CN113174921B - 一种聚合物共混型土工格室及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物共混型土工格室及制作方法，按照重量份数计，包括以下原料：HDPE 100份，PA626～34份，HDPE‑g‑MAH25～30份。其制作方法为：将HDPE、PA6和HDPE‑g‑MAH进行熔融共混并挤出形成聚合物片材，将聚合物片材焊接形成聚合物共混型土工格室。本发明提供的聚合物共混型土工格室能够同时兼具高密度聚乙烯和尼龙6的性能，韧性好、强度高、抗蠕变性强。

Description

一种聚合物共混型土工格室及制作方法
技术领域
本发明属于岩土工程及高分子材料科学领域，涉及一种聚合物共混型土工格室及制作方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
土工格室作为一种特种土工合成材料，因其特殊的三维蜂窝结构，在路基路面、边坡和挡土墙工程中运用广泛。相较于其他土工合成材料，土工格室的三维结构可以大大提高土体的表观粘聚力，究其原因，是竖向的格室片材对其包裹的土体有侧限约束作用。目前国内土工格室片材的主要生产原料多为高聚物，以高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和聚酯(PET)等高分子材料为主；格室节点呈现多样化，由超声波焊接逐渐发展为注塑、插接等节点连接方式。但是众多的工程实践表明，土工格室节点在一般在路基加筋等工程不易破坏，反而土工格室片材的拉伸蠕变变形，对加筋工程的服役寿命有着重要的影响。
随着我国基建工程的大力开展，工程上对土工格室的性能要求日渐提高。以高密度聚乙烯和聚丙烯为主的土工格室片材，大多是由双螺杆挤出机挤出而成，且高密度聚乙烯和聚丙烯本身抗拉强度低，耐久性(蠕变和老化)差，这大大降低了土工格室加筋工程的服役年限；而聚酯经过二次拉伸生产出的土工格室片材，虽然具有较大的抗拉强度，但其耐化学腐蚀性较差，不适于碱性环境(如垃圾填埋场等工程)，这大大制约了聚酯土工格室的应用范围。目前国内外并没有一种合适的高聚物用于生产土工格室，在既满足基本物理性能的条件下，又提高其抗蠕变性和抗老化性，且使用范围广。这迫切地需要开发一种新型土工格室材料，通过改变高聚物原料和配比，生产出更加性能优异的土工格室，尤其要有较强的耐久性，降低土工格室的蠕变折减系数，这对提高路基服役年限有着重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚合物共混型土工格室及制作方法，本发明提供的聚合物共混型土工格室能够同时兼具高密度聚乙烯和尼龙6的性能，韧性好、强度高、抗蠕变性强。尤其是在长期荷载下，可大幅度减小加筋土结构的长期变形，从而提高服役年限。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种聚合物共混型土工格室，按照重量份数计，包括以下原料：高密度聚乙烯(HDPE)100份，尼龙6(PA6)26～34份，高密度聚乙烯接枝马来酸酐(HDPE-g-MAH)25～30份。
土工格室的主要目的进行三维限制，因而需要其具有伸缩性好、质轻、耐磨、化学性能稳定、防变形等性能，因而土工格室的制备过程中的常规原料为HDPE。然而发明人研究发现，HDPE的韧性好，但材料强度低、抗蠕变性差。
PA6作为一种广泛的工程塑料，具有优异的抗拉和抗蠕变性能，但发明人研究发现，PA6分子端部的氨基吸水，这会造成后期材料性能衰减。
由于HDPE和PA6属于极难容体系，因此需要在共混阶段添加相容剂提高两者的相容度，本发明采用HDPE-g-MAH作为反应型相容剂，其分子链上的酸酐基可以和PA6中的极性氨基发生化学反应，生成HDPE-g-MAH-PA6，该相容剂起到乳化作用，可提高HDPE/PA6的相容性，从而使得土工格室能够同时兼具高密度聚乙烯和尼龙6的性能，在保证一定韧性的同时，大大减小了筋材的长期蠕变变形。
另一方面，一种上述聚合物共混型土工格室的制作方法，将HDPE、PA6和HDPE-g-MAH进行熔融共混并挤出形成聚合物片材，将聚合物片材焊接形成聚合物共混型土工格室。
本发明采用熔融共混的方式对聚合物进行改性，能够使得HDPE-g-MAH中的酸酐基可以和PA6中的极性氨基发生化学反应，生成HDPE-g-MAH-PA6，同时HDPE-g-MAH起到乳化作用，可提高HDPE/PA6的相容性，从而使得土工格室能够同时兼具高密度聚乙烯和尼龙6的性能。
本发明的有益效果为：
1.本发明的制作过程简单便捷，在原有HDPE土工格室制作工艺的基础上，无需对仪器等进行改进，仅添加PA6和HDPE-g-MAH并调整配比就可实现聚合物共混型格室片材的制作。
2.本发明通过HDPE-g-MAH采用熔融共混的方式可以兼具HDPE与PA6材料的优势。
3.本发明通过熔融共混反应迅速，格室片材挤出后，24小时静置后即可使用。
4.本发明制备的土工格室性能优异，较HDPE有很大提升。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1制备的聚合物共混型土工格室应力应变曲线。
图2为本发明实施例1制备的聚合物共混型土工格室和HDPE土工格室蠕变性能比较。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
土工格室是由强化的HDPE片材料，经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构。
鉴于现有土工格室抗蠕变性差的缺陷，本发明提出了一种聚合物共混型土工格室及制作方法。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种聚合物共混型土工格室，按照重量份数计，包括以下原料：HDPE100份，PA626～34份，HDPE-g-MAH25～30份。
本发明采用HDPE-g-MAH作为反应型相容剂，其分子链上的酸酐基可以和PA6中的极性氨基发生化学反应，生成HDPE-g-MAH-PA6，该相容剂起到乳化作用，可提高HDPE/PA6的相容性，从而使得土工格室能够同时兼具高密度聚乙烯和尼龙6的性能。
