CN114875672B - 一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法，包括以下步骤：S1、配制亲水改性溶液，在碱性水溶液中加入聚多巴胺和柔软剂并搅拌使聚多巴胺和柔软剂溶解，再添加入聚乙烯醇和聚丙烯酸酯，搅拌均匀得到亲水改性溶液，并将亲水改性溶液存储在浸轧装置中；S2、编织经编间隔织物，在双针床经编机上分别导入第一纱线、第二纱线和第三纱线编织经编间隔织物，第一纱线用于编织第一织面，第二纱线用于编织第二织面，第三纱线用于编织间隔丝；S3、织物亲水处理，经编间隔织物下机后先送至浸轧装置内的亲水改性溶液进行浸轧处理，随后对浸泡后的经编间隔织物进行烘干处理，最后将烘干后的经编间隔织物打包成卷。

Description

一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土增强技术领域，特别涉及一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展与建设的多元性需求，水泥基纺织品复合材料愈加成为人们关注的焦点。短纤维增强与二维织物增强水泥基复合材料已是土工建筑用材料的必需产品，而三维结构纺织品增强水泥基材料，包括水泥毯等新型材料也逐渐被大力推广。目前，以柔性三维织物为主要增强骨架的水泥基复合材料，被广泛应用于沟渠、护坡、护岸等曲面施工场合，得益于纺织品层间结构与水泥混料的互锁效应，该类产品大幅降低了施工人力、设备成本并减少了传统混凝土施工对环境的粉尘污染，特别适用于快速建设及应急救灾场合。

经编三维织物(经编间隔织物)是目前主流的水泥毯基材，其常规厚度为3-85mm，可以满足不同施工场合对水泥毯的规格需求，而织物的厚度又主要由中间支撑层的间隔丝长度决定，间隔丝也是与水泥基体接触最为密集的纺织纤维材料。但值得注意的是，现有商用经编三维织物主要以截面为圆形的常规化纤长丝(如涤纶单丝、丙纶单丝)为层间连接丝，该类单丝表面光滑，回潮率小，属于疏水性材料，当水泥经水合作用与该类连接丝交联为一体后，实际并未产生理想的粘附效应，故在实际使用期间，经承压损害或长期曝晒，单丝与混凝土连接处会首先发生开裂破坏，造成的裂缝若进一步扩散，会严重影响产品的整体使用性能和寿命。

此外，目前对涤纶等化纤制品的表面亲水改性的方式主要分为物理改性、化学改性和表面物理改性三大类，但主要集中在对纤维及二维织物的改性，而针对三维立体结构织物，尤其是经编三维织物的改性相对较少，实际生产应用也鲜有普及。因此，需要一种简单的方法来提升经编三维织物的亲水性能，以期进一步提升水泥毯等三维织物增强混凝土材料的纤维/基体结合牢度，增强其使用工效。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制亲水改性溶液，在碱性水溶液中加入聚多巴胺和柔软剂并搅拌使聚多巴胺和柔软剂溶解，再添加入聚乙烯醇和聚丙烯酸酯，搅拌均匀得到亲水改性溶液，并将所述亲水改性溶液存储在浸轧装置中；

S2、编织经编间隔织物，在双针床经编机上分别导入第一纱线、第二纱线和第三纱线编织经编间隔织物，所述经编间隔织物包括第一织面、第二织面和间隔丝，所述第一纱线用于编织所述第一织面，第一织面为疏织面，所述第二纱线用于编织所述第二织面，第二织面为密织面，所述第三纱线用于编织所述间隔丝；

S3、织物亲水处理，所述经编间隔织物下机后先送至浸轧装置内的所述亲水改性溶液进行浸轧处理，随后对浸泡后的经编间隔织物进行烘干处理，最后将烘干后的经编间隔织物打包成卷。

在进一步的实施例中，步骤S1中，所述聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、柔软剂与聚多巴胺的混合质量比范围为10:1-1:1，所述碱性水溶液通过添加氢氧化钠调节pH值，所述pH值的范围为8-10，搅拌时温度控制在75-95℃，搅拌时间在10分钟以上。

在进一步的实施例中，步骤S2中，所述双针床经编机至少具有六把梳栉，从前针床到后针床分别设有梳栉GB1、GB2、GB3、GB4、GB5、GB6，且前针床和后针床的间隔距离为3-85mm。

在进一步的实施例中，步骤S2中，所述第一织面通过所述梳栉GB1、GB2编织，所述第一织面的组织结构为变化经平+编链组织、变化经平+经锻组织或变化编链+衬纬组织这三种组织结构中的一种，所述第一织面具有网眼结构，所述网眼形状为方格、菱形和六角中的一种或多种的组合，所述第一织面的厚度为0.5-2.0mm。

