CN112853624A - 隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统 - Google Patents

隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统，包括如下步骤：采用熔融纺丝工艺制备聚丙烯纤维；采用至少三个依次间隔排列的牵引装置对聚丙烯纤维进行牵引拉伸，获得拉伸后的纤维，其中，顺序排列的牵引装置的牵引速度依次增加，纤维的细度为13‑16dtex；将拉伸后的纤维依次经摆丝铺网工艺，润滑加固工艺和拉幅定型工艺处理后，获得聚丙烯长丝针刺排水土工布；通过聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法的设计以解决现有技术中存在的常规非织造布力学性能、水力学性能和抗化学性能差，难以达到透水排水的作用，失去保护土工膜板的作用，影响工程寿命的技术问题。

Description

隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统
技术领域
本发明涉及土工布制备技术领域，尤其是涉及一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统。
背景技术
隧道工程对防水有严格要求，如果隧道内渗漏水，不仅限于降低衬砌混凝土的耐久性，而且降低隧道内各种设施的功能并恶化隧道内的环境。在水文地质较复杂的山体或地层开挖隧道，为了防止地下水渗入洞内，常在初期支护与二次衬砌间铺设土工模板和非织造布，非织造布可以起到保护土工模板不被刺破，排除渗透初期支护混凝土的地下水的作用。
常规非织造布为丙纶短纤土工布或聚酯长丝土工布，但是，丙纶短纤土工布力学性能、水力学性能较差，聚酯长丝土工布的抗化学性能、水利性能较差，难以达到透水排水的作用，失去保护土工膜板的作用，影响工程寿命。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统，通过隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法的设计以解决现有技术中存在的常规非织造布力学性能、水力学性能和抗化学性能差，难以达到透水、排水的作用，失去保护土工膜板的作用，影响工程寿命的技术问题。
本发明提供一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，包括如下步骤：
采用熔融纺丝工艺制备聚丙烯纤维；
采用至少三个依次间隔排列的牵引装置对聚丙烯纤维进行牵引拉伸，获得拉伸后的纤维，其中，顺序排列的牵引装置的牵引速度依次增加，纤维的细度为13-16dtex；
将拉伸后的纤维依次经气流摆丝铺网工艺，润滑加固工艺和拉幅定型工艺处理后，获得聚丙烯长丝针刺排水土工布。
进一步地，牵引装置的牵引速度为100-2000m/min。
进一步地，包括依次排列七个牵引装置；顺序排列的七个牵引装置的牵引速度的增加倍数依次递减。
进一步地，七个顺序排列的牵引装置依次为第一牵引装置、第二牵引装置、第三牵引装置、第四牵引装置、第五牵引装置、第六牵引装置和第七牵引装置；其中，第二牵引装置的牵引速度为第一牵引装置的牵引速度的4倍，第三牵引装置的牵引速度为第二牵引速度的2倍，第七牵引装置的牵引速度为第六牵引装置的牵引速度的0.97-0.98倍。
进一步地，各牵引装置的牵伸辊温度为80-130℃。
进一步地，在熔融纺丝工艺过程中，将聚丙烯切片和UV母粒熔融后纺丝，其中，UV母粒的质量分数为2％-5％。
进一步地，气流摆丝铺网工艺中气流压力为0.2-0.3MPa。
进一步地，拉幅定型温度为110-165℃，拉幅量为5-25％，牵引量3-10％。
本发明还提供一种基于如上述中任一项所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法获得的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布，所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布为断裂强度≥30kN/m、断裂延伸率≥75％、顶破强力≥4.5KN、垂直渗透系数≥0.35cm/s、O90≥0.3mm和在pH2-13时的强力保持率≥80％的聚丙烯长丝针刺排水土工布。
本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法的制备系统，包括依次排列的熔融纺丝装置、至少三个间隔排列的牵引装置，摆丝铺网装置、润滑加固装置、拉幅定型装置和收卷装置。
进一步地，润滑加固装置包括与摆丝铺网装置连接的预针刺装置，与预针刺装置连接的第一主针刺，与第一主针刺连接的第二主针刺，第二主针刺与拉幅定型装置连接；在摆丝铺网装置和预针刺装置间还设有第一润滑剂添加装置，预针刺装置与第一主针刺间设有第二润滑剂添加装置；第一主针刺和第二主针刺间设有第三润滑剂添加装置。
