂的平坦表面上所测量的，亲水性表面与蒸馏水的粘附张力大于25达因/厘米。可用于为水性液体提供大的粘附张力的整理剂/润滑剂中的一些在美国专利5,611,981中有描述或提及，所述专利通过引用整体并入本文。表面修饰剂在本领域中是众所周知的。
如上所述，芯吸纤维在其表面上具有通道，当在纤维表面上存在适当的表面能时，例如当纤维满足上述与比表面力有关的方程式时，所述通道可用于分配或存储液体。表面能量学确定了表面与接触该表面的任何液体之间的粘附张力。粘附张力越大，液体和表面之间的吸引力越强。粘附张力是作用在通道中液体上的毛细作用力的一个因素。影响作用在通道中液体上的毛细作用力的另一个因素是通道周长的长度。当通道的宽度小时，与液体上的重力相比，毛细作用力较强，因为通道中液体上的重力与通道的面积成比例。
图1示出了可用于本发明的多通道、三叶形和枕形的芯吸纤维横截面。然而，如上所述，在本发明中可以采用其他形状。多通道也称为“4DG”形状。
聚合物
本发明中使用的芯吸和非芯吸纤维由主要的可熔融纺丝的组制成。这些组包括但不限于聚酯、尼龙、聚烯烃和纤维素酯。至少由于它们的可制造性和广泛的应用范围，由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和聚丙烯/聚丙烯共聚物混合物制成的纤维可用于本发明。芯吸纱中使用的聚合物的非限制性实例是尼龙。每根纤维的旦尼尔数为约15至约250，或约30至约170。
另外，芯吸和非芯吸纤维可由加热时明显收缩的其他聚合物形成，例如聚苯乙烯或泡沫聚苯乙烯。收缩步骤引起纤维的变形，从而增加长程变形因子(LRDF)和短程变形因子(SRDF)。纤维的LRDF和/或SRDF的相对大的值在美国专利号5,977,429中有所描述，其通过引用整体并入本文，所述值提供了它们在吸收剂产品中的效用。当定向的非晶态聚合物纤维加热到其玻璃化转变温度以上时，纤维就发生收缩。收缩发生在大量结晶之前或不存在大量结晶的情况下。
如上所述，本发明的芯吸和非芯吸纤维可以由任何不溶于要与毛细通道结构接触的液体的聚合物材料制成。除了聚酯、聚苯乙烯和聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯)之外，合适的聚合物材料的示例包括但不限于聚酰胺、化学纤维素基聚合物例如粘胶纤维和二-或三-乙酰-(tri-ace-)、共聚-、三元-(ter-)聚合物等和接枝聚合物。热塑性聚合物，例如聚酯和二羧酸或其酯与二醇的共聚物，可以用于本发明。用于生产聚酯共聚物的二羧酸和酯化合物是本领域普通技术人员众所周知的。它们包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、p,p'-二苯基二羧酸、p,p'-二羧基二苯基乙烷、p,p'-二羧基二苯基己烷、p,p'-二羧基二苯基醚、p,p'-二羧基苯氧基乙烷等，以及在其烷基中含有1至约5个碳原子的其二烷基酯。
可用于生产聚酯和共聚酯的脂肪族二醇是具有2至10个碳原子的丙烯酸和脂环族脂肪族二醇，例如乙二醇、三亚甲基二醇、四亚甲基二醇、五亚甲基二醇和癸二醇。
此外，还考虑使用永久显示高表面亲水性并且不需要使用润湿剂的共聚物或接枝共聚物、三元共聚物、化学改性的聚合物等，所述润湿剂在与流体接触时可从结构表面上洗掉。可以表现出永久亲水性的改性聚合物包括化学纤维素聚合物，例如纤维素乙酸酯。另外，还可以通过已知方法并以已知量包括颜料、消光剂或光学增白剂。
可以在本发明中使用的一种聚酯是二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)共聚酯。合适的PETG可从Eastman Chemical Products有限公司(Kingsport,Tenn.,USA)以商品名
Figure BDA0002820663840000141
6763购得，其玻璃化转变温度为约81℃。
