CN115161875B - 一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布及其生产工艺 - Google Patents

一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布及其生产工艺，属于土工布制备技术领域。该生产工艺包括下述步骤：(1)采用熔融挤出机构和纺丝机构制备复合纤维，所述复合纤维中，聚乙烯树脂为皮层、聚丙乙烯树脂为中层，聚丙烯树脂为芯层，聚乙烯树脂、聚丙乙烯树脂和聚丙烯树脂的重量比为1：(0.7‑1.5)：(5‑10)；(2)将复合纤维依次经过牵伸机构、卷曲切断机构得到复合短纤维；(3)将复合短纤维依次经过梳理铺网机构和针刺定型机构得到土工布。此生产工艺得到的土工布抗腐蚀和耐老化性能良好，可适用于不同使用环境及介质条件，能够解决现有土工布因结构缺陷及使用局限性导致无法满足使用者需求的问题。

Description

一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布及其生产工艺
技术领域
本申请涉及一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布及其生产工艺，属于土工布制备技术领域。
背景技术
土工布可应用于水电、公路、铁路、港口、机场、运动场馆、隧道、沿海滩涂、围垦、环保等领域。目前，应用于垃圾填埋场、垃圾填埋场封场、尾矿库工程、水库坝体、挡土墙排水、交通等环保工程反滤层的无纺土工布主要为涤纶(PET)或丙纶(PP)材质的长丝纺粘针刺无纺土工布和短纤针刺无纺土工布。但这两种无纺土工布在实际工程应用上均存在缺陷，涤纶(PET)土工布耐紫外线辐射较好，但耐强碱性能及抗水解性能亦较差；丙纶(PP)土工布有优良的耐酸耐碱性能，且有较好的芯吸效应，对水的渗透性能好，其机械性能亦十分优良，但其耐紫外线辐射较差。
长丝无纺土工布可以一步法生产且是连续丝束针刺成型，具有良好的纵向物理性能，但因丝束没有经过卷曲处理且相对趋向于纵向，其在使用过程中易松散失效，抗腐蚀和耐老化性能不佳；短纤无纺布具有良好的均匀性和密实性，但需两步法生产，生产周期长，并且力学指标偏低。
发明内容
为了解决上述问题，提供了一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布及其生产工艺，该生产工艺得到的土工布抗腐蚀和耐老化性能良好，可适用于不同使用环境及介质条件，能够解决现有土工布因结构缺陷及使用局限性导致无法满足使用者需求的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布的生产工艺，包括下述步骤：
(1)采用熔融挤出机构和纺丝机构制备复合纤维，所述复合纤维中，聚乙烯树脂为皮层、聚丙乙烯树脂为中层，聚丙烯树脂为芯层，所述聚乙烯树脂、聚丙乙烯树脂和聚丙烯树脂的重量比为1：(0.7-1.5)：(5-10)；
(2)将所述复合纤维依次经过牵伸机构、卷曲切断机构得到复合短纤维；
(3)将所述复合短纤维依次经过梳理铺网机构和针刺定型机构得到土工布。
该复合纤维为三层皮芯结构，其中聚乙烯树脂是一种熔点低，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀的树脂，将其作为三层皮芯结构的皮层，起粘结和保护中层和芯层的作用，聚丙乙烯树脂是一种乙烯和丙烯的共聚物，其综合性能优良，尺寸稳定性好，作为三层皮芯结构的中层，起共聚联接作用，聚丙烯树脂是一种具有耐化学性、高强度机械等性能的树脂，因其能在氧化作用下分解，所以将其作为三层皮芯结构的芯层，起物理增强作用。
采用上述生产工艺制备的土工布，在具备较高的机械性能的同时，还具备抗腐蚀、耐老化性能，其地域适应性灵活、结构稳固、物理性能好、使用寿命长且不需要二次加工，大大降低了生产成本及二次施工成本，解决了现有土工布因结构缺陷及使用局限性导致无法满足使用者需求的问题。
聚乙烯树脂、聚丙乙烯树脂和聚丙烯树脂的重量比为1：(0.7-1.5)：(5-10)，能够充分发挥上述三种树脂的作用，使得该复合纤维的抗腐蚀和耐老化性能达到最佳，同时增加三种树脂之间的接触面积，提高界面层的粘结强度，便于后续处理，从而得到高抗腐蚀和耐老化的土工布，优选的，聚乙烯树脂、聚丙乙烯树脂和聚丙烯树脂的重量比为1:1:8。