本发明提供的一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布、制备方法及制备系统与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过多个牵引装置设计，同时对各个牵引装置的牵引速度、牵引增速和牵引温度的设计，以获取一定细度的纤维，可以有效控制产品的等效孔径和垂直渗透系数，使聚丙烯针刺排水土工布具有良好的水力学性能，具有良好的排水能力和透水能力。
2、本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过在润滑剂添加过程中，通过润滑剂浓度设计，及润滑剂添加步骤，减少单丝断裂，从而提高聚丙烯针刺排水土工布强力。
3、本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过在拉伸定型过程中，通过牵引量、拉幅量和温度的设计，可以降低土工布的纵横向的强力比，甚至可以实现强力比为1:1。
4、本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过采用聚丙烯长丝，因聚丙烯为碳氢长链结构，结构稳定性好，具有优异的耐化学性能，在pH2-13范围内能够长期保持稳定，耐腐蚀性好，能够适应各种复杂的环境而不发生性能变化，可以提高土工布的力学性能，弥补了丙纶短纤及聚酯长丝土工布的劣势。
5、本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法,获得的聚丙烯针刺排水土工布强力提高了30％-50％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法步骤框图；
图2为本发明中所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布制备系统结构示意图；
图3为本发明中所述润滑加固装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供了一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，包括如下步骤：
S1)采用熔融纺丝工艺制备聚丙烯纤维；
S2)采用至少三个依次间隔排列的牵引装置对聚丙烯纤维进行牵引拉伸，获得拉伸后的纤维，其中，顺序排列的牵引装置的牵引速度依次增加，纤维的细度为13-16dtex；
S3)将拉伸后的纤维依次经气流摆丝铺网工艺，润滑加固工艺和拉幅定型工艺处理后，获得聚丙烯长丝针刺排水土工布。
具体地，牵引装置的牵引速度为100-2000m/min。
具体地，包括依次排列七个牵引装置；顺序排列的七个牵引装置的牵引速度的增加倍数依次递减。
具体地，七个顺序排列的牵引装置依次为第一牵引装置、第二牵引装置、第三牵引装置、第四牵引装置、第五牵引装置、第六牵引装置和第七牵引装置；其中，第二牵引装置的牵引速度为第一牵引装置的牵引速度的4倍，第三牵引装置的牵引速度为第二牵引速度的2倍，第七牵引装置的牵引速度为第六牵引装置的牵引速度的0.97-0.98倍。
具体地，各牵引装置的牵伸辊温度为80-130℃。
具体地，在熔融纺丝工艺过程中，将聚丙烯切片和UV母粒熔融后纺丝，其中，UV母粒的质量分数为2％-5％。
具体地，气流摆丝铺网工艺中气流压力为0.2-0.3MPa。
具体地，拉幅定型温度为110-165℃，拉幅量为5-25％，牵引量3-10％。
具体地，润滑剂浓度5-15g/L。
具体地，在拉幅定型工艺中，采用双向拉幅定型工艺。
具体地，聚丙烯长丝针刺排水土工布的重量为400g/m2。
本发明还提供一种基于如上述中任一项所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法获得的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布，所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布为断裂强度≥30kN/m、断裂延伸率≥75％、顶破强力≥4.5KN、垂直渗透系数≥0.35cm/s、O90≥0.3mm和在pH2-13时的强力保持率≥80％的聚丙烯长丝针刺排水土工布。
本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法的制备系统，包括依次排列的熔融纺丝装置、至少三个间隔排列的牵引装置，摆丝铺网装置、润滑加固装置、拉幅定型装置和收卷装置。
具体地，润滑加固装置包括与摆丝铺网装置连接的预针刺装置，与预针刺装置连接的第一主针刺，与第一主针刺连接的第二主针刺，第二主针刺与拉幅定型装置连接；在摆丝铺网装置和预针刺装置间还设有第一润滑剂添加装置，预针刺装置与第一主针刺间设有第二润滑剂添加装置；第一主针刺和第二主针刺间设有第三润滑剂添加装置。
本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过多个牵引装置设计，同时对各个牵引装置的牵引速度、牵引增速和牵引温度的设计，以获取一定细度的纤维，可以有效控制产品的等效孔径和垂直渗透系数，使聚丙烯针刺排水土工布具有良好的水力学性能，具有良好的排水能力和透水能力。