如上所述，可用于形成非芯吸和芯吸纱的聚合物还包括聚丙烯/聚丙烯共聚物混合物。这样的混合物的一个实例是聚丙烯和聚丙烯/乙烯共聚物的混合物。混合物可包括聚丙烯组合物，所述聚丙烯组合物包含按重量计约94至约95％的聚丙烯和按重量计约5至约6％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔融共混混合物。在另一方面，纱、单丝或条带可包含按重量计约92％至约95％的聚丙烯和按重量计约5％至约8％的聚丙烯/乙烯共聚物的混合物。此外，一方面，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约5重量％至约20重量％。在另一方面，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为约8％至约25％。此外，另一方面，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约5重量％至约17重量％。又一方面，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量按重量计为共聚物的约5％，约6％，约7％，约8％，约9％，约10％，约11％，约12％，约13％，约14％，约15％，约16％，约17％，约18％，约19％，约20％，约21％，约22％，约23％，约24％或约25％，或其间的任何范围。又一方面，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约16重量％。这样的混合物纱在本文中被称为“高模量(high modulus)”或“高模量(high mod)”纱，并且在美国专利申请公开号2011/0250448(其通过整体引用并入本文)中进行了描述。
影响聚合物选择的另一个因素是其表面化学改性以提高例如亲水性的顺从性。因此，对于旨在用于吸收和/或运输水基溶液的毛细通道结构，使用聚酯基聚合物而不是例如聚丙烯可能是有利的。然而，该选择选项并不意味着由此限制本发明的范围。而且，取决于结构的预期用途，可能期望所使用的聚合物材料在预期使用结构的温度下是柔性的。由于结构的壁和基底相对薄，因此即使相对高模量的聚合物也可用于制造既柔又软但仍惊人地保持高抗塌陷性的结构。柔性将取决于诸如毛细通道壁和基底的厚度和尺寸以及弹性模量的因素。因此，在这方面选择聚合物将高度服从预期的用途和温度条件。这样的合适的聚合物材料的选择完全在本领域普通技术人员的能力范围内。取决于预期的用途，毛细通道结构可以例如由亲水或亲油的聚合物制成，或者可以被处理为亲水或亲油的。
通过用表面活性剂或其他本领域技术人员已知的亲水性化合物(以下统称为“亲水化剂”)处理，可以增加用于制造本发明的毛细通道结构的聚合物的表面亲水性，以使毛细通道壁更易被水或水性溶液润湿。亲水化剂包括润湿剂，例如聚乙二醇单月桂酸酯(例如PEGOSPERSETM200ML，可从美国宾夕法尼亚州威廉斯波特的Lonza有限公司购买的聚乙二醇200单月桂酸酯)和乙氧基化油烯基醇(例如VOLPOTM-3，可从美国纽约州的Croda有限公司获得)。也可以使用其他类型的亲水化剂和技术，包括纤维和纺织领域技术人员众所周知的那些，用于增加芯吸性能，改善去污性能等。这些包括，例如，聚丙烯酸的表面接枝。合适的可商购的亲水化剂包括ZELCONTM去污剂，可从(美国)特拉华州威尔明顿市的DuPont公司获得的非离子亲水物，和MileaseTTM，可从美国特拉华州威尔明顿市的ICI Americas有限公司获得的舒适修饰剂。另外，ERGASURF、陶瓷微珠和乙烯基吡咯烷酮可用作亲水性或吸湿性添加剂。此外，可以采用某些亲水化剂组合。一个实例是ALBAFLOW PAP-01、DICRYLAN PSF和INVADINE PBN的组合。另一个实例是ULTRAPHIL TG和INVADINE PBN的组合。
复合织物
参照图2，根据本发明的复合ECPD土工布10包括排水层20和芯吸层30，芯吸层30设置成与排水层20液体输送连通。芯吸层30包括从排水层20的一侧向外延伸的芯吸纱。在另一方面，复合ECPD土工布10包括从排水层的一侧向外延伸的第一芯吸层31和从排水层20的相对侧向外延伸的第二芯吸层32，如图3所示。
