本发明涉及功能高分子材料
技术领域：
，具体涉及一种耐蠕变土工格室材料及其制备方法。
背景技术：
：土工格室是一种具有立体网状结构的土工合成材料、独特的三维立体结构，可有效地约束网格内的填充物，与填充物一起形成稳定的结构层，显示出其它平面土工合成材料无法相比的工程效果，正广泛的应用于软弱路基加固、边坡防护、挡土墙修建等工程。聚烯烃土工格室产品是由改性聚烯烃为原料经挤出成型分切再超声焊接而成的、展开后呈立体蜂窝状结构的土工合成材料。由于土工格室的生产流程长、成型工序多、应用环境复杂多变等特点，因此，对生产该产品的原材料及产品有如下的要求。(1)产品因有较好的机械性能，以防止在施工过程和应用过程中受到较强的外力、硬物穿刺等的破坏。(2)产品长期在复杂的环境中使用，选择材料时应考虑耐酸碱性和耐霉变等因素。(3)材料应有较好的抗老化性能，以满足在工程中长期稳定使用的需要。(4)我国广阔的地域，气温变化大，对南北方使用的适用性而言，产品所使用材料必须有较好的耐低、高温性能。(5)为适应土工格室的制备工艺要求，材料还需具有较好的可焊接性。(6)产品在工程应用中要求为外形尺寸整齐、焊距一致，整个网格体系强度一致。(7)产品应用较好的组件连接功能，以保证工程整体加固强度的一致性。但是，目前所使用的聚烯烃土工格室材料还存在以下问题：1、耐蠕变性能差；2、耐老化性能差；悬臂梁缺口冲击强度较低；拉伸强度低；弯曲模量较小；综合力学性能差(物理机械性能差)；3、耐低温性能较差；耐高温性能较差；综上，目前所使用的聚烯烃土工格室材料综合使用性能差，容易损坏，使用环境受限，且使用寿命短。基于上述情况，本发明提出了一种耐蠕变土工格室材料及其制备方法，可有效解决以上问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种耐蠕变土工格室材料及其制备方法。本发明的耐蠕变土工格室材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，既充分发挥各原料的优点，又相互补充，相互促进，制得的耐蠕变土工格室材料的蠕变比率低，具有优异的耐蠕变性能；悬臂梁缺口冲击强度高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量高；综合力学性能好。本发明的耐蠕变土工格室材料具有优异的耐蠕变能力和良好的耐候性能；是一种改性后的高分子复合材料，经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统，该结构体系能够伸缩自如，运输过程中可折叠，施工过程中可张拉成具有蜂窝状结构的立体网格，填入混凝土、碎石、残渣、泥土等物料，形成一种具有刚度和强大侧向限制力的结构体，具有良好的力学性能、地形适应性、长期耐蠕变、环保性等特点。为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：一种耐蠕变土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：55-65份，乙烯-醋酸乙烯共聚物：9-13份，短切纤维：15-25份，紫外吸收剂：0.3-0.8份，抗氧剂：0.4-0.9份，界面相容剂：4-7份，加工助剂：0.6-1.2份；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。本发明的耐蠕变土工格室材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，既充分发挥各原料的优点，又相互补充，相互促进，制得的耐蠕变土工格室材料的蠕变比率低，具有优异的耐蠕变性能；悬臂梁缺口冲击强度高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量高；综合力学性能好。此外，经测试本发明的耐蠕变土工格室材料的低温脆点可达-47℃，耐低温性能好；负荷下的热变形温度可达130℃，耐高温性能好；氧化诱导时间可达300min，耐老化性能好；综合使用性能好，不容易损坏，可适用于多种使用环境，且使用寿命长，经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统，具有良好的力学性能、长期耐蠕变，可广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。本发明的耐蠕变土工格室材料，以高密度聚乙烯为主要原料，硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；本发明引入了适当比例的乙烯-醋酸乙烯共聚物，配合界面相容剂、加工助剂，与高密度聚乙烯等其他组分相同性良好，能很好地形成均一材料，主要起到良好的增韧效果，以及一定的相容分散效果，提高本发明的耐蠕变土工格室材料韧性和柔软性，降低脆性，从而大大提高了本发明的耐蠕变土工格室材料的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度等力学性能，且可进一步提高本发明的耐蠕变土工格室材料的耐低温性能；本发明引入了适当比例的短切纤维；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维在本发明的原料体系中，配合乙烯-醋酸乙烯共聚物、界面相容剂、加工助剂，能够在高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等组分中很好地分散均匀，其中，主要利用短切玻璃纤维具有很好的刚性，短切芳纶纤维具有小的收缩率，短切玄武岩纤维具有更高的刚性，三者相互配合，具有良好的协同作用，不仅大大提高了本发明的耐蠕变土工格室材料的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度，还大大提高了本发明的耐蠕变土工格室材料的耐蠕变性能。优选的，所述耐蠕变土工格室材料由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：60份，乙烯-醋酸乙烯共聚物：11份，短切纤维：22份，紫外吸收剂：0.4份，抗氧剂：0.7份，界面相容剂：5份，加工助剂：0.9份；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。优选的，所述短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物中短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的质量之比为10：(13～16)：(4～6)。优选的，所述高密度聚乙烯为韩国sk3301。优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国塞拉尼斯(eva)1210。韩国sk3301具有更好尺寸稳定性，更小的收缩率，配合美国塞拉尼斯(eva)1210等进一步提高了本发明的耐蠕变土工格室材料的耐蠕变性能。优选的，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。优选的，所述的紫外吸收剂为紫外吸收剂770。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：(0.3～0.4)；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂626。发明人经过大量的试验发现：采用以上组成的所述抗氧剂，作为一种复合抗氧剂添加到本发明的原料体系中，两者相互配合，起到良好的协同作用，可大大提高本发明的材料的抗氧老化性能，进而显著增加本发明的耐蠕变土工格室材料在工程中户外使用的范围和使用寿命。优选的，所述加工助剂为硬脂酸和硬脂酸锌、硬脂酸钙中的至少两种。本发明还提供一种所述的耐蠕变土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述耐蠕变土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除短切纤维外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为3-5min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将短切纤维由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的耐蠕变土工格室材料；挤出过程中，调节主机转速、喂料速度(频率)的速度配比等工艺条件，使所述的耐蠕变土工格室材料均匀、平滑的挤出、造粒。