CN116922608B - 一种土工复合材料的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种土工复合材料的制备工艺,包括混料工艺,步骤S1:将高分子基体原料和增强纤维原料按照设计的质量比或者体积比装入气力混合系统的混合腔(1)内;步骤S2:通过气力混合系统的进气通道(2)向混合腔(1)内接入低温气体,使高分子基体原料和增强纤维原料在低温气体的气力混合作用下充分混合第一时间;步骤S3:第一阶段混合结束后,通过气力混合系统的进气通道(2)向混合腔(1)内接入高温气体,使高分子基体原料和增强纤维原料在高温气体的气力混合作用下混合第二时间并使高分子基体原料和增强纤维原料在高温气体的高温作用下产生表面浸润,混合结束后,切断高温气体供应,高分子基体原料和增强纤维原料沉降堆积,完成混料。
Description
技术领域
本发明涉及土工复合材料技术领域,具体为一种土工复合材料的制备工艺。
背景技术
土工复合材料是用来制备土工织物、格栅、排水板等所用的高分子复合材料,以制备土工格栅为例,经塑化的土工复合材料通过挤出机挤出成型,再经过拉伸加工形成网格结构,可以根据不同的使用环境和需要,对拉伸强度、网孔尺寸、厚度等参数进行调整,以满足不同工程项目的需求。
当高分子土工复合材料是采用的纤维增强时,由于塑化挤出设备一般无法提供对高分子基体与增强纤维的充分均匀混合,因此至少需要先将高分子基体与增强纤维进行预混合再送入塑化挤出设备的料腔中熔融,目前常采用的球磨或搅拌的机械预混方式容易引入中间杂质或者对纤维材料造成损坏,气力混合方式则容易因纤维材料与高分子基体材料沉降分层而造成混合不均。
发明内容
本发明提供一种土工复合材料的制备工艺,同时解决背景技术提出的高效向土工复合材料生产线供应预混的纤维增强基体原料问题以及在气力混合中高效且充分均匀混合纤维增强基体原料问题。
本发明所采取的技术方案具体是:
一种土工复合材料的制备工艺,包括混料工艺,所述混料工艺包括如下步骤:
步骤S1:装料
将高分子基体原料和增强纤维原料按照设计的质量比或者体积比装入气力混合系统的混合腔内;
步骤S2:第一阶段混合
通过气力混合系统的进气通道向混合腔内接入低温气体,使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述低温气体的气力混合作用下充分混合第一时间;
步骤S3:第二阶段混合
第一阶段混合结束后,通过气力混合系统的进气通道向混合腔内接入高温气体,使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述高温气体的气力混合作用下混合第二时间并使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述高温气体的高温作用下产生表面浸润,混合结束后,切断高温气体供应,高分子基体原料和增强纤维原料沉降堆积,完成混料。
说明:本发明上述土工复合材料的制备工艺中,步骤S2中的所述低温气体的温度为常温,或者,虽经预热但不会使所述高分子基体原料和增强纤维原料产生表面浸润的温度;步骤S3中的所述高温气体的温度为至少使所述高分子基体原料表面微熔从而使所述高分子基体原料和增强纤维原料产生表面浸润的温度。
在进一步的实施方式中,还包括送料工艺,将所述混料工艺得到的混合料送入塑化挤出设备的料腔中进行所述土工复合材料的后续制备流程。
在进一步的实施方式中,所述低温气体的温度不超过80℃,所述高温气体的温度不低于120℃。
在进一步的实施方式中,步骤S3中的所述第二时间小于步骤S2中的所述第一时间。
在进一步的实施方式中,所述步骤S2中,先后接入常温气体和预热气体。
在进一步的实施方式中,所述的先后接入常温气体和预热气体是分别通过不同的进气通道进行接入。
在进一步的实施方式中,所述的低温气体和高温气体是分别通过不同的进气通道进行接入。
在进一步的实施方式中,在所述混料工艺中还与所述高分子基体原料和增强纤维原料一起加入有机助剂或无机助剂。
在进一步的实施方式中,所述气力混合系统连接到土工复合材料制备系统的塑化挤出设备,从而构成一体的制备系统。
在进一步的实施方式中,所述塑化挤出设备不再进行二次混料,或者,所述塑化挤出设备进行机械混料。
有益效果:
本发明提供的一种土工复合材料的制备工艺,通过为土工复合材料生产线提供气力混合系统,实现了高效向生产线供应预混的纤维增强基体原料的目的,以及,通过对气力混合系统应用科学的低温-高温两步混合法,在保证高效混合纤维增强基体原料的同时缓解不同状态原料的沉降不均问题,达到快速、充分且均匀的混合效果。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺采用的一种气力混合系统。