优选的，聚乙烯树脂的分子量为10000-30000，聚丙乙烯树脂的分子量为10000-15000，聚丙烯树脂的分子量为100000-200000，该分子量均指数均分子量。
可选地，所述熔融挤出机构包括第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机和第三螺杆挤出机；
将所述聚乙烯树脂和双抗母粒置于所述第一螺杆挤出机中熔融挤出；
将所述聚丙乙烯树脂和双抗母粒置于所述第二螺杆挤出机中熔融挤出；
将所述聚丙烯树脂和双抗母粒置于所述第三螺杆挤出机中熔融挤出；
优选的，所述聚乙烯树脂与所述双抗母粒的重量比为(95-98)：(2-5)；
所述聚丙乙烯树脂与所述双抗母粒的重量比为(95-98)：(2-5)；
所述聚丙烯树脂与所述双抗母粒的重量比为(95-98)：(2-5)。
更优选的，所述聚乙烯树脂与所述双抗母粒的重量比为98：2；
所述聚丙乙烯树脂与所述双抗母粒的重量比为98：2；
所述聚丙烯树脂与所述双抗母粒的重量比为98：2。
可选地，所述第一螺杆挤出机的进料段温度为170-180℃，压缩段温度为210-220℃，计量段温度为200-210℃，长径比为30:1，直径为150mm；
所述第二螺杆挤出机的进料段温度为210-220℃，压缩段温度为230-240℃，计量段温度为220-230℃，长径比为20:1，直径为160mm；
所述第三螺杆挤出机的进料段温度为200-210℃，压缩段温度为220-230℃，计量段温度为210-220℃，长径比为20:1，直径为160mm。
优选的，所述第一螺杆挤出机的进料段温度为180℃，压缩段温度为220℃，计量段温度为210℃；所述第二螺杆挤出机的进料段温度为220℃，压缩段温度为240℃，计量段温度为230℃；所述第三螺杆挤出机的进料段温度为210℃，压缩段温度为230℃，计量段温度为220℃。
上述物质的比例能够有效结合三种原料的特性，10％占比的聚乙烯树脂为复合纤维的皮层，其低熔点和耐腐蚀的特性可有效提高土工布纤维间抱合力并具有良好的抗腐蚀性能；10％占比的聚丙乙烯树脂为复合纤维的中层，其特性相近性有助于增强复合纤维层间结构的稳定性；80％占比的聚丙烯树脂为复合纤维的芯层，其高分子量和耐腐蚀的特性使其作为提高土工布力学和耐腐蚀性能的主要部分。
加热段设定较低的温度其目的是防止树脂粘流堵死进料口，另外，在加料段树脂不断压缩，空气要倒着从加料口排出；压缩段需要温度达到粘流温度才能熔融，然后不断压缩和增加熔层，就需要温度不断提高，才能使树脂分子链长短不等，不同热运动能量的高分子先后都熔融；计量段为螺杆螺沟固定沟深，其主要功能为混炼、熔胶输送、计量，还必须提供足够的压力，保持熔胶均匀温度及稳定熔融塑料的流量，所以其温度设定比压缩段略低。
就聚乙烯材料而言，螺杆挤出机各区温度在170～220℃时，聚乙烯熔体的流变性最适合用于纺丝，就聚丙乙烯材料而言，螺杆挤出机各区的温度在210～240℃时，聚丙乙烯熔体的流变性最适合纺丝，就聚丙烯材料而言，螺杆挤出机各区的温度在200～230℃时，聚丙烯熔体的流变性最适合纺丝，由于聚乙烯、聚丙乙烯与聚丙烯在复合后存在温度差，因此不可避免的需要发生热交换，高温的聚丙乙烯熔体向低温的聚乙烯、聚丙烯熔体传递热量，聚丙乙烯熔体升温后粘度降与聚乙烯接近，因此，第二螺杆挤出机的各区温度最合适的范围为210～240℃，在该温度参数下，聚乙烯、聚丙乙烯和聚丙烯的复合体温度在210～240℃的温度范围内，达到复合体的融化喷丝条件，又保证聚乙烯、聚丙乙烯和聚丙烯的温度小于300℃，防止热分解。
可选地，所述纺丝机构包括三组分纺丝单元、丝束冷却单元和丝束上油单元；
所述三组分纺丝单元内设置有开设有喷丝孔的喷丝板，喷丝孔包括皮层流道、中层流道和芯层流道，将所述第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机和第三螺杆挤出机挤出的原料分别流经所述皮层流道、中层流道和芯层流道得到所述复合纤维，并通过所述丝束冷却单元和丝束上油单元对所述复合纤维进行冷却和上油；
优选的，所述三组分纺丝单元的温度为255-265℃，所述丝束冷却单元的风温为15-20℃，风湿为65-80％，风速为0.8-1m/s，所述丝束上油单元的温度为40-50℃，含油量为20％-30％。