其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为170-180℃，二区温度为180-185℃，三区温度为185-190℃，四区温度为190-200℃，五区温度为195-210℃，六区温度为200-210℃，七区温度为200-210℃，八区温度为200-210℃，九区温度为200-210℃，机头温度为200-210℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20hz。本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明的耐蠕变土工格室材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，既充分发挥各原料的优点，又相互补充，相互促进，制得的耐蠕变土工格室材料的蠕变比率低，具有优异的耐蠕变性能；悬臂梁缺口冲击强度高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量高；综合力学性能好。此外，经测试本发明的耐蠕变土工格室材料的低温脆点可达-47℃，耐低温性能好；负荷下的热变形温度可达130℃，耐高温性能好；氧化诱导时间可达300min，耐老化性能好；综合使用性能好，不容易损坏，可适用于多种使用环境，且使用寿命长，经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统，具有良好的力学性能、长期耐蠕变，可广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。本发明的耐蠕变土工格室材料具有优异的耐蠕变能力和良好的耐候性能；是一种改性后的高分子复合材料，经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统，该结构体系能够伸缩自如，运输过程中可折叠，施工过程中可张拉成具有蜂窝状结构的立体网格，填入混凝土、碎石、残渣、泥土等物料，形成一种具有刚度和强大侧向限制力的结构体，具有良好的力学性能、地形适应性、长期耐蠕变、环保性等特点。本发明的耐蠕变土工格室材料，以高密度聚乙烯为主要原料，硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；本发明引入了适当比例的乙烯-醋酸乙烯共聚物，配合界面相容剂、加工助剂，与高密度聚乙烯等其他组分相同性良好，能很好地形成均一材料，主要起到良好的增韧效果，以及一定的相容分散效果，提高本发明的耐蠕变土工格室材料韧性和柔软性，降低脆性，从而大大提高了本发明的耐蠕变土工格室材料的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度等力学性能，且可进一步提高本发明的耐蠕变土工格室材料的耐低温性能；本发明引入了适当比例的短切纤维；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。优选的，所述短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物中短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的质量之比为10：(13～16)：(4～6)。短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维在本发明的原料体系中，配合乙烯-醋酸乙烯共聚物、界面相容剂、加工助剂，能够在高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等组分中很好地分散均匀，其中，主要利用短切玻璃纤维具有很好的刚性，短切芳纶纤维具有小的收缩率，短切玄武岩纤维具有更高的刚性，三者相互配合，具有良好的协同作用，不仅大大提高了本发明的耐蠕变土工格室材料的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度，还大大提高了本发明的耐蠕变土工格室材料的耐蠕变性能。本发明的制备方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。实施例1：一种耐蠕变土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：55-65份，乙烯-醋酸乙烯共聚物：9-13份，短切纤维：15-25份，紫外吸收剂：0.3-0.8份，抗氧剂：0.4-0.9份，界面相容剂：4-7份，加工助剂：0.6-1.2份；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。优选的，所述耐蠕变土工格室材料由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：60份，乙烯-醋酸乙烯共聚物：11份，短切纤维：22份，紫外吸收剂：0.4份，抗氧剂：0.7份，界面相容剂：5份，加工助剂：0.9份；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。优选的，所述短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物中短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的质量之比为10：(13～16)：(4～6)。优选的，所述高密度聚乙烯为韩国sk3301。优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国塞拉尼斯(eva)1210。优选的，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。优选的，所述的紫外吸收剂为紫外吸收剂770。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：(0.3～0.4)；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂626。优选的，所述加工助剂为硬脂酸和硬脂酸锌、硬脂酸钙中的至少两种。本发明还提供一种所述的耐蠕变土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述耐蠕变土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除短切纤维外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为3-5min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将短切纤维由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的耐蠕变土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为170-180℃，二区温度为180-185℃，三区温度为185-190℃，四区温度为190-200℃，五区温度为195-210℃，六区温度为200-210℃，七区温度为200-210℃，八区温度为200-210℃，九区温度为200-210℃，机头温度为200-210℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20hz。实施例2：一种耐蠕变土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：55份，乙烯-醋酸乙烯共聚物：9份，短切纤维：15份，紫外吸收剂：0.3份，抗氧剂：0.4份，界面相容剂：4份，加工助剂：0.6份；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。优选的，所述短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物中短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的质量之比为10：13：4。优选的，所述高密度聚乙烯为韩国sk3301。优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国塞拉尼斯(eva)1210。优选的，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。