一种聚丙烯长丝土工布及其制备方法与应用与流程

本发明属于土工材料，具体涉及聚丙烯长丝土工布及其制备方法与应用。

背景技术：

1、聚丙烯长丝纺粘针刺土工布因其力学性能均衡、孔隙结构稳定，广泛应用于水利工程的防渗、加固与防护。然而，在长期复杂水文环境作用下，现有产品普遍存在三大技术瓶颈：

2、1、力学性能不足：传统产品纤维缠结强度有限，在高速水流冲刷与泥沙砾石顶刺下，易发生拉伸断裂与穿刺破损，难以满足高标准工程需求；

3、2、耐老化性能差：长期暴露于紫外线、干湿循环及微生物环境中，聚丙烯分子链易降解，导致材料脆化、强度骤减，使用寿命多仅为3-5年，维护成本高昂；

4、3、生态相容性低：布体表面光滑，与土体界面结合力弱，易引起水土流失；且其表面易滋生有害微生物，可能对水体造成微污染，难以契合现代生态水利理念。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种聚丙烯长丝土工布及其制备方法与应用，采用聚丙烯切片、增韧母粒、抗老化母粒、抗菌母粒和增厚剂作为原料，通过双螺杆挤压机熔融、熔体过滤器过滤杂质、纺丝箱体和组件纺丝、冷却牵伸、摆丝铺网、润滑加固、增厚剂浸渍、拉幅定型、卷绕成卷等工序形成特有的水利工程用聚丙烯长丝土工布产品；该聚丙烯长丝土工布产品具有强度高、耐腐蚀、抗氧化、透水性能好等特点，有效解决了现有技术中土工布强度低、易老化和易腐蚀的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

3、第一方面，本发明提供一种聚丙烯长丝土工布，所述聚丙烯长丝土工布的制备原料包括聚丙烯切片、增韧母粒、抗老化母粒和抗菌母粒；其中，所述增韧母粒包括聚氯乙烯粒子；

4、所述聚丙烯长丝土工布通过将所述聚丙烯切片、增韧母粒、抗老化母粒和抗菌母粒混合熔融得到熔体，所述熔体依次经过熔体挤出、纺丝、冷却牵伸、摆丝铺网、润滑加固、增厚剂浸渍、拉幅定型和卷绕成卷制备得到；其中，

5、所述增厚剂浸渍中采用的增厚剂包括聚丙烯酸酯类化合物。

6、本发明提供的聚丙烯长丝土工布，使用聚丙烯酸酯类化合物作为增厚剂对聚丙烯长丝土工布进行增厚，有效填充聚丙烯长丝土工布的纤维间孔隙，使土工布更加蓬松，厚度更大，因此土工布具备更加优良的导排水功能。

7、可选地，按质量百分数计，所述聚丙烯长丝土工布的制备原料包括以下成分：

8、聚丙烯切片 67%-85%、增韧母粒 10%-20%、抗老化母粒 0.5%-3%和抗菌母粒4.5%-10%。

9、可选地，所述聚氯乙烯粒子的尺寸为1-100 nm。

10、本发明提供的聚丙烯长丝土工布采用纳米聚氯乙烯粒子作为增韧剂的主要成分，由于纳米聚氯乙烯粒子的纳米粒子尺寸为1-100 nm，具有极大的比表面积，表面原子又有极高的不饱和性，因此表面活性非常大。环氧基团（熔融过程中通过氧化反应产生）在界面上与纳米粒子形成远大于范德华力的作用，能很好地引发微裂纹，吸收能量；该环氧基团既能引发银纹，又能终止裂纹。同时，纳米聚氯乙烯粒子具有很强的刚性，裂纹在扩展时遇到纳米粒子发生箨向或偏转，吸收能量而达到增韧目的。另外，纳米聚氯乙烯粒子与聚丙烯树脂具有良好的相容性，使基体对冲击能量的分散能力和吸收能力提高，导致韧性增大。

