一种径向异构聚丙烯长丝土工布及其制备方法

本发明涉及一种径向异构聚丙烯长丝土工布及其制备方法。

背景技术：

1、土工布又称为土工织物，是由纤维材料经过织造或非织造工艺加工而形成的一种具有透水性能的纺织品，在环保工程、高铁建设、海绵城市等各个工程领域都发挥着重大作用。在土工布的实际应用中，我国绝大部分使用的土工布为聚酯土工布，但是聚酯土工布耐酸碱性能差，与水泥接触会被分解成粉末。因此在现阶段的生产应用中聚酯土工布逐渐被耐酸碱性能良好的聚丙烯土工布所替代。

2、聚丙烯土工布具有良好的拉伸、过滤、抗渗透等性能，其力学性能是实际应用中非常重要的指标之一。这是因为土工布应用在土壤、岩石或其他的环境中会起到一定的加固和增强作用，所以必须要求土工布具有优异的撕裂、顶破等力学性能，使其能够在受到外力后仍能保持土工布的结构稳定，不发生断裂和变形。

3、为了满足聚丙烯土工布强力的生产要求，通常采用针刺工艺对纤网进行加固，其常规生产工艺如专利cn106676757a所述，以聚丙烯切片为主要原料，切片喂入螺杆机压机熔融挤出后，通过喷丝、冷却、牵伸过程形成聚丙烯长丝。再将纺出的连续长丝纤维进行分丝、铺网，同时对铺成的长丝纤维进行喷洒油剂，最后经过预针刺和主针刺两道针刺加固、分切收卷得到聚丙烯土工布。但是针刺加固会对纤维造成一定的损伤，容易发生纤维的断裂。并且此工艺生产的土工布强力有限，应用在一些特殊环境中会具有一定的局限性，因此提高聚丙烯土工布的强力成为当前研究的重点，人们做出如下研究：

4、(1)专利cn105821581a“一种高铁无砟轨道专用高强度聚丙烯土工布的制备方法”提供了一种高铁无砟轨道专用高强度聚丙烯土工布的制备方法。主要方法是先对聚丙烯交叉网布进行针刺扎乱处理，接着将处理后的纤网弯折重叠再次进行针刺扎乱处理得到半成品土工布，最后对半成品土工布进行上下针刺处理、热压定型、切边卷绕后得到土工布。由于该工艺将聚丙烯纤网全方位无死角针刺扎乱，虽然可以提高土工布强力，但反复的针刺过程会对纤维造成较大的损伤，容易发生纤维的断裂。

5、(2)专利cn106868718a“一种高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法”提供了一种高强聚丙烯纺粘针刺土工布及其制备方法。主要方法是在聚丙烯长丝成网前和两道针刺加固工艺之间对聚丙烯长丝进行两次上油。第一次上油是为了提高聚丙烯长丝的力学性能防止聚丙烯长丝在针刺工艺中断裂，第二次上油是为了加固增强纤维网。该工艺虽然能够有效提高土工布的强力，但无法满足不同环境下对土工布的力学性能要求，在使用过程中仍具有一定的局限性。

6、(3)专利cn203267359u“高强耐酸碱聚丙烯针刺非织造土工布”提供了一种高强耐酸碱聚丙烯针刺非织造土工布的制备方法。主要方法为纤维网、聚丙烯无纺布、玻璃纤维、聚丙烯无纺布按照由上至下的顺序依次层叠后经针刺使纤维网上的纤维刺穿，相互缠结为一体。虽然该土工布通过多层聚丙烯无纺布的编织，强度有所提高，但是多层的编织使得土工布的质量以及厚度增加，无法满足质轻、高强力性能产品的要求。

7、综上所述，当前制备的聚丙烯长丝非织造土工布在加固过程中对纤维的损伤较大，并且无法满足土工布在不同使用环境下的强度需求，因此研发高强度的聚丙烯土工布仍然是当前的热点。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出了一种径向异构聚丙烯长丝土工布及其制备方法。采用本发明制备方法，制得的聚丙烯土工布经过针刺和热黏合两道加固工艺后强力和尺寸稳定性都有所提高，能更好地满足土工布在不同使用环境下的力学要求；同时，该聚丙烯土工布在提高强力的同时减少了对纤维的损伤，延长了土工布的使用寿命，增加了其耐久性。

2、本发明通过以下技术方案解决上述问题。

3、本发明提供了一种径向异构聚丙烯长丝土工布，包括径向异构聚丙烯长丝交叉排列构成的纤网，还包括非织造针刺形成的、垂直锲入纤网的径向异构聚丙烯长丝纤维簇；所述纤网和纤维簇中的径向异构聚丙烯长丝之间各搭接处，均通过热粘合固结成一体；所述径向异构聚丙烯长丝的结晶度和熔点均由内向外逐层递减，外层熔点为130-134℃；所述径向异构聚丙烯长丝纤维的线密度为6-8dtex，断裂强力为5-15n；所述径向异构聚丙烯长丝土工布的面密度为100-800g/m2，拉伸断裂强力为8-59kn/m，cbr顶破强力为1.5-10.0kn，撕破强力为0.45-1.95kn；所述纤维簇的排列密度为110-150个/cm2。