丝束冷却单元通过由里往外的内环吹风进行冷却，有助于确保出自喷丝板的中心区域以及出自喷丝板的边缘区域的丝条获得均匀的吹风冷却效果而得以保障纤维的质量、有利于提高出自喷丝板的喷丝孔的丝条的凝固速度而得以避免丝条相互粘合、有益于满足对大直径的喷丝板的喷丝孔中喷出的丝条进行快速均匀冷却的要求而得以提高聚乙烯、聚丙乙烯、聚丙烯三组分纤维结构稳定性，保证纤维耐腐蚀及抗老化性能。
丝束上油单元为接触式浸油，油剂中含有润滑剂、抗静电剂和乳化剂，润滑剂的作用是控制纤维与纤维间的摩擦、纤维与金属间的摩擦和磨损；抗静电剂可以减少纤维生产过程中的静电；乳化剂用于形成水包油或油包水的乳液。
可选地，所述牵伸机构包括丝束油浴单元、第一丝束牵伸单元、丝束蒸汽加热单元和第二丝束牵伸单元；
所述丝束油浴单元的温度为90-110℃，丝束的浸油时间为0.5-1min，丝束内部的含油量为10％-20％，纤维经过充分的油浴后可增加纤维的集束性，这样可以减少毛羽、毛丝的产生，增加丝束强度，可以提高纤维柔顺性，让丝束柔软，增加手感，可以消除纤维牵伸摩擦产生的静电，提高织造效率和质量；
所述第一丝束牵伸单元的第一牵伸速度为20-30m/min；
所述丝束蒸汽加热单元的加热温度为110-120℃，时间为15s；
所述第二丝束牵伸单元的第二牵伸速度为60-90m/min，所述第二牵伸速度与所述第一牵伸速度的比值为(2.8-3.0)：1，优选为3:1。在第一丝束牵伸单元内，复合纤维进行慢牵伸，增强其拉伸性能，接着通过丝束蒸汽加热单元使得复合纤维软化适中，软化后的复合纤维通过第二丝束牵伸单元进行快牵伸，把纤维拉长，该第二牵伸速度与第一牵伸速度的比值即为复合纤维的牵伸比。牵伸温度对初生纤维的应力-应变曲线影响比较敏感，在多级牵伸时，纤维随着牵伸过程中发生取向和结晶等结构变化，牵伸温度要逐级提高，但牵伸温度要低于纤维的熔点，由于牵伸时的取向作用和分子热运动的解取向作用是对立统一的，温度过高，解取向转化为矛盾的主要方面，纤维强度会因之而下降。其次温度过高还会使结晶速度增大，拉伸应力上升。
所述牵伸比下能够增强复合纤维的结晶效果和分子取向，避免纤维出现损伤、降解，从而提高复合纤维拉伸性能，保证其抗腐蚀和耐老化性能。
可选地，所述卷曲切断机构包括丝束卷曲单元、丝束定型单元和丝束切断单元；
丝束卷曲单元包括第一卷曲机和第二卷曲机，将经过牵伸机构牵伸后的复合纤维送至丝束卷曲单元进行再次上油，上油后的复合纤维依次经过第一卷曲机和第二卷曲机卷曲，所述第一卷曲机的温度为30-40℃，箱压为1.5-2Kg/cm2，辊压为2.5-3Kg/cm2，卷曲数为10-15个/25mm，第二卷曲机的温度为40-50℃，箱压为2-2.5Kg/cm2，辊压为3-5Kg/cm2，卷曲数为15-20个/25mm；
所述丝束定型单元的加热温度为110-120℃，行走速度为60-80m/min；
所述丝束切断单元用于将丝束定型单元定型后的复合纤维切断为复合短纤维。
经过牵伸机构牵伸后的复合纤维再次上油，保持其柔软度和含油量，上油后的复合纤维经过第一卷曲机进行初步卷曲，卷曲后复合纤维经张力平衡后再进入第二卷曲机再次卷曲，加强卷曲效果，上述卷曲处理后的复合纤维，能够提高复合纤维的可纺性和合抱力，减少土工布表面的孔隙，使得土工布表面更加致密，从而提高土工布的抗腐蚀和耐老化性能。
可选地，经卷曲后的复合纤维通过摆丝杆进热定型机进行热定型，其加热温度为120℃，在晾板上对丝束晶型定型。该定型温度和行走速度能够加强对卷曲后的丝束的定型效果，其目的在于：一、消除纤维在牵伸过程中产生的内应力，使大分子发生一定程度的松弛，提高复合纤维的形状稳定性。二、改善符合纤维的物理机械性能，比如提高复合纤维的结晶度、弹性、打结强度、耐磨性等以及固定卷曲度或固定捻度。三、去除复合纤维在牵伸上油过程中所带入的水分，使复合纤维到达成品所需要的含湿要求，同时可以避免由于油剂不干，复合纤维长期存放而变黄的可能。
可选地，该丝束切断单元为切断机，采用由四周装有锋利切刀的“转盘”与自由旋转的“压轮”组成的压力切断机，将待切复合纤维经导向杆缠绕在“转盘”上，使纤维束压住刀口，随着“转盘”的不断转动，待切复合纤维层数增加，厚度也随之增加，致使“转盘”上的刀与“压轮”间的压力不断增大，接触刀刃的纤维束被切断。通过调整“转盘”上的刀片数和刀片间距来控制复合纤维的切断长度。