在进一步的实施例中，步骤S2中，所述第二织面通过所述梳栉GB5、GB6编织，所述第二织面的组织结构为编链、衬纬或变化经平中的一种或多种的组合，所述第二织面的厚度为0.5-2.0mm。

在进一步的实施例中，步骤S2中，所述间隔丝通过所述梳栉GB3、GB4编织，所述梳栉GB3、GB4对称编织或同向编织，所述间隔丝的排列方式为I字形、X字形、V字形或IXI形中的一种。

在进一步的实施例中，步骤S2中，所述第二纱线为普通化纤复丝、玄武岩纤维、玻璃纤维或高性能有机纤维复丝中的一种或多种纱线的组合，所述普通化纤复丝包括涤纶、丙纶和锦纶，所述高性能有机纤维复丝包括芳纶和超高分子量聚乙烯纤维。

在进一步的实施例中，步骤S2中，所述第三纱线为异形截面化纤单丝，所述第三纱线的直径为0.05-0.35mm，所述第三纱线为涤纶、锦纶、丙纶或聚乙烯纤维中的一种，所述第三纱线的异形截面形状为十字形、三叶形、三角形、四叶形、五角形或者其他多叶多角形，异形截面的中间芯层区域面积占比在30％以上。

在进一步的实施例中，步骤S3中，所述浸轧处理的浸轧速度为5-15m/min，浸轧压力为10-100kPa；所述烘干处理的烘干温度为60-90℃，烘干时间在10分钟以上。

一种基于亲水改性的增强混凝土用经编间隔织物的制备系统，所述系统包括双针床经编机、浸轧装置、烘干装置和收卷装置，所述浸轧装置包括半封闭式浸覆槽和半封闭式轧挤回收槽，所述半封闭式浸覆槽内存储有亲水改性溶液，所述浸覆槽的底部设置有加热温控装置，所述加热温控装置用于控制所述亲水改性溶液的温度，所述烘干装置包括半封闭式热风对流箱和吸风温控装置，所述吸风温控装置位于所述半封闭式热风对流箱的底部；

所述双针床经编机输出的经编间隔织物经由牵引辊送至所述半封闭式浸覆槽进行浸轧处理，随后经编间隔织物被送至所述半封闭式轧挤回收槽挤出多余的溶液，再送至半封闭式热风对流箱进行烘干处理，最后经编间隔织物由所述收卷装置打包成卷。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的方法采用聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、柔软剂和聚多巴胺制作亲水改性溶液，其中聚乙烯醇和聚丙烯酸酯是市面上常见化纤上浆原料，经济成本低，而聚多巴胺具备优异的高粘附性能，被广泛用于有机-无机界面的表面性能改善，通过三组分复合，可以有效粘附化纤单丝；

2.本发明的方法使用异形截面化纤单丝作为经编间隔织物的间隔丝，具有异形截面的化纤单丝具备更大的比表面积，相较于圆形截面，更利于与其他物质的粘附且不易剥离，可以充分吸附亲水改性溶液，且纵向表现出的沟槽效应可以起到水分传导作用，当混凝土填充后更利于层间上下水分的传递，大幅提高水合作用的均匀性，减少混凝土固化过程中局部因水分不足或过量带来的结构缺陷；

3.本发明的方法步骤简单，工序少，能够针对经编间隔织物整体改性，上下两个织面和间隔丝粘附亲水助剂后，能提高后续复合材料服役期间织物骨架上下两个织面、间隔丝层与混凝土的粘附牢度，不易脱拔分层，进一步提高了该类复合材料的整体力学性能。

附图说明

图1是本发明的一种基于亲水改性的增强混凝土用经编间隔织物的制备系统的平面结构示意图；

图2是本发明中的经编间隔织物的侧截面示意图；

图3是本发明中的第三纱线的皮芯结构示意图；

图1中，双针床经编机11、经编间隔织物12、牵引辊13、浸轧装置14、半封闭式浸覆槽141、亲水改性溶液142、加热温控装置143、半封闭式轧挤回收槽144、回收的亲水改性溶液145、烘干装置15、半封闭式热风对流箱151、吸风温控装置152、收卷装置16、底座17；

图2中，疏织面层21、间隔丝层22、异形截面间隔单丝23、密织面层24；

图3中，异形截面间隔单丝31、异形截面间隔单丝中间芯层区域311、异形截面间隔单丝凸起区域312、异形截面间隔单丝表面亲水助剂涂覆层32。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定中心的方向。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种基于亲水改性的增强混凝土用经编间隔织物的制备系统，该系统用于对经编间隔织物进行亲水改性处理，改性后的经编间隔织物用于制作水泥基复合材料。