排水层
复合ECPD土工布的排水层可以是纤维非织造、织造或针织织物。此外，如本领域技术人员将认识到的，将有利于横切面液体流动并且可将芯吸层附设到其上的任何结构都适合用作排水层。
可以促进横切面液体流动的任何常规织造织物都可以用作复合ECPD土工布的排水层。织造织物的非限制性实例包括平纹、多纬、斜纹和缎纹，所有这些均在上面讨论。尽管不是必需的，但在排水层的构造中可采用芯吸纤维和/或纱作为任选特征。非织造织物在本领域中是已知的，并且由衍生自非织造织物工业中使用的一种或多种来源的短纤维形成。如上所述，非织造织物可任选地包括短纤维形式的芯吸纤维。可以通过任何常规的制网工艺，例如湿法成网法或气流成网法，或通过非织造工业中使用的其他技术来形成非织造织物。短纤维可以由上述用于非芯吸和芯吸纱的聚合物中的任一种形成。此外，由芯吸纤维和/或纱形成的短纤维可以用亲水化剂处理，以包括但不限于以上讨论的亲水化剂。
芯吸层
继续参考图2，另外参考图3-5，可以利用地毯工业中用于将纱固定到背衬材料上的技术来形成复合ECPD土工布。这样的技术包括但不限于簇绒和/或缝合。如本领域技术人员将理解的，可以采用将纱附接到背衬材料上以使纱从背衬材料向外延伸的任何方法来形成复合的ECPD土工布。
簇绒是地毯制造行业中众所周知的技术。簇绒过程中可以使用芯吸短纤维、短纤维纱、膨化连续长丝和/或膨化连续纱。如同簇绒地毯一样，如图3所示，可通过同时将面纱(即芯吸纤维)和排水层纱交织成完整的产品而在织机上形成复合ECPD土工布。复合ECPD土工布的制造可以包括例如通过常规的针刺操作将面纱簇绒到排水层中。在排水层的整个宽度上设置的簇绒针刺入排水层，以在其底侧上布置包括芯吸层的面纱线圈。簇绒被渗透芯吸层的纱股的摩擦力保持在排水层中。环顶器(looper)或扁平钩抓住并释放纱线圈，同时针向后拉，排液层向前移动，针再一次再向前刺穿排液层。图4是其中复合土工布具有簇绒的第一和第二芯吸层的示意图。
为进行割绒，将一个面向相反方向的环顶器装上像一副剪刀一样起作用的刀，将线圈剪断。这样的线圈可以不切割或切割，以提供芯吸层的最终绒面，如图5所示。任选地，可以将水溶性粘合剂或胶黏剂施加到排水层的与芯吸层相对的一侧和芯吸层的凝灰(tuffs)上，以将割绒芯吸层的纱/纤维暂时粘附至排水层。这在土木工程项目中安装横切面排水织物期间可能是有益的以有助于将形成芯吸层的凝灰保持在适当位置。这样的粘合剂在暴露于水时会从织物中溶解并消散。
不饱和土壤排水系统
参照图6，不饱和土壤排水系统包括ECPD土工布、设置在ECPD土工布上方的土壤层，以及设置在土壤层上的基底层，例如经沥青处理的基底。沥青和/或混凝土设置在基底层上。ECPD土工布设置在土壤床上。通常，将土壤床抬高到地下水位上方以形成便于排水的侧排水体。土壤床的厚度是常规的。例如，土壤床可以在地下水位以上40英寸。土壤层(例如不饱和土壤)应具有足够的厚度，以允许水从基底层排放到ECPD土工布。例如，土壤层的厚度为约13英寸。然而，厚度可以根据土壤条件根据需要改变。
ECPD土工布可在不饱和条件下提供排水，并显著地减少或消除毛细破坏的发生。与岩土和运输工程中的其他流动问题(例如地表水排放)不同，路面层中存储的液体量可能不是特别大，但消除起来却特别困难。图4示出了使用ECPD土工合成材料来减少多余的水，所述多余的水通过向下渗透以及通过由于毛细屏障的堆积而渗入基底材料和次基底(subbase)材料。
由膨胀粘土路基引起的路面损坏的控制
膨胀粘土土壤是在润湿时溶胀并在干燥时收缩的土壤。通常，土壤的膨胀性通过塑性指数(PI)进行分类。具有低溶胀潜力的土壤的PI将在0至15范围内，具有中等溶胀潜力的土壤的PI将为10至35，具有高溶胀潜力的土壤的PI将为20至55，具有非常高溶胀潜力的土壤的PI将为35及以上(ASTM D4829)。膨胀粘土导致道路中出现纵向裂纹。由于路基含水量的变化，这些由环境引起的纵向裂纹向路面肩部发展。环境湿度的变化(例如雨季或干燥季节)比路面的中央相对更容易到达典型路面的路肩。因此，路面的边缘在干燥时期将收缩，在雨天将溶胀。然而，由于路面的中央没有经历这样的体积变化，因此在路面的中央和边缘之间形成了沉降差。在特定的干燥季节，路面的弯曲将导致朝向表层的张力，从而可能导致明显的纵向裂纹。