可选地，所述梳理铺网机构包括纤维存储单元、纤维梳理单元、铺网单元；
所述纤维梳理单元对所述复合短纤维进行梳理，以得到纤维网，所述纤维网的克重为20-40g/m2；
所述铺网单元为四帘式交叉折叠铺网型，所述铺网单元将所述纤维网铺叠交叉成由若干层纤维网组成的网毯，网毯的cv值为2～4％。
复合短纤维通过风送管道送入纤维存储单元，之后经定量喂入机喂入到纤维梳理单元，将复合短纤维进行打散、混合均匀，并利用成对罗拉表面的针布间的相互运动使分梳开的复合短纤维互相交错，利用复合短纤维自身的卷曲和摩擦形成一张均匀的纤维网，该纤维网经过铺网单元进行铺叠交叉成由若干层纤维网组成的网毯。
可选地，纤维存储单元设有纤维定量喂入装置，定量喂入装置可随产品克重调节，同时设有防抗静电油剂添加装置，以祛除复合短纤维表面静电，保证梳理效果。
可选地，所述针刺定型机构包括预针刺单元、主针刺单元和加热定型单元；
所述预针刺单元的植针密度为2800-3000枚/m，针频为750-800次/min，针深11-13mm；
所述主针刺单元包括正刺机和倒刺机，所述正刺机和倒刺机的植针密度为5000-6000枚/m、针频为900-1000次/min、针深4.5-5mm；
优选的，所述预针刺单元的植针密度为3000枚/m，针频为800次/min，针深13mm；所述正刺机和倒刺机的植针密度为6000枚/m、针频为1000次/min、针深5mm。
所述加热定型单元包括热风穿透机组和热轧定型机组，所述热风穿透机组的温度为120-130℃，所述热轧定型机组的温度为150-160℃。
将铺网单元得到的网毯，喂入预针刺单元对网毯进行预固结，制成具有一定厚度但仍不具备较高物理强力的土工布，经预针刺后的土工布通过输送辊喂入主针刺单元中，使用正刺机和倒刺机对土工布进行高速针刺，经高速针刺后的土工布具备符合规格的物理性能。
该铺网单元铺叠后纤维网毯的宽度不受梳理单元工作宽度限制；可获得很大单位面积质量的纤维网毯；该铺网单元还可以调节纤维网毯中复合纤维的排列方向，甚至使最终非织造材料的横向强力大于纵向强力，从而获得均匀性良好的纤维网毯。
经高速针刺后的土工布通过输送辊喂入加热定型机单元中，其中设有热风穿透机组和热轧定型单元，热风穿透机组可以将土工布在松弛条件下进行热处理，复合纤维的聚乙烯皮层遇热后变成熔融状态，使复合纤维之间呈黏连状态，中层的聚丙乙烯和芯层的聚丙烯遇热后收缩，使得纤维间的空隙变小，纤维间的摩擦作用增大，从而提高了纤维强度的利用率，使得土工布的力学强度提高；热轧定型单元利用一对或两对钢辊对热风穿透处理后的土工布进行加热、加压，使土工布纤维结构固结，增强复合短纤维抱合力，并且增加土工布表面的致密性，可有效的提高土工布的各项强度，并能很好的改善土工布的纵横向强度比，同时提高土工布的尺寸稳定性及抗腐蚀和耐老化性能。
可选地，经加热定型后的土工布，再通过成卷机构进行切断成卷，得到卷状的土工布，便于运输和后续使用。
可选地，所述复合纤维的直径为8-10D；
所述复合短纤维的长度为60-70mm。
根据本申请的另一个方面，提供了上述任一项所述的生产工艺制得的抗腐蚀和耐老化无纺土工布。
本申请的有益效果包括但不限于：
1.根据本申请的一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布的生产工艺，使用三种树脂制备得到三层皮芯结构的复合纤维，皮层聚乙烯树脂能够提高腐蚀性，芯层聚丙烯树脂能够提高机械强度和耐化学性，中层聚丙乙烯树脂能够增强皮层和芯层的连接强度，缩小其界面分离度，同时提高耐老化性能，使得复合纤维可在长时间和高温度下维持其抗腐蚀和耐老化特性。
2.根据本申请的一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布的生产工艺，纤维存储单元用于储存切断后的复合短纤维，纤维梳理单元用于将存储的复合短纤维梳理成薄型的纤维网，铺网单元用于将薄型的纤维网平铺成蓬松的层状结构，使得纤维网铺叠交叉成由若干层纤维网组成的网毯。