本实施例的制备系统包括双针床经编机、浸轧装置、烘干装置和收卷装置，浸轧装置、烘干装置和收卷装置集成安装在平台底座上，双针床经编机输出的织物通过牵引辊连续不断地依次经由浸轧装置、烘干装置和收卷装置处理。

在本实施例中，双针床经编机用于编织经编间隔织物，且编织的经编间隔织物为单面网眼型立体结构织物，故双针床经编机至少具备六把梳栉，本实施例选取双针床拉舍尔经编机以满足编织经编间隔织物的要求。

在本实施例中，浸轧装置用于对经编间隔织物浸轧处理，浸轧装置包括半封闭式浸覆槽和半封闭式轧挤回收槽，半封闭式浸覆槽内存储有亲水改性溶液，浸覆槽的底部设置有加热温控装置，加热温控装置用于控制亲水改性溶液的温度，半封闭式轧挤回收槽用于回收经编间隔织物上多余的亲水改性溶液。

在本实施例中，烘干装置包括半封闭式热风对流箱和吸风温控装置，吸风温控装置位于半封闭式热风对流箱的底部。

具体实施过程：

双针床经编机输出的经编间隔织物经由牵引辊送至半封闭式浸覆槽进行浸轧处理，经编间隔织物被送至半封闭式轧挤回收槽挤出多余的溶液，再送至半封闭式热风对流箱进行烘干处理，最后经编间隔织物由收卷装置打包成卷。

实施例2：

本实施例提供了一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法，该方法使用实施例1中的制备系统实现，具体包括以下步骤：

S1、配制亲水改性溶液，在碱性水溶液中加入聚多巴胺和柔软剂并搅拌使聚多巴胺和柔软剂溶解，再添加入聚乙烯醇和聚丙烯酸酯，搅拌均匀得到亲水改性溶液，并将亲水改性溶液存储在浸轧装置中；

S2、编织经编间隔织物，在双针床经编机上分别导入第一纱线、第二纱线和第三纱线编织经编间隔织物，经编间隔织物包括第一织面、第二织面和间隔丝，第一纱线用于编织第一织面，第一织面为疏织面，第二纱线用于编织第二织面，第二织面为密织面，第三纱线用于编织间隔丝；

S3、织物亲水处理，经编间隔织物下机后先送至浸轧装置内的亲水改性溶液进行浸轧处理，随后对浸泡后的经编间隔织物进行烘干处理，最后将烘干后的经编间隔织物打包成卷，烘干后的经编间隔织物即为增强混凝土用经编间隔织物。

下面对每个步骤进一步的解释说明：

在步骤S1中，为了确保亲水改性溶液达到最佳改性效果，聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、柔软剂与聚多巴胺的混合质量比范围为10:1-1:1；碱性水溶液是氢氧化钠调配溶液，通过添加氢氧化钠调节pH值，pH值的范围为8-10；搅拌时温度控制在75-95℃，搅拌时间在10分钟以上。

步骤S2中，编织的经编间隔织物具有单面网眼结构，故双针床经编机至少具有六把梳栉，从前针床到后针床分别设有梳栉GB1、GB2、GB3、GB4、GB5、GB6，且前针床和后针床的间隔距离为3-85mm。

梳栉GB1、GB2编织第一织面，第一织面为疏织面，其组织结构为变化经平+编链组织、变化经平+经锻组织或变化编链+衬纬组织这三种组织结构中的一种，以便使第一织面具有网眼结构，而网眼形状为方格、菱形和六角中的一种或多种的组合，第一织面的厚度为0.5-2.0mm。第一织面的作用主要为方便后续干混水泥粉料或混凝土浆料的快速低阻力喂入。

梳栉GB5、GB6编织第二织面，第二织面为密织面，其组织结构为编链、衬纬或变化经平中的一种或多种的组合，第二织面的厚度为0.5-2.0mm。第二织面的主要作用是防止混凝土填料的泄漏损耗。

梳栉GB3、GB4编织间隔丝，梳栉GB3、GB4对称编织或同向编织，以便编织出间隔丝的立体跑列结构，而间隔丝的排列方式为I字形、X字形、V字形或IXI形中的一种。

步骤S3中，浸轧处理为物理改性方式，是将织物落布后直接运输至浸轧装置中进行轻压浸覆轧挤再烘干，亲水助剂将充分粘着于织物上下面层及中间间隔丝上，为节约亲水改性液用量及保证浸轧过程中对织物三维结构不产生损害，浸轧速度宜控制在5-15m/min，浸轧压力宜控制在10-100kPa。