本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过在润滑剂添加过程中，通过润滑剂浓度设计，及润滑剂添加步骤，减少单丝断裂，从而提高聚丙烯针刺排水土工布强力。
本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过在拉伸定型过程中，通过牵引量、拉幅量和温度的设计，可以降低土工布的纵横向的强力比，甚至可以实现强力比为1:1。
本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，通过采用聚丙烯长丝，因聚丙烯为碳氢长链结构，结构稳定性好，具有优异的耐化学性能，在pH2-13范围内能够长期保持稳定，耐腐蚀性好，能够适应各种复杂的环境而不发生性能变化，可以提高土工布的力学性能，弥补了丙纶短纤及聚酯长丝土工布的劣势。
本发明提供的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法,获得的聚丙烯针刺排水土工布强力提高了30％-50％。
实施例一
样品1制备过程如下：包括如下步骤：
101)采用熔融纺丝工艺制备聚丙烯纤维；
102)采用七个顺序间隔排列的牵引装置对聚丙烯纤维进行牵引拉伸，获得拉伸后的纤维，其中，顺序排列的牵引装置的牵引速度的增加倍数依次递减，拉伸后的纤维的细度为15dtex；
其中，依次排列七个牵引装置，第一牵引装置、第二牵引装置、第三牵引装置、第四牵引装置、第五牵引装置、第六牵引装置和第七牵引装置的牵引速度依次为100m/min、400m/min、800m/min、1200m/min、1600m/min、2000m/min和1950m/min；七个牵引装置的牵伸辊温度依次为120℃、120℃、120℃、130℃、130℃、130℃、80℃；
103)将拉伸后的纤维依次经气流摆丝铺网工艺，润滑加固工艺和拉幅定型工艺处理后，获得聚丙烯长丝针刺排水土工布，其中，润滑剂浓度10g/L，拉幅量为15％，牵引量5％。
润滑加固工艺过程中，采用三次针刺加固，每道针刺前均需喷洒润滑剂。
在拉幅定型工艺中，采用双向拉幅定型工艺。
聚丙烯长丝针刺排水土工布的重量为400g/m2。
拉幅温度设定为165℃。
在熔融纺丝工艺过程中，将聚丙烯切片和UV母粒熔融后纺丝，其中，UV母粒的质量分数为2％。
样品1性能见表1。
样品2的制备
制备样品2，样品2仅仅改变七个牵引装置的牵引速度，顺序排列的七个牵引装置的速度依次为200m/min、600m/min、1000m/min、1400m/min、2000m/min、2400m/min、2350m/min；样品2的性能见表1。
样品3的制备
制备样品3，样品3仅仅改变七个牵引装置的牵引速度，顺序排列的七个牵引装置的速度依次为80m/min、300m/min、600m/min、900m/min、1200m/min、1500m/min、1450m/min；样品3的性能见表1。
综上所述，样品1、样品2和样品3，优选地牵引速度范围为100-2000m/min，过大或者过小的牵引速度，会影响纤维的细度，最终影响纤维的强度。
第二牵引装置的牵引速度为第一牵引装置的牵引速度的4倍，第三牵引装置的牵引速度为第二牵引速度的2倍，第七牵引装置的牵引速度为第六牵引装置的牵引速度的0.97-0.98倍，各牵引装置的牵引速度设置最佳，为了保证单丝细度达到15dtex，需要多个牵引装置进行牵伸，且逐渐降低牵引装置的增速，可以有效的释放纤维在牵伸中的张力，避免断丝，保证单丝细度达到15dtex。
实施例二
本发明中所述样品4、样品5和样品6是在实施例一基础上的改进，实施例一中公开的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例公开的内容。
制备样品4，样品4仅改变润滑剂添加浓度，润滑剂的浓度为0g/L，获得的土工布的性能见表2。
制备样品5，样品5仅改变润滑剂添加浓度，润滑剂的浓度为5g/L，获得的土工布的性能见表2。
制备样品6，样品6仅改变润滑剂添加浓度，润滑剂的浓度为15g/L，获得的土工布的性能见表2。
样品4、样品5和样品6是在实施例一的基础上，仅改变润滑剂的浓度，发现，实施例一的润滑剂浓度为最优选择。
实施例三
本发明中所述样品7至样品11是在实施例一基础上的改进，实施例一中公开的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例公开的内容。
样品7是在实施例一的基础上，仅改变拉幅量，拉幅量为0％，测试获得的土工布的纵横向的强力比，见表3。
样品8是在实施例一的基础上，仅改变拉幅量，拉幅量为5％，测试获得的土工布的纵横向的强力比，见表3。
样品9是在实施例一的基础上，仅改变拉幅量，拉幅量为10％，测试获得的土工布的纵横向的强力比，见表3。
样品10是在实施例一的基础上，仅改变拉幅量，拉幅量为20％，测试获得的土工布的纵横向的强力比，见表3。
样品11是在实施例一的基础上，仅改变拉幅量，拉幅量为25％，测试获得的土工布的纵横向的强力比，见表3。
经实施例一、实施例二和实施例三的数据表明：
1、通过多个牵引装置设计，同时对各个牵引装置的牵引速度和牵引温度的设计，以获取一定细度的纤维，可以有效控制产品的等效孔径和垂直渗透系数，使土工布具有良好的水力学性能，排水和透水性提高。