优选的，所述的紫外吸收剂为紫外吸收剂770。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：0.3；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂626。优选的，所述加工助剂为的质量之比为1：1的硬脂酸和硬脂酸钙。本发明还提供一种所述的耐蠕变土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述耐蠕变土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除短切纤维外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为4min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将短切纤维由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的耐蠕变土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为175℃，二区温度为182℃，三区温度为187℃，四区温度为192℃，五区温度为197℃，六区温度为202℃，七区温度为202℃，八区温度为202℃，九区温度为202℃，机头温度为202℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20hz。实施例3：一种耐蠕变土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：65份，乙烯-醋酸乙烯共聚物：13份，短切纤维：25份，紫外吸收剂：0.8份，抗氧剂：0.9份，界面相容剂：7份，加工助剂：1.2份；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。优选的，所述短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物中短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的质量之比为10：16：6。优选的，所述高密度聚乙烯为韩国sk3301。优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国塞拉尼斯(eva)1210。优选的，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。优选的，所述的紫外吸收剂为紫外吸收剂770。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：0.4；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂626。优选的，所述加工助剂为的质量之比为1：1的硬脂酸和硬脂酸钙。本发明还提供一种所述的耐蠕变土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述耐蠕变土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除短切纤维外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为4min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将短切纤维由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的耐蠕变土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为175℃，二区温度为182℃，三区温度为187℃，四区温度为192℃，五区温度为197℃，六区温度为202℃，七区温度为202℃，八区温度为202℃，九区温度为202℃，机头温度为202℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20hz。实施例4：一种耐蠕变土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：60份，乙烯-醋酸乙烯共聚物：11份，短切纤维：22份，紫外吸收剂：0.4份，抗氧剂：0.7份，界面相容剂：5份，加工助剂：0.9份；所述短切纤维为短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物。优选的，所述短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的混合物中短切玻璃纤维、短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维的质量之比为10：14.5：5。优选的，所述高密度聚乙烯为韩国sk3301。优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国塞拉尼斯(eva)1210。优选的，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。优选的，所述的紫外吸收剂为紫外吸收剂770。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：0.34；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂626。优选的，所述加工助剂为的质量之比为1：1的硬脂酸和硬脂酸钙。本发明还提供一种所述的耐蠕变土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述耐蠕变土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除短切纤维外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为4min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将短切纤维由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的耐蠕变土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为175℃，二区温度为182℃，三区温度为187℃，四区温度为192℃，五区温度为197℃，六区温度为202℃，七区温度为202℃，八区温度为202℃，九区温度为202℃，机头温度为202℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20hz。对比例1：与实施例4的区别在于，所述短切纤维的添加量为10份，其他与实施例4相同。对比例2：与实施例4的区别在于，所述短切纤维的添加量为30份，，其他与实施例4相同。对比例3：与实施例4的区别在于，所述短切纤维中没有短切玻璃纤维，其他与实施例4相同。对比例4：与实施例4的区别在于，所述短切纤维中没有短切芳纶纤维，其他与实施例4相同。对比例5：与实施例4的区别在于，所述短切纤维中没有短切玄武岩纤维，其他与实施例4相同。对比例6：与实施例4的区别在于，没有乙烯-醋酸乙烯共聚物，其他与实施例4相同。下面对本发明实施例2至实施例4、对比例1至对比例6得到的耐蠕变土工格室材料制成标准样条，分别进行性能测试，测试结果如表1所示：表1检测项目蠕变比率悬臂梁缺口冲击强度拉伸强度弯曲模量单位minj/mmpampa实施例20.6128563150实施例30.5130603210实施例40.4134633215对比例11.5100481400对比例20.4132643500对比例31.1120522700对比例41.2118503340对比例51.0123532820对比例60.795573235从上表可以看出，本发明的耐蠕变土工格室材料具有以下优点：蠕变比率低，具有优异的耐蠕变性能；悬臂梁缺口冲击强度高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量高；综合力学性能好。此外，经测试本发明的耐蠕变土工格室材料的低温脆点可达-47℃，负荷下的热变形温度可达130℃，氧化诱导时间可达300min，综合使用性能好，不容易损坏，可适用于多种使用环境，且使用寿命长。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12