4、一种径向异构聚丙烯长丝土工布的制备方法，包括下述步骤：

5、步骤1：将聚丙烯切片送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量泵计量后，由喷丝孔挤出；

6、步骤2：将步骤1得到的聚丙烯熔体细流通过侧吹风冷却、正压气流牵伸，得到径向异构聚丙烯长丝；

7、步骤3：将步骤2得到的径向异构聚丙烯长丝分丝铺网，得到径向异构聚丙烯长丝纤网；

8、步骤4：对步骤3得到的径向异构聚丙烯长丝纤网喷洒油剂；

9、步骤5：将步骤4喷洒油剂的径向异构聚丙烯长丝纤网依次进行正面针刺、纵向拉伸、反面针刺；

10、步骤6：将步骤5得到的径向异构聚丙烯长丝纤网依次进行平网热风穿透粘合、冷却、卷绕，即得到径向异构聚丙烯长丝土工布。

11、步骤7：采用yt010-5000型号土工布综合试验机对骤6得到的径向异构聚丙烯土工布进行拉伸试验和顶破强度试验，采用yg(b)026hc-250电子织物强力机对步骤6得到的土工布进行撕破强度试验。

12、优选的是，本发明步骤1的喷丝孔数量为6排，每个喷丝孔的熔体挤出量为1-4g/孔·min，排列密度内密外疏，内层排列密度为2个/cm2，外层排列密度为1个/cm2。

13、优选的是，本发明步骤2中的侧吹风冷却，采用双侧吹风形式，分上、中、下三层，每层高度为0.6m，风压为6.5-8.0mbar，上层吹风温度为22-25℃，风速为2.0-2.6m/s，中间层吹风温度为17-22℃，风速为2.7-3.7m/s，下层吹风温度为16-20℃，风速为3.0-4.1m/s；所述的正压气流牵伸，风压为0.1-1.0bar，牵伸通道的宽度为8-26mm。

14、优选的是，本发明步骤3中，成网时网下抽吸的负压值为6000-9000pa，抽吸风量为侧吹风风量和正压牵伸风量总和的1.3-1.7倍。

15、优选的是，本发明步骤4中，喷洒的油剂为丙纶超细旦丝油剂，径向异构聚丙烯长丝纤网的含油率为0.8％。

16、优选的是，本发明步骤5中，刺针垂直刺入纤网，其针刺频率为500-1500刺/min，针刺密度为110-150刺/cm2，针刺深度为5-11mm。

17、优选的是，本发明步骤6中，平网热风穿透粘合的热风温度为135-140℃。

18、优选的是，本发明步骤6中，采用风机抽取生产车间内的自然风，对土工布进行上下对吹冷却。

19、优选的是，本发明步骤6中，卷绕速度为3-8m/min。

20、优选的是，本发明步骤7中，拉伸时使用宽条法，纵横向各取10块宽度为200mm，长度为200mm的试样，上下夹持距离为100mm，拉伸速率为20mm/min。测试cbr顶破强力时取10块直径300mm的圆形试样，控制顶压杆以50mm/min的速度移动直至穿透试样。撕裂时采用梯形撕裂法，纵横向各取10块宽200mm，长75mm的试样并用梯形板在每个试样上画一个等腰梯形并在梯形短边中心剪一个15mm的切口，夹具初始距离为25mm，拉伸速率为100mm/min。

21、本发明中，得到的聚丙烯长丝纤维，外层结晶度和熔点均低于内层。本发明中纤网通过针刺形成的聚丙烯长丝纤维簇使长丝之间相互缠结，且长丝之间各搭接处均通过热粘合固结成一体，增大了土工布的强力的同时又减少了纤维之间的损伤。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、1、本发明通过调整喷丝孔的排列以及侧吹风的每层的吹风温度和风速，得到一种径向异构的聚丙烯长丝纤维，其径向结晶度和熔点均由内向外逐层递减。这种熔点内高外低的纤维在热粘合时纤维外层受热熔融后相互粘连在一起，纤维内层的力学性能不会受热风温度影响。

24、2、本发明的径向异构聚丙烯土工布与普通的聚丙烯土工布生产工艺相比，针刺和热粘合两道加固工艺不仅可以使纤维之间相互缠结，还可以使纤维受热熔融后相互粘连在一起而不影响纤维本身的力学性能，从而提高了抗拉伸变形能力和结构稳定性。采用本发明的聚丙烯土工布可以更好地满足实际应用中对土工布的不同强度需求，并且热粘合过程不仅增加了纤维之间的纠缠，还减少了加固过程中对纤维的损伤，延长了土工布的使用寿命。