3.根据本申请的一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布的生产工艺，预针刺单元用于将蓬松层状结构的纤维网毯针刺成具有一定厚度的土工布，主针刺机单元用于将预针刺的土工布进行二次针刺制成具有一定强度土工布，加热定型单元通过热风粘合和热轧定型来提高土工布抗拉强力和尺寸稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例涉及的喷丝孔的结构示意图。
图2为本申请实施例涉及的复合纤维的截面图。
部件和附图标记列表：
21、喷丝孔；22、芯层流道；23、皮层流道；24、中层流道；25、皮层；26、中层；27、芯层。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请的实施例中分析方法如下：
依据GB 17632-1998《土工布及有关产品抗酸、碱液性能的试验方法》执行土工布的抗腐蚀测试，实验设备按标准要求设计，实验容器应有足够大的容积，并且能保持试液恒定的温度(60±1)℃，容器和装置所用的材料应能抗实验化学品的腐蚀，通常可用硼硅玻璃或不锈钢。试液选用无机酸(0.025mol/L的硫酸)和无机碱(氢氧化钙饱和悬浮液)两种，应使用化学纯的试剂，实验用水为3级水。按标准尺寸裁取三组样品，一组用作耐酸液的浸渍样；一组用作耐碱液的浸渍样；一组用作对照样。试样分别在两种液体中浸渍3d，两种液体温度均为(60±1)℃；对照样在温度为(60±1)℃的3级水中浸渍1h。浸渍完成后试样在室温或60℃温度下干燥。干燥后分别测试试样的重量变化、尺寸变化及拉伸性能的变化。其测得值质量、尺寸保持率≥90％，拉伸性能保持率≥85％为达到抗腐蚀性要求。
依据GB/T 16422.3《塑料实验室光源暴露实验方法第三部分：荧光紫外灯》执行土工布的耐老化测试，实验设备按标准要求设计，实验室光源选择1A型(UVA-340)紫外荧光灯，实验箱需提供与ISO4892-1一致的辐照度，并且温度可控，暴露循环按照循环序号1(辐照度0.76W/m-2/nm-1，循环周期为8h干燥，温度为60℃±3℃；4h凝露，关闭光源，温度50℃±3℃)来做。试样裁剪以能接受光照的样品尺寸大于11.5cm×5cm为准。循环时间20d后，取出试样并在室温下干燥。干燥后测试拉伸性能的变化。其测得值拉伸性能保持率≥85％为达到耐老化性能。
实施例1
参考图1-2，本实施例涉及一种一步法生产抗腐蚀、耐老化无纺土工布的生产工艺，包括下述步骤：
S001：将聚乙烯树脂和双抗母粒原料按(95-98)：(2-5)的重量比通过料斗加入第一螺杆挤出机中。第一螺杆挤出机的进料段温度为170-180℃，压缩段温度为210-220℃，计量段温度为200-210℃，长径比为30:1，直径为150mm。
S002：将聚丙乙烯树脂和双抗母粒原料按(95-98)：(2-5)的重量比通过料斗加入第二螺杆挤出机中。第二螺杆挤出机的进料段温度为210-220℃，压缩段温度为230-240℃，计量段温度为220-230℃，长径比为20:1，直径为160mm。
S003：将聚丙烯树脂和双抗母粒原料按(95-98)：(2-5)的重量比通过料斗加入第三螺杆挤出机中。第三螺杆挤出机的进料段温度为200-210℃，压缩段温度为220-230℃，计量段温度为210-220℃，长径比为20:1，直径为160mm。
S004：通过计量泵分别将重量比为1：(0.7-1.5)：(5-10)的聚乙烯树脂、聚丙乙烯树脂和聚丙烯树脂挤出并输送至三组分纺丝单元内的喷丝板处，喷丝板上设置有喷丝孔21，喷丝孔21包括皮层25流道23、中层26流道24和芯层27流道22，其中皮层25流道23与第一螺杆挤出机连通，中层26流道24与第二螺杆挤出机连通，芯层27流道22与第三螺杆挤出机连通，通过喷丝板的孔挤出成由若干根三层皮芯结构的复合纤维组成的纤维束，复合纤维由皮层25、中层26和芯层27组成，皮层25为聚乙烯树脂，中层26为聚丙乙烯树脂，芯层27为聚丙烯树脂。三组分纺丝单元的喷丝板设置在箱体内。箱体由蒸汽加热，三组分纺丝单元的温度为255-265℃，箱体内组件温度控制在±1℃以内。喷丝板为内径300nm和外径为400mm的圆盘，板孔呈放射状分布。
S005：采用丝束冷却单元和丝束上油单元对纤维束进行冷却和上油。丝束冷却单元通过由里往外的内环吹风进行冷却，风温为15-20℃，风湿为65-80％，风速为0.8-1m/s，所述丝束上油单元的温度为40-50℃，含油量为20％-30％。