2、本发明在润滑剂添加过程中，通过润滑剂浓度设计，及润滑剂添加步骤，减少单丝断裂，从而提高土工布强力。
3、本发明在拉伸定型过程中，通过牵引量、拉幅量和温度的设计，可以降低土工布的纵横向的强力比，甚至可以实现1:1。
4、本发明采用聚丙烯长丝，因聚丙烯为碳氢长链结构，结构稳定性好，具有优异的耐化学性能，在pH2-13范围内能够长期保持稳定，耐腐蚀性好，能够适应各种复杂的环境而不发生性能变化，可以提高土工布的力学性能，弥补了丙纶短纤及聚酯长丝土工布的劣势。
5、本发明通过制备方法的提出，获得的土工布强力提高了30％-50％。
表1隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的物理性能
Figure BDA0002876633100000101
表2隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的力学性能
Figure BDA0002876633100000102
表3隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的横纵向强力比
Figure BDA0002876633100000111
样品7至样品11，通过拉幅量的改变，发现，当拉幅量为15％时，可以获得横纵强度比为1:1。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
采用熔融纺丝工艺制备聚丙烯纤维；
采用至少三个依次间隔排列的牵引装置对聚丙烯纤维进行牵引拉伸，获得拉伸后的纤维，其中，顺序排列的牵引装置的牵引速度依次增加，纤维的细度为13-16dtex；
将拉伸后的纤维依次经气流摆丝铺网工艺，润滑加固工艺和拉幅定型工艺处理后，获得聚丙烯长丝针刺排水土工布。
2.根据权利要求1所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，其特征在于：牵引装置的牵引速度为100-2000m/min。
3.根据权利要求2所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，其特征在于：包括依次排列七个牵引装置；顺序排列的七个牵引装置的牵引速度的增加倍数依次递减。
4.根据权利要求3所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，其特征在于：七个顺序排列的牵引装置依次为第一牵引装置、第二牵引装置、第三牵引装置、第四牵引装置、第五牵引装置、第六牵引装置和第七牵引装置；
其中，第二牵引装置的牵引速度为第一牵引装置的牵引速度的4倍，第三牵引装置的牵引速度为第二牵引速度的2倍，第七牵引装置的牵引速度为第六牵引装置的牵引速度的0.97-0.98倍。
5.根据权利要1所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，其特征在于：各牵引装置的牵伸辊温度为80-130℃。
6.根据权利要求1所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，其特征在于：气流摆丝铺网工艺中气流压力为0.2-0.3MPa。
7.根据权利要求1所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法，其特征在于：拉幅定型温度为110-165℃，拉幅量为5-25％，牵引量3-10％。
8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法获得的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布，其特征在于：所述隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布为断裂强度≥30kN/m、断裂延伸率≥75％、顶破强力≥4.5KN、垂直渗透系数≥0.35cm/s、O90≥0.3mm和在pH 2-13时的强力保持率≥80％的聚丙烯长丝针刺排水土工布。
9.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法的制备系统，其特征在于：包括依次排列的熔融纺丝装置(1)、至少三个间隔排列的牵引装置(2)，摆丝铺网装置(3)、润滑加固装置(4)、拉幅定型装置(5)和收卷装置(6)。
10.根据权利要求9所述的隧道专用聚丙烯长丝针刺排水土工布的制备方法的制备系统，其特征在于：润滑加固装置(4)包括与摆丝铺网装置连接的预针刺装置(41)，与预针刺装置(41)连接的第一主针刺(42)，与第一主针刺(42)连接的第二主针刺(43)，第二主针刺(43)与拉幅定型装置(5)连接；在摆丝铺网装置(3)和预针刺装置(41)间还设有第一润滑剂添加装置(44)，预针刺装置(41)与第一主针刺(42)间设有第二润滑剂添加装置(45)；第一主针刺(42)和第二主针刺(43)间设有第三润滑剂添加装置(46)。
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