进一步的，烘干处理的烘干温度为60-90℃，烘干时间在10分钟以上。

本实施例通过基材改性，将进一步促进经编间隔结构水泥基复合材料的高端化发展，开拓水泥毯等在国内的应用领域，诸如墙体隔音保暖、艺术家具设计等建筑工程，沟渠或人工河湖内衬等水利工程，道路、桥梁、涵洞、隧道修补承重等交通工程，山体、排污、填埋场地护坡或防风固沙等环境工程，填海护坡、水下管道、桥墩保护等海洋工程，水产、畜牧养殖或灌溉等农业领域，帐篷搭建、软地基抢修等军工领域。

实施例3：

本实施例提供了一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制亲水改性溶液，在碱性水溶液中加入聚多巴胺和柔软剂并搅拌使聚多巴胺和柔软剂溶解，再添加入聚乙烯醇和聚丙烯酸酯，搅拌均匀得到亲水改性溶液，并将亲水改性溶液存储在浸轧装置中；

S2、编织经编间隔织物，在双针床经编机上分别导入第一纱线、第二纱线和第三纱线编织经编间隔织物，经编间隔织物包括第一织面、第二织面和间隔丝，第一纱线用于编织第一织面，第一织面为疏织面，第二纱线用于编织第二织面，第二织面为密织面，第三纱线用于编织间隔丝；

S3、织物亲水处理，经编间隔织物下机后先送至浸轧装置内的亲水改性溶液进行浸轧处理，随后对浸泡后的经编间隔织物进行烘干处理，最后将烘干后的经编间隔织物打包成卷，烘干后的经编间隔织物即为增强混凝土用经编间隔织物。

在本实施例中，为了提高复合材料的整体力学性能，对步骤S2的经编间隔织物的纱线选材进行限定。

其中第一纱线和第二纱线可以选相同材质和相同粗细的原料，也可以选相同材质不同粗细的原料。为了更好的力学效果，第二纱线与第一纱线均为复丝，且第二纱线比第一纱线。复丝是指普通化纤复丝、玄武岩纤维、玻璃纤维或高性能有机纤维复丝中的一种或多种纱线，其中，普通化纤复丝包括涤纶、丙纶和锦纶，高性能有机纤维复丝包括芳纶和超高分子量聚乙烯纤维等。

间隔丝所采用的连接丝原料(即第三纱线)为直径0.05-0.35mm的异形截面化纤单丝，原料为涤纶、锦纶、丙纶或聚乙烯纤维中的一种，异形截面为十字形、三叶形、三角形、四叶形、五角形以及其他多叶多角形结构，为保证单丝整体具有良好的弹性模量，异形截面的中间芯层区域面积占比宜达到30％以上。

实施例4：

本实施例提供了一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法，该方法使用实施例1中的制备系统实现，具体包括以下步骤：

S1、亲水改性液配制

按照3:3:3:1的质量比称取聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚多巴胺、柔软剂。先将聚多巴胺和柔软剂共混溶于90℃恒温的氢氧化钠调配碱性水溶液中，pH值控制为8.5，再将聚乙烯醇、聚丙烯酸酯添加进去并均匀搅拌15min，存放至后道恒温浸轧槽内。

S2、经编三维织物编织

采用双针织拉舍尔经编机织造，针床间隔距离设置为8cm，GB1、GB2两把梳栉用于对称的变化经锻组织编织，构成六角+菱形复合网眼面层，GB3、GB4两把梳栉用于V字形排列的0.18mm四叶形异形涤纶单丝编织，GB5、GB6两把梳栉用于编链/经斜组织编织，上下表面层纱线原料选用同规格的300D/96f涤纶复丝。

本实施案例中，不同梳栉(GB1-GB6)的垫纱数码及穿经方式如下。

GB1：1-0-0-0/1-2-2-2/1-0-0-0/1-2-2-2/2-3-3-3/2-1-1-1//，1穿1空。

GB2：2-3-3-3/2-1-1-1/2-3-3-3/2-1-1-1/1-0-0-0/1-2-2-2//，1穿1空。

GB3：2-3-4-5/3-2-1-0//，1穿1空。

GB4：2-3-1-0/2-3-4-5//，1穿1空。

GB5：0-0-0-1/1-1-1-0//，满穿。

GB6：0-0-5-5/5-5-0-0//，满穿。

S3、织物亲水整理

经编间隔织物下机后先送至浸轧装置内的亲水改性溶液进行浸轧处理，随后对浸泡后的经编间隔织物进行烘干处理，最后将烘干后的经编间隔织物打包成卷，烘干后的经编间隔织物即为增强混凝土用经编间隔织物。