S006：纤维束进入丝束油浴单元接触式浸油，温度为90-110℃，丝束的浸油时间为0.5-1min,丝束内部的含油量为10％-20％；浸油后的纤维束置于第一丝束牵伸单元进行慢牵伸，第一丝束牵伸单元的第一牵伸速度为20-30m/min；丝束蒸汽加热单元的加热温度为110-120℃，时间为15s；第二丝束牵伸单元的第二牵伸速度为60-90m/min，所述第二牵伸速度与所述第一牵伸速度的比值为(2.8-3.0)：1，优选为3:1。
S007：牵伸后的纤维束经过再次上油，保持其柔软度和含油量；上油后纤维束进入填塞箱式第一卷曲机，第一卷曲机上、下压辊通循环冷、热水，其由热水槽的热水循环系统供给，所述第一卷曲机的温度为30-40℃，箱压为1.5-2Kg/cm2，辊压为2.5-3Kg/cm2，卷曲数为10-15个/25mm，第二卷曲机的温度为40-50℃，箱压为2-2.5Kg/cm2，辊压为3-5Kg/cm2，卷曲数为15-20个/25mm；经卷曲后的纤维束接着通过摆丝杆进丝束定型单元进行热定型，其温度控制在110-120℃，在晾板上对纤维束晶型定型，丝束速度为60-80m/min。最后将定型后的纤维束放入丝束切断单元的切断机内，切断制得复合短纤维，复合短纤维的长度为60-70mm。
S008：复合短纤维通过风送管道送入纤维存储单元，纤维存储单元设有纤维定量喂入装置，定量喂入装置可随产品所需克重进行调整，同时设有防抗静电油剂添加装置，祛除纤维表面静电，保证梳理效果。
S009：定量喂入装置将祛除静电的复合短纤维喂入到纤维梳理单元，纤维纤维梳理单元为盖板式梳理型，通过设与其内的锡林辊、道夫辊、剥取辊、工作辊的锯齿在作用区内的相互作用对纤维集合体进行加工来完成梳理的任务，使得纤维由块状、束状逐渐变成单根纤维，利用成对罗拉表面的针布间的相互运动使分梳开的短纤维互相交错，利用短纤维自身的卷曲和摩擦形成一张均匀的纤维网，纤维网克重控制在20-40g/m2。
S010：纤维网经过铺网单元进行铺叠交叉成由若干层纤维网组成的网毯，网毯cv值为2～4％。
S011：网毯之后喂入预针刺单元对网毯进行预固结制成具有一定厚度但仍不具备较高物理强力的土工布，预针刺单元的植针密度为2800-3000枚/m，针频为750-800次/min，针深11-13mm。
S012：经预针刺后的土工布通过输送辊喂入主针刺单元，主针刺单元包括正刺机和倒刺机，对土工布进行高速针刺，正刺机和倒刺机的植针密度为5000-6000枚/m、针频为900-1000次/min、针深4.5-5mm，经高速针刺后的土工布具备符合规格的物理性能。
S013：经高速针刺后的土工布通过输送辊喂加热定型单元，加热定型单元包括热风穿透机组和热轧定型机组，热风穿透机组温度为120-130℃，可以将土工布纤维的聚乙烯皮层25进行熔融，使土工布的纤维互相粘结，增强纤维抱合力；热轧定型机组的温度为150-160℃，可以进一步增强土工布拉伸强度和结构稳定性。经加热定型单元定型后的土工布，再通过成卷单元进行切断成卷，制成卷状的具有抗腐蚀、耐老化性能的无纺土工布。
根据上述方法制备土工布1#-13#和对比土工布D1#-D2#，具体不同之处详见表1。其中土工布1#-11#和对比土工布D1#中，聚乙烯树脂和双抗母粒的重量比为98:2，第一螺杆挤出机的进料段温度为180℃，压缩段温度为220℃，计量段温度为210℃；聚丙乙烯树脂和双抗母粒的重量比为98:2，第二螺杆挤出机的进料段温度为220℃，压缩段温度为240℃，计量段温度为230℃；聚丙烯树脂和双抗母粒原料的重量比为98:2，第三螺杆挤出机的进料段温度为210℃，压缩段温度为230℃，计量段温度为220℃。S004步骤中三组分纺丝单元的温度为260℃，S005步骤中丝束冷却单元的风温为20℃，风湿为70％，风速为1m/s，丝束上油单元的温度为40℃，含油量为25％；S006步骤中丝束蒸汽加热单元的加热温度为120℃，S007步骤中丝束定型单元的热定型温度为120℃，丝束行走速度为70m/min，复合短纤维的长度为65mm；S011步骤中预针刺单元的植针密度为3000枚/m，针频为800次/min，针深13mm，S012步骤中正刺机和倒刺机的植针密度为6000枚/m、针频为1000次/min、针深5mm。