图7示出在基底层和膨胀粘土路基的界面处放置ECPD土工布的效果。土工布能够使水沿其整个长度的分布均化。因此，尽管水分变化可能会在靠近路面边缘处发生，但ECPD土工布有助于水分在非饱和条件下的迁移，从而在路面结构的整个宽度上产生相对均匀的水分分布。在路基中，这种改善的均匀水分分布将最小化路面中垂直运动差，从而减轻纵向裂纹的发展。在ECPD土工布的此应用中，ECPD土工布不具有排放终止段。当起到使整个路面宽度中的水含量均匀化而不是严格促进向外排水的作用时，ECPD土工布会终止而无采光部分(daylighting segment)以利于水分均匀化。
涉及土壤改良的项目中增强的侧向排水
ECPD土工布可用于提供或补充土壤改良项目所需的侧向排水，所述项目包括软土的预加载和超载，具有或不具有使用预制垂直排水体的加速固结。土壤改良项目的一个非限制性示例包括修复与沉降相关的损坏。将ECPD土工布包括在这些项目中利用它们的多功能性，不仅可以起到增强侧向排水的作用，而且还可以实现分离和路基加固，这都是在处理软土路基时特别相关的功能。
图8是在涉及多种土壤的土壤改良项目(例如在泥炭、粘土和沙质土壤上设置的土木结构)中使用ECPD土工布提供侧向排水、分离和路基稳定化的图示。可以穿过不同的土壤放置垂直排水体，但根据土壤/基底条件可能不是必要的。在此图示中，垂直排水体为三角形图案的空间。垂直排水体的间距、布置和数量取决于土壤条件。ECPD土工布放置在垂直排水体上方，填充物设置在土工布上方。
增强水分从高地下水位上向上迁移的横向排水
地下水位高的地区的道路容易出现与路基含水量高有关的问题。由于毛细作用，水从地下水位的高处迁移到道路，这是水抵抗重力牵拉而在狭窄的土壤孔隙空间中流动的能力。毛细上升在水表面张力的作用下在相对小的土壤孔隙直径(等效于曲折的毛细管)中出现，并负责将水从地下水位(其中水压为零)移动到覆盖的不饱和土壤(其中水压为负)。细粒土是常见的路基材料，与粗粒土相比，具有更高的毛细上升。
ECPD土工布可用于高地下水位情况。ECPD土工布提供侧向排水，以将多余的水带到结构路面层之外。具体来说，向上迁移到ECPD土工布的水分可以横向转移到路面肩部，在那里随蒸散作用离开系统。在道路设计中使用ECPD土工布可以使路面路基或下层土壤系统与水分相关的削弱相关的问题最小化。
实施例
关于以下讨论，参考van Genuchten,M.Th.(1980),A closed-form equation forpredicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils,Soil ScienceSociety of America Journal,44(5),892-898。
为了量化多孔介质中的储水容量，体积水含量θ作为吸力的函数进行测量。体积水含量被定义为土工材料中水的体积与总体积之间的比率。水分与吸力之间的关系定义了保水曲线，该曲线指示了孔隙空间中存在的水量。
土壤保水曲线显示材料的体积水含量如何随着增加或减少的吸力而变化。解吸曲线(干燥路径)从最初的饱和样品开始，直到样品随着增加的吸力而达到残留条件。低吸力下的初始饱和体积水含量与孔隙率相同，因为样品中的所有空气均已被水置换。进气值是样品首次开始脱饱和的吸力值。最终残留水含量对应于没有逃逸途径的情况下土壤孔隙中保留的少量水分。吸附曲线(润湿路径)从初始干样品开始，直到样品随着降低的吸力而饱和。入水值是水首次能够进入样品的吸力值。两条曲线之间有些迟滞。这是由于以下事实：在干燥过程中，大孔将首先排水，小孔将随后排水。但是，润湿时的顺序相反，因为大孔阻止了一些小孔的填充并导致空气滞留，从而产生了滞后现象，阻止了完全饱和。采用以下方法确定穿透时的流量增量和水含量。
实施例1