11、可选地，所述抗菌母粒包括载体和抑菌剂，所述抑菌剂包括纳米氧化锌氧化银和二氧化钛中至少一种，优选纳米氧化锌；所述载体包括聚丙烯树脂。

12、本发明中，所述抗菌母粒以聚丙烯树脂为载体、加注纳米氧化锌作为抑菌剂制备得到。

13、本发明提供的聚丙烯长丝土工布采用包含纳米氧化锌的抗菌母粒制备，由于锌与氧的结合，纳米氧化锌表面的电负性较一般的金属离子大，其电负性主要来源于纳米尺度与结构，由于其纳米尺度，更多锌原子裸露在外表，使得更多其表面带正电。而细胞表面的细胞壁（肽聚糖、磷壁酸、脂多糖）、细胞膜（磷脂）都为带负价电，根据电荷异性相吸原则，细菌会无选择的吸附。锌离子从纳米氧化锌表面释放出来，取代原来调节其生理活动的ca，mg等离子，使得蛋白质变性凝固、酶失去活性，使得细胞壁、细胞膜原有的功能失效，从而杀死细菌和微生物，达到抗菌的目的。

14、可选地，所述抗老化母粒包括载体和抗氧化剂。优选地，所述载体包括聚丙烯树脂。

15、本发明使用的抗老化母粒中抗氧化剂含量为20%-50%（例如，25%、30%、35%或40%），与聚丙烯树脂混熔后，每根丝都具备抗老化性能，经第三方检测机构检测（荧光紫外灯430h），断裂强度保持率≥85%。

16、第二方面，本发明提供一种上述聚丙烯长丝土工布的制备方法，包括以下步骤：

17、将聚丙烯切片、增韧母粒、抗老化母粒和抗菌母粒混合熔融得到熔体，所述熔体依次经过熔体挤出、纺丝、冷却牵伸、摆丝铺网、润滑加固、增厚剂浸渍、拉幅定型和卷绕成卷制备得到；其中，

18、在所述增厚剂浸渍中，将所述润滑加固得到的土工布浸渍增厚剂后，经压花辊挤压，在土工布表面形成凹凸不平的花纹。

19、可选地，所述混合熔融中，将增韧母粒、抗老化母粒和抗菌母粒混合得到复合母粒，然后将聚丙烯切片和复合母粒进行混合熔融，得到熔体。

20、优选地，所述混合熔融采用螺杆挤压机分段加热技术，其中，把螺杆挤压机分为10个区域；各区温度设置如下所示：

21、1-2区：200℃-208℃，3-4区：208℃-216℃，5-6区：216℃-224℃，7-8区：224℃-232℃，9-10区：232℃-240℃。

22、优选地，所述混合熔融采用双螺杆挤压机。

23、可选地，所述制备方法还包括熔体过滤除杂。

24、本发明中，将聚丙烯切片、增韧母粒、抗老化母粒和抗菌母粒混合熔融得到熔体，所述熔体经熔体挤出、熔体过滤除杂，然后进行纺丝。

25、优选地，所述熔体过滤除杂采用熔体过滤器。

26、优选地，所述纺丝采用纺丝箱进行纺丝。

27、可选地，所述冷却牵伸包括依次进行的机械牵伸、侧吹风冷却和气流牵伸。

28、优选地，所述侧吹风温度设置为12~18℃（即，15℃±3℃），侧吹风风速设置为0.5~1.5 m/s（即，1±0.5m/s）；侧吹风湿度设置为60~70%（即， 65%±5%）

29、优选地，所述气流牵伸的压力为0.60-0.70bar（例如，0.65 bar）。

30、本发明中，由纺丝形成的原纤维经过机械牵伸形成单丝（或丝束），然后再通过气流牵伸把丝束牵伸到成网帘上。

31、可选地，进行所述摆丝铺网的装置为带有静电消除器和喷淋设备的成网帘机。

32、本发明中，所述静电消除器和喷淋设备用于消除布面静电和布面翻网。将经过所述摆丝铺网得到的纤维网均匀铺设于所述成网帘机上。

33、可选地，所述摆丝铺网中，在整个网帘上加装两台静电消除器和一台喷淋系统。

34、可选地，所述喷淋系统中，每个喷头喷淋量设置为35~45 ml/min（40±5 ml/min），纺丝油剂的浓度为5.5~6.5% （例如，6%）。

35、本发明中，纺丝油剂在喷淋系统中使用，主要作用是保护纤维免受刺针损害。

36、可选地，所述润滑加固包括预针刺、主针刺ⅰ和主针刺ⅰi；纤网进入预针刺前，需要喷洒纺丝油剂（作为润滑剂）。

37、可选地，所述预针刺的操作参数包括：针刺密度为40-60g/cm2（即，50±10/cm2），针刺深度为10-12 mm（即，11.5±0.5mm）。

38、可选地，所述主针刺i的操作参数包括：针刺密度为55-75 g/cm（即，65±10/cm2），针刺深度为11.3-12.3 mm（即，11.8±0.5 mm）。

