土工布的选择及工艺参数对其性能的影响方彦忠〔摘要〕纺织工业非织造布技术开发中心本文对各种无纺型土工布及其性能作用进行了比较介绍不同的用途对土工布的不同要求分析土工布的原料纤维参数针刺密度以及定型等后整理工艺与土工布的使用性能的关系土工布具有良好的化学物理性能和水工纤维间的缠结而形成的立体三维结构性能因而得到土工界的广泛重视与应用它不但可使设计简化了工程运行寿命施工方便而且提高使其具有曲折的孔隙分布并在水平与垂直方向均具有渗透能力孔径变化相对稳定在强不同程度地降低了工程的度分布上可以定向选择性也可以做到各向同造价因此近年来这一材料发展迅速尤其而不象织造型土工布那样存在着方向上是无纺型非织造土工布本文通过对无纺型强度差异大的缺点从生产工艺上看织造土工布的种类比较和作用分析说明了不同型土工布生产的工艺流程长生产效率也大的使用目的对土工布的不同要求布的原料并对土工纤维参数划氏于非织造型土工布此外非织造型土针刺密度以及定型等工布还具有良好的整体性和变形能力适应各种现场作业条件能够后整理工艺条件与土工布使用性能的影响关系做了一定的分析非织造型土工布也由于工艺选择的不同而存在指标性能上的不同差异从目前来土工布的种类和性能差异土工布通常指的是用于土建工程中的纺织品(不同于土工材料概念)造型与非织造型两大类织工艺生产的土工布看类主要有短丝土工布和长丝土工布两大所谓短丝土工布也称短纤维土工布它主要有织是由被切成一定段长的短纤维成网后固着而前者一般指的是机成一般短丝土工布生产绝大多数采用机械此外还有少量的针织机织土工布一般具梳理成网和针刺固着工艺短纤维原料准备梳理一,铺网卜和缝编等特殊的土工布有较高的抗拉强度和初始变形模量小和孔隙率可以在生产中加以控制间的交点不联结械作用力孔眼大但由于一一一定型一成卷一一长丝土工布是由聚醋或聚丙烯切片为原针刺,其流程如下:开松混合,它是由纱线或纤维束等经纬交织而成往往发生纤维或纱线申动纤维孔眼料经高温熔融挤压喷丝成网固着而成因而在使用中由于受到机(一般土工用布也多数采用针刺固着少数采用热轧粘合固着)由于长丝土工布其结大小易发生变化造成管涌现象而且当局部破损或纤维断裂时造成纱线绽开或脱落构中纤维呈无限长状况存在于它生产过程的连续化因而与短丝土工布相比有着更优越的强度指标同时由出现孔洞难以补救同时由于它一般不短流程生产效率具备水平渗透能力故仅在岸坡保护和极高展故成为当今国际土工界所瞩目的新兴土体加固等工程中使用具有较高的抗拉强度非织造土工布除了土工材料相比之下我国差距较大有待发卜其变形模量孔径等长丝土工布生产流程如下:指标可按需要调节而且由于它是由纤维与原料切片准备一高温熔融,一一挤压喷23一丝一定型牵伸铺网另外强度差异一将长丝与短丝土工布的几种规格成卷一针刺或热轧(固着一度撕裂强度和模量长丝2009/mZ规格~的强度远远高于相同克重的短丝土工布此在设计选用时宜首先考虑长丝土工布样无需很大的克重因这指标进行测试比较还可以看出它们之间的就能保证强度指标达到见表1设计要求也会节省大量的纤维原料可见长丝土工布具有很高的抗拉强表短丝土工布1长丝土工布0O62000克重(g/。mZ)sem200抗拉强度(kg/撕裂强度(kg/抗拉模量(kg/)20~30020~60~80030~500l~80~100050e800sem)mm25)05一1533~5土工布的作用以及它对指标参数的要求归纳起来体的完整性4增强作用将土工布埋置于软基或不稳定的土体中可以起加筋作用土工布主要有以下几方面的从而提高土体的整体强度和稳定性作用:1除此之外反滤作用土工布还具有许多其它方面土工布由于具有良好的的性能比如工程防护等应该指出:土工透水性当它与具有渗透水流作用的土体表可起到与一般砂砾反滤层同样的布在工程中的作用往往不是孤立的时多种功能并存可能同面结合时例如反滤排水隔离这反滤效果2三种功能在多数情况下都是同时存在的只排水作用可将土体中的水分子聚可将具有不同性质的土是有程度上的不同而已全面考虑它们的作用因此在使用时就要集起来排出3由于存在上述功能上隔离作用的差异因此对土工布的指标参数的要求也料或结构体隔开相互混杂或阻断水流以防止层间就必然有所不同下面的表2就是土工布不流失或防止水流渗透项物指理目保护结构同的使用功能对几项主要指标的要求关系表2土工布的主要