图2为本发明实施例的工艺采用的另一种气力混合系统。
图中各附图标记的含义:
1-混合腔;2-进气通道;21-进气通道A;22-进气通道B;3-供料口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种土工复合材料的制备工艺,包括混料工艺和送料工艺,混料工艺应用如图1或者图2所示意的气力混合系统,借助气力混合系统,能够克服传统球磨或搅拌等机械混合的弊端,并且,气力混合系统更容易通过与塑化挤出设备连线从而并入整个生产线,实现高效向生产线供应预混的纤维增强基体原料。
基于上述基础,本实施例中优选将图1或图2所示的气力混合系统连接到土工复合材料制备系统的塑化挤出设备,从而构成一体的制备系统,并且,塑化挤出设备可以不再进行二次混料,当然塑化挤出设备也可以进行简单的机械混料。气力混合中的混料工艺是本发明关键的改进,在接下来的实施例2中将着重介绍。
实施例2
本实施例以图1或者图2所示意的气力混合系统为例详细介绍本发明对混料工艺的改进,具体地,改进后的混料工艺包括如下步骤:
步骤S1:装料
本步骤是一般的装料步骤,将高分子基体原料和增强纤维原料按照设计的质量比或者体积比装入气力混合系统的混合腔1内。
制备土工复合材料的高分子基体原料的类型一般不限。拉伸土工格栅常用的高分子塑料材料可列举PP、PE、PVC、HDPE等,增强纤维优选耐蚀、耐磨的无机纤维,混合比例按照需要进行设计,视不同土工复合材料产品需要,纤维占比一般无下限,上限一般也不超过40vol%,向气力混合系统供应的高分子基体原料和增强纤维原料可以不进行任何提前混合或者仅进行简单的预混,不进行任何提前混合时也可以通过不同的供料通道进行送料,从而配比可以借助对送料速度的控制来实现。
需要说明的是,在本发明请求保护的方案中,并不限制高分子基体原料和增强纤维原料是仅有的两种原料,因为根据制备的产品需要,在混料工艺中还可能与所述高分子基体原料和增强纤维原料一起加入有机助剂或无机助剂,这些助剂可以是用于增强或改善土工复合材料性能的,可以是有利于下一步的塑化、拉伸等功能的,属于可预期的实施方式。
步骤S2:第一阶段混合
本步骤通过气力混合系统的进气通道2向混合腔1内接入低温气体,使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述低温气体的气力混合作用下充分混合第一时间。
这个阶段是高分子基体原料和增强纤维原料的高速混匀阶段,能够保证将本来没有经过预混的高分子基体原料和增强纤维原料快速进行充分的混合,因此,这里低温气体指的是以提供压力为主,不会改变材料状态或物理性质的气体,可以直接是常温气体,气体类型一般不限,但优选非活性气体像氮气或者成本不高的惰性气体。
步骤S3:第二阶段混合
本步骤是本发明中的关键改进所在,该步骤在第一阶段混合结束后,改为通过气力混合系统的进气通道2向混合腔1内接入高温气体,使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述高温气体的气力混合作用下混合第二时间并使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述高温气体的高温作用下产生表面浸润,混合结束后,切断高温气体供应,高分子基体原料和增强纤维原料沉降堆积,完成混料。
只在低温(常温)下进行气力混合容易产生混合不均匀的情况,这是因为高分子基体原料为粉料,与纤维规格和重力均有差别,被气体吹起的高分子基体原料和增强纤维原料在下落过程中容易因为粉料自纤维搭接缝隙中向下方滑移而呈现分层倾向,采用本发明的低温-高温两步混合法,在完成基础的低温混合使两种材料充分混合后,通过混合末期引入高温,经加热的高温气体至少使粉体(高分子基体原料)表面微熔(纤维材料在制备过程中也可能表面残留有机助剂等低熔点有机物质),被浸润的高分子基体原料和增强纤维原料之间产生明显的粘附力和滑移阻力,从而大大缓解了撤去气体之后的自然沉降过程中的分离倾向。
以上是本发明的主要原理,因此,步骤S3中的所述高温气体的温度为至少使所述高分子基体原料表面微熔从而使所述高分子基体原料和增强纤维原料产生表面浸润的温度,该温度受高分子材料类型以及气体吹送时间的影响而浮动,但一般不低于120℃,最高不超过250℃。