本发明的另一种实施方式，提供了一种上述聚合物共混型土工格室的制作方法，将HDPE、PA6和HDPE-g-MAH进行熔融共混并挤出形成聚合物片材，将聚合物片材焊接形成聚合物共混型土工格室。
本发明采用熔融共混的方式对聚合物进行改性，能够使得HDPE-g-MAH中的酸酐基可以和PA6中的极性氨基发生化学反应，生成HDPE-g-MAH-PA6，同时HDPE-g-MAH起到乳化作用，可提高HDPE/PA6的相容性，从而使得土工格室能够同时兼具高密度聚乙烯和尼龙6的性能。
该实施方式的一些实施例中，制备聚合物片材采用双螺杆片材挤出机熔融共混挤出工艺。
在一种或多种实施例中，螺杆转速为150～250r/min。
在一种或多种实施例中，加热区至少7个，从第一加热区至最后加热区的温度依次下降。下降幅度为0～10℃。第二加热区至第三加热区的温度开始实质下降，下降幅度为5～10℃。
具体的，第一加热区的温度为218～222℃。
具体的，第二加热区的温度为218～222℃。
具体的，第三加热区的温度为213～217℃。
具体的，第四加热区的温度为210～212℃。
具体的，第五加热区的温度为203～207℃。
具体的，第六加热区的温度为198～202℃。
具体的，第七加热区的温度为188～192℃。
该实施方式的一些实施例中，将HDPE、PA6和HDPE-g-MAH干燥后再制成聚合物片材。
在一种或多种实施例中，干燥的温度为75～85℃。干燥时间为10～14小时，效果更好。
该实施方式的一些实施例中，将挤出的聚合物片材静置20～30h，然后焊接形成聚合物共混型土工格室。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
将100质量份HDPE、30质量份PA6、25质量份HDPE-g-MAH在80℃烘干机中烘干12小时，然后充分搅拌将其投入双螺杆片材挤出机，加热区温度分别为220℃、220℃、215℃、210℃、205℃、200℃、190℃，螺杆转速为200r/min。获得格室片材，静置24小时后超声波焊接为聚合物共混型土工格室。
获得的聚合物共混型土工格室的应力-应变曲线如图1所示，图1表明，该实施例制备的聚合物共混型土工格室的屈服强度为30MPa，力学性能优异。图2为聚合物共混型土工格室和HDPE土工格室的蠕变性能比较，该图是由等温阶梯法(SIM)加速蠕变试验得到，试验数据表明在75年后，HDPE土工格室的应变将在40％左右，而聚合物共混型土工格室的蠕变在10％左右，抗蠕变性能较好。
实施例2
将100质量份HDPE、30质量份PA6、27质量份HDPE-g-MAH在80℃烘干机中烘干12小时，然后充分搅拌将其投入双螺杆片材挤出机，加热区温度分别为220℃、220℃、215℃、210℃、205℃、200℃、190℃，螺杆转速为200r/min。获得格室片材，静置24小时后超声波焊接为聚合物共混型土工格室。
实施例3
将100质量份HDPE、30质量份PA6、29质量份HDPE-g-MAH在80℃烘干机中烘干12小时，然后充分搅拌将其投入双螺杆片材挤出机，加热区温度分别为220℃、220℃、215℃、210℃、205℃、200℃、190℃，螺杆转速为200r/min。获得格室片材，静置24小时后超声波焊接为聚合物共混型土工格室。
实施例4
将100质量份HDPE、30质量份PA6、30质量份HDPE-g-MAH在80℃烘干机中烘干12小时，然后充分搅拌将其投入双螺杆片材挤出机，加热区温度分别为220℃、220℃、215℃、210℃、205℃、200℃、190℃，螺杆转速为200r/min。获得格室片材，静置24小时后超声波焊接为聚合物共混型土工格室。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚合物共混型土工格室，按照重量份数计，包括以下原料：HDPE 100份，PA6 26~34份，HDPE-g-MAH 25~30份；将HDPE、PA6和HDPE-g-MAH进行熔融共混并挤出形成聚合物片材，将聚合物片材焊接形成聚合物共混型土工格室；
其中，熔融共混的方式能够使得HDPE-g-MAH中的酸酐基和PA6中的极性氨基发生化学反应，生成HDPE-g-MAH-PA6。
2.如权利要求1所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，制备聚合物片材采用双螺杆片材挤出机熔融共混挤出工艺。
3.如权利要求2所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，螺杆转速为150~250 r/min。
4.如权利要求2所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，加热区至少7个，从第一加热区至最后加热区的温度依次下降。
5.如权利要求4所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，第一加热区的温度为218~222℃；
或，第二加热区的温度为218~222℃；
或，第三加热区的温度为213~217℃；
或，第四加热区的温度为210~212℃；
或，第五加热区的温度为203~207℃；
或，第六加热区的温度为198~202℃；
或，第七加热区的温度为188~192℃。
6.如权利要求2所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，将HDPE、PA6和HDPE-g-MAH干燥后再制成聚合物片材。
7.如权利要求6所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，干燥的温度为75~85℃。
8.如权利要求7所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，干燥时间为10~14小时。
9.如权利要求2所述的聚合物共混型土工格室的制作方法，其特征是，将挤出的聚合物片材静置20~30h，然后焊接形成聚合物共混型土工格室。
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