功能能反滤排水水0增强了丫了隔离离亿0抗拉强度抗拉模量撕裂强度顶破强度0标水工指标化学指标:00了了了00摩擦系数数渗透系数数有效孔径径了了了了亿了抗老化性抗虫耐腐性了丫了丫了丫月注丫一一重要要求0一一一般要求一24一土工布的工艺选择对其性能的影响土工布的性能通常包括它的化学性能物理性能以及水工性能性性能的因素很多1现只能就几项主要的相关因子进行分析如下原料选择:作为土工布由于它使用的长期性因此要求它能够耐各种腐蚀也即包括:耐久功能长久几大类丙纶化学纤维能够满足这些要求通3强度伸长模量摩擦系数以及有效影响上述锋纶47一67~65常化学纤维主要有涤纶丙纶锦纶及睛纶孔径和渗透系数等项指标项目不难看出它们在性能上差异较大锦纶纶见表3表断裂强度(干态)g(/d))断裂强度(湿态)(伸长率(%)吸湿率(20℃RH65%)(%)睛纶纶45~75~75~7525~5020~4525~60012~20g/d))37~20~50004~05100238~240255~26030~6000100140~150165~1733325~6335~5082~8551800215e220湿强/干强(10%)软化点(℃)熔点(℃)耐日光性耐磨性80~900190~2300熔前分解易嫩嫩良好仅次睛纶纶良好仅次锦纶纶不好较好好良好好不好最好良好最好好不好良好抗老化虫蛀及耐腐性良好好从表3中可以看出:脯纶单丝强度低遇湿后强度更低;锦纶虽耐磨同样遇水后强度下降;丙纶除耐日光性能差外性良好线)下其它特只要不是过分暴露在阳光(紫外举了当前主要的几种成网方式及特点可见土工布生产中的成网方式宜于采用机械梳理成网(短丝土工布)和纺丝直接成网(长丝土工布)两种工艺(2)固着工艺一般强度损失较小涤纶各项指标较为满意且伸长率低因此涤纶是土工布采用的较理想的原料考虑到土工布使用时一般都是与土体结合并埋置于地下到紫外线照射同样不同的固着工艺也并不都适合土工布的生产见表5较少受因此在使用时如果不是长期从上可知工艺有:土工布的生产工艺可以根据它们的使用目的加以选用针刺固着可以采用的固着暴露或者除非有特殊要求的话丙纶原料也是较好的事实上目前大部分厂家生产的土工布均采用涤纶和丙纶两种原料缝编固着(应用较少)热熔粘合固着和热轧粘合固着等几种此外象天,方法然纤维由于它们的耐腐蚀性极差在土工3不同工艺条件的变化对土工布性能布生产中是绝对不许采用或掺人的2成网方式及固着工艺(l)成网的影响关系通过短丝土工布生产中的几项主要工艺非织造布发展到今天已经形成多种成网方式参数的变化可说明工艺条件对土工布性能的影响它们包括:纤维长度细度卷曲由于它们的原理和特点不同也就决4度容单丝断裂强度和伸长率以及刺针直径定了它们不同的用途因此并不是所有的针刺深度针刺密度还有后整理方式等内成网方式都能适用于土工布生产表中列一25一纤l维长(度与细度旦数和长度6试验结果见表o试验:其它条件相同成网方法短丝采用不同的纤维表原4非织造布生产中几种主要成网方法理特点附注机械梳理成网由梳理机直接输出成网或成网定量范围广成网较均匀一般纤维的排列适合土工布的生产经交叉折叠铺网或经纤维具有一定的方向性经杂乱装置后纤网中的纤纤尤其适合于作反4卜杂乱辊使纤维取向杂乱气流成网织维取向杂乱使之各向强度接近一般适应的纤纤滤排水功能应用30150mm维长度在的土工布布造纤维受气流作用吸附于尘笼成网定量有一定一般在15一1509/m不适合土工布生产或尘网表面而凝集成网范围定量过大或过小会出现成网不均或出网困难现象纤维杂乱状态好一般适应纤维长度在10~60m一Z湿法成网造纸制浆凝结成网成网定量较低强度也低适应的纤维长度在~30mmm8不适合土工布生产长丝非织造布纺丝直接成网喷丝板喷出的丝束由摆丝机机成网定量范围广成网均匀纤维方向性可以改适合土工布的生产构有规则的运动将丝束连变易于做到各向同性续地分布子成网帘上其它非织造布熔喷凝集成网纤维熔体在气流高速冲击下纤维分布均匀呈杂乱状态纤维超细强度不高不适合土工布生产断续吹出超细纤维借助外外力捕集在接收器表面同时自身凝结粘合成布布5表固着方法法非织造布生产中几种主要固着方法理原特点附注机械固针刺固着带钩的刺针刺人纤网中将纤网中此法生产的非织造布水平与垂直方向均具非常适合土工布生的纤维穿下带上使其纤维间发生有高孔隙率孔