TenCate测试以确定流量增量
用土壤柱监测土工布在非饱和土壤中形成的毛细屏障形成并确定流量增量。将从美国科罗拉多州丹佛市落基山兵工厂(RMA)的取土场现场获得的被联合土壤分类系统归类为贫粘土(CL)的土壤放置在柱中。通过将湿的RMA土放在防水布上风干几天来制备RMA土。干燥后，将粘土两次通过土壤破碎机以破碎完整的土壤块。接下来，将土壤通过#40筛子过筛。然后将水分添加到风干RMA土壤中，以获得所需的初始水含量。
对RMA土壤进行的Atterberg极限测试表明，液体极限(LL)为32.3％，塑性极限(PL)为11.6％，塑性指数(PI)为20。RMA土壤的比重(Gs)确定为2.71。根据标准的普罗克特击实试验，发现RMA土的最大干密度(γd,max)为1.905g/cm3(119pcf)，最佳水含量(wopt)为15％。根据挠性壁渗透仪测试确定的相对压实度为80％的RMA土的饱和水力传导率(Ksat)为约8.2x10-5cm/s(相当于1.50mL/min的体积流量)。
土壤柱是直径为19.7cm的透明丙烯酸柱，土工布上方为15cm RMA土壤，下方为18cm RMA土壤。RMA土在土工布上方和下方3cm的提升中被压实。水分检测探测器位于土壤-土工布界面上方2cm、8cm和13cm处和土工布下方2cm处。透明丙烯酸柱可以目视观察水分前沿。水以约0.40mL/min的恒定速率均匀分布在土壤柱的顶部。土工布样品的直径比柱直径大约1cm，以防止土壤和土工布的界面处的侧面泄漏。将多孔板置于柱的底部处，以允许水从柱中排出。将滤纸直接放在板的上方，以防止细料从土壤基底迁移。为了最小化蒸发引起的土壤水分损失，将塑料包装片拉伸在柱顶部上。
如果土工布引起毛细屏障，水分会在土工布上方聚集，直至一定的高度，这时达到穿透，水通过土工布流到底部土壤层。这时，土工布下面的水分检测探测器检测到由于水含量的增加引起的穿透。
所有柱测试均使用压实至大约80％相对压实度、1.47g/cm3干密度和0.46孔隙率的贫粘土RMA土壤。每个测试的目标初始体积水含量为0.15。除非另有说明，否则每次测试的所有其他条件均保持相同。探测器记录的数据是相对于测试持续时间的体积水含量的形式。但是，结果表示为相对于流入量的体积水含量。每个测试的所施加的流速乘以测试持续时间，从而可以得出累积流入量。
水流从柱的顶部开始，湿润的前沿沿着柱向下。直到水分前沿到达相应的探测器，分别指示初始体积水含量(例如0.15)，直到每个探测器看到水含量增加。水含量达到对应于施加至柱的流速的“流动平衡”水含量。在这些测试中，所有传感器的流量平衡水含量从0.25到0.30变化。
穿透时体积水含量(VMCB)是用于评价毛细管屏障强度的参数。VMCB是如通过穿透时最接近土工布并在土工布上方的探测器所测得的测量的土壤中水含量。VMCB越高，形成的毛细屏障越强。低于0.38的VMCB表示基本上没有形成毛细屏障，如果有的话。
流量增量是用于确定任何已形成的毛细屏障有效性的参数。该参数量度润湿前沿从紧靠土工布上方的探测器到紧靠土工布下方的探测器所花费的时间。流量增量越大，毛细屏障越强。流量增量报告为以毫升为单位的流入量，并按以下计算：
流量增量＝穿透时的流入量减去屏障时的流入量
“穿透时的流入量”是在紧靠土工布下方的探测器检测到水分增加时发生的流入量。“屏障时的流入量”是在最靠近土工布并在其上方的探测器检测到水分增加时发生的流入量。低于490mL的流量增量表示基本没有形成毛细屏障，如果有的话。实施例2中提供了确定流量增量的示例。
实施例2
图9是示出GT1的体积水含量相对于流入量的图(被测土工布的描述参见表1)。测试在上述TenCate测试的条件下进行。如图9所示，通过从在土工布下方的探测器检测到水分增加的时刻(即在穿透时)的流入量中，减去在检测到水分增加时最靠近土工布且在其上方的探测器的流入量，来确定流量增量。