土工布12#与土工布2#的不同之处在于：土工布12#中，S005步骤中丝束冷却单元风温为30℃，风湿为50％，风速为0.5m/s，所述丝束上油单元的温度为60℃，含油量为30％，剩余步骤与土工布2#相同；土工布13#与土工布2#的不同之处在于：土工布13#中，S011步骤中预针刺单元的植针密度为2000枚/m，针频为650次/min，针深10mm，S012步骤中正刺机和倒刺机的植针密度为4000枚/m、针频为750次/min、针深4mm，剩余步骤与土工布2#相同。对比土工布D2#与土工布2#相比，制成的复合纤维为两层皮芯结构，聚丙烯和聚丙乙烯先混合，共同组成芯层27，聚乙烯为皮层25，该芯层27与土工布2#中芯层27和中层26的直径相同，剩余步骤与土工布2#相同。
下述表1中，温度的单位为℃，含油量和CV值的单位为％，箱压和辊压的单位为Kg/cm2，卷曲数的单位为个/25mm，纤维网克重的单位为g/m2。
表1
对上述实施例1制备的土工布1#-13#和对比土工布D1#-D2#进行抗腐蚀和耐老化性能测试，计算抗腐蚀测试后的重量变化率、尺寸保持率、拉伸性能保持率，并计算耐老化测试后的尺寸保持率和拉伸性能保持率，结果见下表2，其中重量变化率＝[(M0-M1)/M0]×100％，M0为测试前土工布的重量，M1为测试后土工布的重量；尺寸保持率＝100％-[(L0-L1)/L0]×100％，L0为测试前土工布的尺寸，L1为测试后土工布的尺寸，拉伸性能保持率＝100％-[(F0-F1)/F0]×100％，F0为测试前土工布的尺寸，F1为测试后土工布的尺寸。
表2
根据表2的测试结果可知，1)复合纤维的含油量直接影响复合纤维的梳理成网质量，上油量的过多会使复合纤维表面含油量增大，在梳理过程中会引起复合纤维与针齿表面摩擦力增大，导致缠绕转移罗拉的现象，绕花部位棉结增加，上油量过低会使复合纤维粗糙发涩，复合纤维成网困难，产生缠锡林现象，上油量的过多或过少可直接导致土工布的耐腐蚀和抗老化性能指标变差。2)复合纤维的卷曲数直接决定了复合纤维的可纺性，卷曲数过高不利于复合纤维的开松和牵伸的顺利进行，卷曲数过低复合纤维难以承受多道梳理和转移，纤维易伸直，卷曲数的过高或过低均会影响复合纤维的可纺性，从而导致土工布的耐腐蚀和抗老化性能指标变差。3)纤维网克重增加导致梳理机梳理负担增大，纤维转移梳理效果变差，网毯CV值增大，从而导致土工布的耐腐蚀和抗老化性能指标变差。4)加热定型温度过高会因纤维网结构受到相反作用而降低土工布强力，加热定型温度过低，不能达到热粘合和热定型的效果，也不能达到最高强力，从而导致土工布的耐腐蚀和抗老化性能变差。5)植针密度和针频的减少，使土工布针针刺密度降低，强力下降，结构稀疏，从而导致耐腐蚀和抗老化性能指标变差。6)复合纤维中聚乙烯的比例增大，聚丙乙烯和聚乙烯为复合芯层，生产的复合纤维梳理时成网困难，缠网和黏辊严重，热定型时聚乙烯融化，土工布黏连变形严重，从而导致耐腐蚀和抗老化性能指标变差。7)聚丙乙烯和聚乙烯为复合芯层时，复合纤维纺丝效果变差，纤维质量变低，从而导致耐腐蚀和抗老化性能指标变差。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种一步法生产抗腐蚀和耐老化无纺土工布的生产工艺，其特征在于，包括下述步骤：
（1）采用熔融挤出机构和纺丝机构制备复合纤维，所述复合纤维中，聚乙烯树脂为皮层、聚丙乙烯树脂为中层，聚丙烯树脂为芯层，所述聚乙烯树脂、聚丙乙烯树脂和聚丙烯树脂的重量比为1：（0.7-1.5）：（5-10），所述熔融挤出机构包括第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机和第三螺杆挤出机，所述纺丝机构包括三组分纺丝单元、丝束冷却单元和丝束上油单元；
（2）将所述复合纤维依次经过牵伸机构、卷曲切断机构得到复合短纤维，所述复合短纤维的长度为60-70mm；
（3）将所述复合短纤维依次经过梳理铺网机构和针刺定型机构得到土工布；
所述牵伸机构包括丝束油浴单元、第一丝束牵伸单元、丝束蒸汽加热单元和第二丝束牵伸单元；
所述丝束油浴单元的温度为90-110℃，丝束的浸油时间为0.5-1min，丝束内部的含油量为10%-20%；
所述第一丝束牵伸单元的第一牵伸速度为20-30m/min；
所述丝束蒸汽加热单元的加热温度为110-120℃，时间为15s；