基于以上原理,本发明步骤S2中的低温气体也可以不是常温,而是经过低温预热,这种低温预热例如温度不超过80℃甚至不超过50℃,不会使所述高分子基体原料和增强纤维原料产生表面浸润,但有利于推进其后通入高温气体时发生浸润的进程,因此,在可选的实施方式中,所述步骤S2中可以先后接入常温气体和预热气体,常温气体和预热气体可以是通过如图1所示的系统中唯一的进气通道2先后接入,常温气体和预热气体也可以是通过如图2所示的系统中不同的进气通道(进气通道A、进气通道B)先后接入。
同理,步骤S2和步骤S3中所述的低温气体和高温气体也可以是通过如图1所示的系统中唯一的进气通道2先后接入,也可以是通过如图2所示的系统中不同的进气通道(进气通道A、进气通道B)先后接入。
根据本发明上述原理,步骤S3中的所述第二时间一般应当小于步骤S2中的所述第一时间,步骤S2中的第一时间保证了两种材料能够充分混合,可以在几分钟到几十分钟内视需要选择,步骤S3中的第二时间主要起对材料的高温浸润作用,如果持续过长会因为高温气体的温度在高分子基体材料的熔点以上而造成高分子基体材料的明显熔化,这是不期望的。
另外,本发明的气力混合系统也不限于图1或图2中所见的构造,只要能实现本发明的目的,现有技术中的同类气力混合系统所具有的结构或者可以实施的简单改型(例如但不限于为了便于气流引导而设置的气体管路、透气盖板/外壳,为了便于与塑化挤出设备的料腔配合作业而设置的卸料底盖/送料通道,为了实现自动控制而设置的称量机构、电磁阀等)都可以应用到本发明中。
综上,本发明实施例通过为土工复合材料生产线提供气力混合系统,实现了高效向生产线供应预混的纤维增强基体原料的目的,以及,通过对气力混合系统应用科学的低温-高温两步混合法,在保证高效混合纤维增强基体原料的同时缓解不同状态原料的沉降不均问题,达到快速、充分且均匀的混合效果,在土工复合材料生产领域具有较高产业价值。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种土工复合材料的制备工艺,包括混料工艺,其特征在于,所述混料工艺包括如下步骤:
步骤S1:装料
将高分子基体原料和增强纤维原料按照设计的质量比或者体积比装入气力混合系统的混合腔(1)内;
步骤S2:第一阶段混合
通过气力混合系统的进气通道(2)向混合腔(1)内接入低温气体,使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述低温气体的气力混合作用下充分混合第一时间;
步骤S3:第二阶段混合
第一阶段混合结束后,通过气力混合系统的进气通道(2)向混合腔(1)内接入高温气体,使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述高温气体的气力混合作用下混合第二时间并使所述高分子基体原料和增强纤维原料在所述高温气体的高温作用下产生表面浸润,混合结束后,切断高温气体供应,高分子基体原料和增强纤维原料沉降堆积,完成混料,被浸润的高分子基体原料和增强纤维原料之间产生明显的粘附力和滑移阻力,从而大大缓解了撤去气体之后的自然沉降过程中的分离倾向;
其中,步骤S2中的所述低温气体的温度为常温,或者,虽经预热但不会使所述高分子基体原料和增强纤维原料产生表面浸润的温度;步骤S3中的所述高温气体的温度为至少使所述高分子基体原料表面微熔从而使所述高分子基体原料和增强纤维原料产生表面浸润的温度;
所述气力混合系统连接到土工复合材料制备系统的塑化挤出设备,从而构成一体的制备系统;
将所述混料工艺得到的混合料送入塑化挤出设备的料腔中进行所述土工复合材料的后续制备流程;
所述塑化挤出设备不再进行二次混料;
所述低温气体的温度不超过80℃,所述高温气体的温度不低于120℃;
步骤S3中的所述第二时间小于步骤S2中的所述第一时间。
2.根据权利要求1所述的一种土工复合材料的制备工艺,其特征在于,所述步骤S2中,先后接入常温气体和预热气体。
3.根据权利要求2所述的一种土工复合材料的制备工艺,其特征在于,所述的先后接入常温气体和预热气体是分别通过不同的进气通道进行接入。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种土工复合材料的制备工艺,其特征在于,所述的低温气体和高温气体是分别通过不同的进气通道进行接入。
5.根据权利要求1所述的一种土工复合材料的制备工艺,其特征在于,在所述混料工艺中还与所述高分子基体原料和增强纤维原料一起加入有机助剂或无机助剂。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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