参考图7，通过土工布下面的探测器观察到的估计穿透发生在进入测试的约1,320mL流入量。在穿透时，紧靠土工布上方的探测器报告的穿透体积水含量为0.44。柱中的土壤处于80％的相对压实度，这对应于0.46的孔隙率(即饱和体积水含量)。这意味着突破时土工布上方的土壤饱和度为约96％。因此，由土工布产生的毛细屏障不允许水通过土工布，直到粘土几乎完全饱和。在该测试中记录的流量增量为756mL，对应于在此测试期间施加的流速持续大约30小时。除了由毛细屏障引起的额外水含量积聚外，土工布还在使水分前沿进一步进入土壤柱方面导致显著的延迟。
实施例3
测试GT4以确定流量增量。除了施加至柱的流速为0.42mL/min之外，在上述TenCate测试的条件下进行测试。记录的水含量数据如图10所示。土工布下方的探测器指示，在1,940分钟或813mL流入量后发生了穿透。毛细屏障导致水分累积到0.41的最大值。该测试计算的流量增量为490mL。从图10可以观察到，即使在发生穿透之后，土工布上方的含水量仍增加。这意味着尽管有些水分穿过了土工布，但毛细屏障仍然有效。这种行为称为部分穿透。
实施例4
测试GT5以确定流量增量。GT5是包含4DG芯吸纤维的两层单织造织物。测试在上述TenCate测试的条件下进行。记录的水含量数据如图11所示。在1,350分钟或540mL的累积流入量后，土工布下方的探测器检测到穿透。由土工织物上方2cm处的探测器记录的穿透时的水含量为0.31。然而，与GT4相似，在穿透至最终值0.33后还有额外的水分聚集。观察到流动增量为170mL。毛细屏障在穿透时仍有效。
实施例5
测试GT6以确定流量增量。测试在上述TenCate测试的条件下进行。发现流量增量为190，并在表2中进行了报告。
实施例6
测试GT7以确定流量增量。测试在上述TenCate测试的条件下进行。发现流量增量为410，并在表2中进行了报告。
实施例7
测试GT8以确定流量增量。GT8是包含芯吸纤维的单层织造织物。除了施加至柱的流速为0.42mL/min之外，在上述TenCate测试的条件下进行测试。记录的水含量数据如图12所示。在1,250分钟或521mL的累积流入量后，土工布下方的探测器检测到穿透。由土工织物上方2cm处的探测器记录的穿透时的水含量为0.25。观察到流动增量为100mL。尽管穿透后水含量略有增加，至最终达0.27的值，但结果表明GT8基本没有形成毛细屏障(如果有的话)。GT8是单层编织ECPD土工布。
实施例8
测试GT3以确定流量增量。测试在上述TenCate测试的条件下进行。发现流量增量为380，并在表2中进行了报告。
实施例9
测试GT2以确定流量增量。测试在上述TenCate测试的条件下进行。发现流量增量为607，并在表2中进行了报告。
实施例10
测试了GT15(100％的6旦尼尔/根纤维(DPF)聚酯非织造土工布)以确定流量增量。测试在上述TenCate测试的条件下进行。该土工布具有与GT1相同的标准DPF，不同之处在于GT15由PET纤维而不是GT1中的PP纤维组成。GT15的柱测试表明，GT15导致0.44的水含量聚集，并且流量增量为634mL。GT15的结果(未显示)与GT1的结果基本相同。
实施例11
测试GT14以确定流量增量。除流速为0.44mL/min外，测试在上述TenCate测试的条件下进行。记录的水含量数据如图13所示。在2,500分钟或1,100mL的累积流入量后，土工布下方的探测器检测到穿透。由土工织物上方2cm处的探测器记录的穿透时水含量为0.44。确定流动增量为616mL。
实施例12
测试了仅由芯吸纤维组成的非织造织物GT11，以确定流动增量。除流速为0.47mL/min外，测试在上述TenCate测试的条件下进行。记录的水含量数据如图14所示。在2,100分钟或987mL的累积流入量后，土工布下方的探测器检测到穿透。由土工织物上方2cm处的探测器记录的穿透时的水含量为0.35。确定流动增量为447mL。水分积累持续，直到检测到流出量时达到最大0.43。
实施例13