所述第二丝束牵伸单元的第二牵伸速度为60-90m/min，所述第二牵伸速度与所述第一牵伸速度的比值为（2.8-3.0）：1；
所述卷曲切断机构包括丝束卷曲单元、丝束定型单元和丝束切断单元；
丝束卷曲单元包括第一卷曲机和第二卷曲机，将经过牵伸机构牵伸后的复合纤维送至丝束卷曲单元进行再次上油，上油后的复合纤维依次经过第一卷曲机和第二卷曲机卷曲，所述第一卷曲机的箱压为1.5-2Kg/cm2，辊压为2.5-3Kg/cm2，卷曲数为10-15个/25mm，第二卷曲机的箱压为2-2.5Kg/cm2，辊压为3-5Kg/cm2，卷曲数为15-20个/25mm；
所述丝束定型单元的加热温度为110-120℃，行走速度为60-80m/min；
所述丝束切断单元用于将丝束定型单元定型后的复合纤维切断为复合短纤维；
所述梳理铺网机构包括纤维存储单元、纤维梳理单元、铺网单元；
所述纤维梳理单元对所述复合短纤维进行梳理，以得到纤维网，所述纤维网的克重为20-40 g/m2；
所述铺网单元为四帘式交叉折叠铺网型，所述铺网单元将所述纤维网铺叠交叉成由若干层纤维网组成的网毯，网毯的cv值为2～4%；
所述针刺定型机构包括预针刺单元、主针刺单元和加热定型单元；
所述预针刺单元的植针密度为2800-3000枚/m，针频为750-800次/min，针深11-13mm；
所述主针刺单元包括正刺机和倒刺机，所述正刺机和倒刺机的植针密度为5000-6000枚/m、针频为900-1000次/min、针深4.5-5mm；
所述加热定型单元包括热风穿透机组和热轧定型机组，所述热风穿透机组的温度为120-130℃，所述热轧定型机组的温度为150-160℃。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述第一螺杆挤出机的进料段温度为170-180℃，压缩段温度为210-220℃，计量段温度为200-210℃，长径比为30:1，直径为150mm；
所述第二螺杆挤出机的进料段温度为210-220℃，压缩段温度为230-240℃，计量段温度为220-230℃，长径比为20:1，直径为160mm；
所述第三螺杆挤出机的进料段温度为200-210℃，压缩段温度为220-230℃，计量段温度为210-220℃，长径比为20:1，直径为160mm。
3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述三组分纺丝单元内设置有开设有喷丝孔的喷丝板，喷丝孔包括皮层流道、中层流道和芯层流道，将所述第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机和第三螺杆挤出机挤出的原料分别流经所述皮层流道、中层流道和芯层流道得到所述复合纤维，并通过所述丝束冷却单元和丝束上油单元对所述复合纤维进行冷却和上油。
4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于，所述三组分纺丝单元的温度为255-265℃，所述丝束冷却单元的风温为15-20℃，风湿为65-80%，风速为0.8-1m/s，所述丝束上油单元的温度为40-50℃，含油量为20%-30%。
5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述复合纤维的纤度为8-10D。
6.一种权利要求1-5任一项所述的生产工艺制得的抗腐蚀和耐老化无纺土工布。
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Denomination of invention: A one-step method for producing corrosion-resistant and aging resistant non-woven geotextiles and its production process

Granted publication date: 20230725

Pledgee: Yucheng Shandong rural commercial bank Limited by Share Ltd.

Pledgor: HAOYANG ENVIRONMENTAL CO.,LTD.

Registration number: Y2024980002017