在本实施例中，浸轧速度为10m/min，浸轧压力为30kPa；烘干时间为30min，烘干温度为80℃；烘干后的经编间隔织物分段成卷，并密封干燥保存。

如图2所示，本实施例制备的增强混凝土用亲水改性经编间隔织物由疏织面层(第一织面)、间隔丝层和密织面层(第二织面)构成，异形截面间隔单丝在间隔丝层错位分布，连接并支撑上下层。亲水助剂在上下织物面层以及中间的间隔丝层均匀粘附，但不影响织物基本柔韧性。

亲水改性后的异形截面间隔单丝的皮芯结构以及异形截面的分布如图3所示。亲水改性异形截面间隔单丝由内部的单丝本体和外面包裹的表面亲水助剂涂覆层两部分组成。其中，异形截面间隔单丝本体又由中间芯层区域和凸起区域组成，中间芯层区域面积占单丝本体总面积65％。

效果测试：将本实施案例中亲水处理后的异形截面经编间隔织物样品与同规格普通圆形截面的未亲水改性对照组织物样品分别填满R.SAC 42.5型号的硫铝酸盐水泥干粉料，浇水固化并在20±1℃、90±3％温湿度条件下养护三天，根据GB/T 1449-2005标准进行三点弯曲测试，测试结果如下表所示。亲水改性后的异形截面水泥毯相比普通水泥毯抗弯承载力提升30％以上。

表1水泥毯三点弯曲测试结果对比

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种增强混凝土用经编间隔织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、配制亲水改性溶液，在碱性水溶液中加入聚多巴胺和柔软剂并搅拌使聚多巴胺和柔软剂溶解，再添加入聚乙烯醇和聚丙烯酸酯，搅拌均匀得到亲水改性溶液，并将所述亲水改性溶液存储在浸轧装置中；

S2、编织经编间隔织物，在双针床经编机上分别导入第一纱线、第二纱线和第三纱线编织经编间隔织物，所述经编间隔织物包括第一织面、第二织面和间隔丝，所述第一纱线用于编织所述第一织面，第一织面为疏织面，所述第二纱线用于编织所述第二织面，第二织面为密织面，所述第二纱线为普通化纤复丝、玄武岩纤维、玻璃纤维或高性能有机纤维复丝中的一种或多种纱线的组合，所述普通化纤复丝包括涤纶、丙纶和锦纶，所述高性能有机纤维复丝包括芳纶和超高分子量聚乙烯纤维；

所述第三纱线用于编织所述间隔丝，所述第三纱线为异形截面化纤单丝，所述第三纱线的直径为0.05-0.35mm，所述第三纱线为涤纶、锦纶、丙纶或聚乙烯纤维中的一种，所述第三纱线的异形截面形状为十字形、三叶形、三角形、四叶形、五角形或者其他多叶多角形，异形截面的中间芯层区域面积占比在30％以上；

S3、织物亲水处理，所述经编间隔织物下机后先送至浸轧装置内的所述亲水改性溶液进行浸轧处理，随后对浸泡后的经编间隔织物进行烘干处理，最后将烘干后的经编间隔织物打包成卷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中，所述聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、柔软剂与聚多巴胺的混合质量比范围为10:1-1:1，所述碱性水溶液通过添加氢氧化钠调节pH值，所述pH值的范围为8-10，搅拌时温度控制在75-95℃，搅拌时间在10分钟以上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中，所述双针床经编机至少具有六把梳栉，从前针床到后针床分别设有梳栉GB1、GB2、GB3、GB4、GB5、GB6，且前针床和后针床的间隔距离为3-85mm。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S2中，所述第一织面通过所述梳栉GB1、GB2编织，所述第一织面的组织结构为变化经平+编链组织、变化经平+经锻组织或变化编链+衬纬组织这三种组织结构中的一种，所述第一织面具有网眼结构，所述网眼形状为方格、菱形和六角中的一种或多种的组合，所述第一织面的厚度为0.5-2.0mm。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S2中，所述第二织面通过所述梳栉GB5、GB6编织，所述第二织面的组织结构为编链、衬纬或变化经平中的一种或多种的组合，所述第二织面的厚度为0.5-2.0mm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S2中，所述间隔丝通过所述梳栉GB3、GB4编织，所述梳栉GB3、GB4对称编织或同向编织，所述间隔丝的排列方式为I字形、X字形、V字形或IXI形中的一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中，所述浸轧处理的浸轧速度为5-15m/min，浸轧压力为10-100kPa；所述烘干处理的烘干温度为60-90℃，烘干时间在10分钟以上。

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