测试了由50％的4DG聚酯芯吸纤维和50％的60DPF聚丙烯纤维组成的非织造织物GT13，以确定流量增量。除流速为0.42mL/min外，测试在上述TenCate测试的条件下进行。记录的水含量数据如图15所示。在2,400分钟或1,008mL的累积流入量后，土工布下方的探测器检测到穿透。由土工织物上方2cm处的探测器记录的穿透时的水含量为0.36。确定流动增量为518mL。水分积累持续，直到检测到流出量时达到最大0.42。
实施例14
测试了由涂覆有结合Ultraphil TG和Invadine PBN(UI)的组合物的100％4DG聚酯芯吸纤维组成的非织造织物GT21，以确定流动增量。测试在上述TenCate测试的条件下进行。记录的水含量数据如图16所示。在2,100分钟或777mL的累积流入量后，土工布下方的探测器检测到穿透。由土工布上方2cm处的探测器记录的穿透时的水含量为0.33，但持续增加至最大值0.35。确定流动增量为287mL。
实施例15
测试了由涂覆有结合Albaflow PAP-01、Dicrylan PSF和Invadine PBN(ADI)的组合物的100％4DG聚酯芯吸纤维组成的非织造织物GT20，以确定流动增量。测试在上述TenCate测试的条件下进行。记录的水含量数据如图17所示。在2,043分钟或715mL的累积流入量后，土工布下方的探测器检测到穿透。由土工布上方2cm处的探测器记录的穿透时的水含量为0.32，但持续增加至最大值0.34。确定流动增量为715mL。
表3汇总了所有带涂层和不带涂层的非织造土工布混合物的柱测试结果。除了实施例11-13中提供的以外，每个测试均在上述TenCate测试的条件下进行。如表3所示，涂层有助于减少由毛细屏障引起的水分聚集。而且，ADI涂层通常比UI涂层表现更佳。
实施例16
土工布GT25和GT26分别利用GT6和GT5织造土工布作为各自的排水层，将表面重量为12osy的4DG维锦纤维针刺到排水层上，以制成各自的复合ECPD土工布，如图18所示。每个测试在上述TenCate测试的条件下进行。这两种土工布的柱测试结果可以在图18中观察到。GT25和GT26的表现基本相同。
实施例17
土工布GT27和GT28是用以12osy的面重量簇绒在织造土工布上的4DG芯吸纤维形成的，以形成各自的复合ECPD土工布，如图19所示。GT27形成有由轻薄的织造土工布作为排水层。GT28使用了非常薄的传统非织造土工布作为排水层。每个测试在上述TenCate测试的条件下进行。这两种土工布的典型柱测试可以在图19中观察到。芯吸纤维的面重量可以变化。
表1
Figure BDA0002820663840000261
Figure BDA0002820663840000271
NW–非织造
W–织造
B–共混物
C–涂层
PP–聚丙烯
PET–聚酯
DPF–旦尼尔/根纤维
ADI–Albaflow PAP-01、Dicrylan PSF和Invadine PBN
UI–Ultraphil TG和Invadine PBN
表2
Figure BDA0002820663840000272
表3
Figure BDA0002820663840000273
Figure BDA0002820663840000281
表4
Figure BDA0002820663840000282
表5
Figure BDA0002820663840000291
实施例18
采用实施例1中所述的TenCate测试来确定六种土工合成材料织物GT2018-1至GT2018-6(在下表7中标识)的流量增量。将这六种织物的各自的流量增量与来自TenCateGeosynthetics Americas的三种市售织物MIRAFIHP570、MIRAFIFW402和MIRAFIH2Ri的各自的流量增量进行了比较。
与实施例1一样，该实施例中使用的土壤是粉质粘土，通过联合土壤分类系统被分类为贫粘土(CL)。下表6中详细说明了Atterberg极限。将所有柱测试压实至相对压实度为80％，干密度为1.47g/cm3，孔隙率为0.46。所有测试的初始体积水含量为14.7％(当量重量水含量为10.0％)。
表6
Figure BDA0002820663840000301