39、可选地，所述主针刺ii的操作参数包括：针刺密度为55-75 g/cm（即，65±10/cm2），针刺深度为11.3-12.3 mm（即，11.8±0.5 mm）

40、可选地，所述润滑加固采用三台针刺机，包括一台预针刺机和两台主针刺机。

41、优选地，所述增厚剂浸渍中，增厚剂的质量浓度为10%-15%。

42、优选地，在所述增厚剂浸渍中，将所述润滑加固得到的土工布充分浸渍增厚剂后，经压花辊挤压，挤出多余增厚剂的同时在土工布表面形成凹凸不平的花纹。

43、可选地，所述拉幅定型中，拉幅温度设定为115℃-150℃。

44、本发明中，所述拉幅定型中，经六区拉伸后的拉幅量可以根据客户的要求进行调整。通过调整温度和拉幅量，产品幅宽可以在3500 mm-5500 mm之间任意切换。并且纵横向强力比达到1:1。

45、可选地，所述拉幅定型后聚丙烯长丝土工布产品的幅宽为3500 mm-5500 mm，纵横向强力比为（0.9-1 .1）:1（例如，1:1）。

46、可选地，所述卷绕成卷后聚丙烯长丝土工布产品的卷径为30 cm-110 cm。

47、本发明中，所述卷绕成卷中，根据客户要求，产品卷径可以在30 cm-110 cm之间任意切换。采用了自动收卷技术，节约了大量的人力物力。

48、本发明提供的聚丙烯长丝土工布的制备方法，可以生产水利工程用聚丙烯长丝针刺土工布。以克重为500 g的聚丙烯长丝土工布产品为例，纵横向断裂强度≥35kn/m，纵横向断裂伸长率≥70%，纵横向撕破强力≥1100n，cbr顶破强力≥5.5kn，抗紫外线强度保持率≥85%，垂直渗透系数≥0.25cm/s。产品各项性能完全达到并超出《gb/t 17639-2023》等相关标准规定的技术要求。

49、第三方面，本发明提供了一种上述聚丙烯长丝土工布在水利工程领域中的应用。

50、本发明中，在相互不冲突的情况下，上述技术特征可以自由组合形成新的技术方案。

51、本发明提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下有益技术效果：

52、（1）本发明提供的聚丙烯长丝土工布采用纳米聚氯乙烯粒子作为增韧剂的主要成分，纳米聚氯乙烯粒子既能引发银纹，又能终止裂纹；同时，聚氯乙烯粒子具有的强刚性，以及其与聚丙烯树脂之间的良好相容性，有利于实现聚丙烯长丝土工布的增韧效果；

53、（2）本发明提供的聚丙烯长丝土工布，由于抑菌剂例如纳米氧化锌的存在，聚丙烯长丝土工布的表面带正电，能够无选择性吸附细菌，杀死细菌和微生物，达到抗菌的目的；实验表明，该聚丙烯长丝土工布产品对革兰氏阳性菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等菌种的杀菌率均达到95%以上，且抗菌效果具有持久性；

54、（3）本发明提供的聚丙烯长丝土工布的制备方法，使用聚丙烯酸酯类化合物作为增厚剂对聚丙烯长丝土工布进行增厚，有效填充聚丙烯长丝土工布的纤维间孔隙，使土工布更加蓬松，厚度更大，因此土工布具备更加优良的导排水功能；

55、（4）本发明提供的聚丙烯长丝土工布具有强度高、耐腐蚀、抗老化，透水性能好的特点，更加贴合水利工程的需求，因此具有广阔的市场前景。