表7
Figure BDA0002820663840000302
确定每个样品相对于流入量的体积水含量。图20-28是分别示出GT2018-1、GT2018-2、GT2018-3、GT2018-4、GT2018-5、GT2018-6、GT8、GT5和GT2的体积水含量相对于流入量的图。确定每种织物的流量增量并在表8中示出。
表8
名称 穿透时体积水含量 流量增量(mL)
GT2 0.43 607
GT5 0.33 380
GT2018-1 0.28 380
GT2018-2 0.29 315
GT2018-3 0.23 312
GT2018-4 0.23 264
GT2018-5 0.25 212
GT2018-6 0.25 292
GT8 0.25 100
可以观察到，GT2018土工布表现良好，并且具有弱的或基本上没有毛细屏障。HP570是一种“最坏情况”的土工布，显示了传统土工布的性能。如表8所示，在某些情况下，GT2018土工布不仅性能优于HP570，而且性能优于GT5(H2Ri)。图20-28得出以下结论：
GT2018-1、GT2018-2、GT2018-5和GT2018-6分别形成了弱的毛细屏障，并覆盖了横切面的透射性，
GT2018-3和GT2018-4分别不形成毛细屏障，并且不覆盖横切面的透射性，并且
GT8，其被构建为具有较大开孔，并不被考虑为土工布，它显示了弱的毛细屏障。
因此，前述内容仅被认为是本发明原理的示例。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改，因此，期望的是，仅这样的限制应被施加，如现有技术所施加的和所附权利要求中提出的。

Claims (15)

1.一种抗毛细屏障土工布，其包含芯吸纱并且其穿透时体积水含量小于0.30，如通过TenCate测试所确定的。
2.如权利要求1中所要求保护的抗毛细屏障土工布，其中所述土工布是单层织造土工布，其包括：
芯吸纱组，和任选地，设置在土工布的一个轴上的第一非芯吸纱；和
第二非芯吸纱，其设置在土工布的另一个轴上并且使所述芯吸纱组与任选的第一非芯吸纱交织；
所述芯吸纱组包括一根或多根芯吸纱。
3.如权利要求2中所要求保护的土工布，其中所述土工布具有包括芯吸纱组、第一非芯吸纱和芯吸纱组的重复织造图案。
4.如权利要求3中所要求保护的土工布，其中所述芯吸纱组包括两根芯吸纱。
5.如权利要求3中所要求保护的土工布，其中所述芯吸纱组包括三根芯吸纱。
6.如权利要求1至5中任一项所要求保护的土工布，其中所述土工布的总表面积为约10至约50cm2/g。
7.如权利要求1至6中任一项所要求保护的土工布，其中所述土工布的渗透率为约0.05至约0.15cm/s。
8.如权利要求2至7中任一项所要求保护的土工布，其中所述芯吸纱在约500至约2500旦尼尔之间，并且包括芯吸单丝束，所述芯吸单丝是多通道、三叶形、枕形或其任何组合。
9.如权利要求2至8中任一项所要求保护的土工布，其中所述芯吸纱在约500至约2500旦尼尔之间，并且包括4DG单丝束。
10.如权利要求2至9中任一项所要求保护的土工布，其中所述芯吸单丝各自的旦尼尔数在约1至约100之间。
11.如权利要求2至10中任一项所要求保护的土工布，其中第一非芯吸纱和第二非芯吸纱独立地是包含聚丙烯或聚丙烯/聚丙烯共聚物共混物并且为约100至约10,000旦尼尔的单丝、纱或条带。
12.如权利要求2至11中任一项所要求保护的土工布，其中所述芯吸纱的重量在约0.5与约25osy之间。
13.如权利要求2至12中任一项所要求保护的土工布，其中所述土工布每线性英寸包括5至50根芯吸纱。
14.如权利要求2至13中任一项所要求保护的土工布，其中织物在包含芯吸纱组的轴上的密度在每线性英寸约5至约50根纱之间。
15.如权利要求2至14中任一项所要求保护的土工布，其中所述土工布在包含第二非芯吸纱的轴上的密度在每线性英寸约5至约75根纱之间。
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