径大易于控制强度较高适产缠结从而加固纤网应的纤维定量大缝编固着着利用针织线圈或从纤网中钩取的同样具有高孔隙率透气透水性好一般强适合土工布生产尤纤维将纤维固锁从而使纤网固着度较高生产成本偏高纤维定量不如针刺其适用于增强反滤成布固着范围广型土工布射流喷网固着借助高速水流射向纤网使纤网中手感柔软但强度差纤维的定量也有限的纤维发生缠结从而得到固着不适合土工布生产化学固着粘合剂固着利用粘合剂的键结合作用使纤维维一般手感较硬强度高模量高但透气透水水一般不适合土工布生产间发生粘合故纤网成布布性差还有遇介质粘合剂有分解的可能热熔粘合固着纤网中混有低熔点纤维或粉剂受强度较高模量大手感硬透气透水性差热后低熔点物质熔化或受压力而而使纤维间粘合合物理固一般用于起增强作用的土工布熔喷凝结固着依靠纤维自身的熔融态纤维间的纤维定量有限一般为熔喷法非织造布所采不适合土工布生产相互凝结而形成整体用强度很低着热轧粘合固着纤网受高温自身熔融同时受压力纤维定量有限透气透水性差手感较硬但少量用于土工布生作用轧制而成伸长较小产一26一方案1一原料克重重g423抗拉强度cZm(纵向30483436(Nm孔径t”mm/系数e渗透,0横向393396O9/0,06325mx(2sd(30~50)mm涤纶短丝x009401040128015000143016310-26dx23(60~70)mm涤纶短丝x4144x10一20%:6d100mm加406637524745011110152016023x10一80%:6dxm(60~70)mm涤纶短丝由表中结果可以得出:纤维旦数粗工布的孔径大土和伸长过小生大量断屑在开松梳理时或针刺过程中渗透系数增高;而纤维长度纤维会经受不起多次的机械作用力造成产品强度的下降因而产因而要增加相应土工布的强度也增大维间的抱合点增加所致这是因为纤一般土工布生产所求单丝强度和伸长具备一定条件通常不应用纤维以0mm56旦以上为好纤维长度大于低于49/d和30%但过长也受成网条件(2)纤维的卷曲度4)刺针直径与针刺深度(一般纤维网定量大纤维旦数粗产品纤维的卷曲有利于纤网中纤维的抱合用要求硬挺的宜选用直径大的刺针和大的针刺对纤维在纤网结构中的稳定能够起到积极作同时卷曲度高深度同时刺针直径粗要比刺针直径细的透非织造布的弹性也好气性要好(5)反之则可以选用细的刺针和浅成网易于均匀产品强度高一般选用卷曲的针刺深度度在4一10个/cm为宜针刺密度对产品的影响(3)单丝强度和伸长试验:其它条件相同因采用不同的针刺x单丝纤维作为纤网中最基本的单元非织造布强度和伸长的大小针刺遍数`密度)4密度mm原料为涤纶短纤维d6(60一70)此它的强度与伸长的大小都会直接地影响到试验结果见表7如果单丝强度表7克重(g/m3600Z抗拉强度(N/)sem)伸长(%)纵横未拉断孔径(mmo,o渗透系数(em/s纵132109横1507))未拉断208510798l2l620373368303155046757872984x10101010一I3801399271824xxxl3788369935823207539970265070401390115I938l可以看出针刺遍数少(也即密度稳定小)纤维间缠结不好受外力纤维间易产降但继续增大针刺密度反而强度开始下这是因为纤维被刺断的根数增加所致生滑移因而强度低伸长也大随着针刺因此欲求土工布的强度达到上限值需选择密度的增大小其强度呈上升趋势伸长减合适的针刺密度大同时还可看到针刺密度过当密度达到一定程度时强度变化趋于土工布的孔径和渗透系数有所减小一27一6后整理(的选用对土工布的影响工艺对土工布进行处理后进行各项指标测试验将条件相同的土工布取之于同(试见表8(采用涤纶短纤维土工布)一卷土工布按热定型冷轧及未轧三种表8处理方式克重重括/mZ厚度)(mm)383533抗拉强度伽/cs纵317334043787m)伸长(%)孔径009横4925纵18731376横1246(mm)0240010140渗透系数cm/)(s33未轧处理理室温冷轧(光辊)43553966381x10一I5152579997570631x10l32热轧(光辊)978x10一l产品经过轧制后率减小明显强度有所上升伸长增大它的强度低了工程要求易老化寿命短往往满足不孔径也减小尤其是热轧处理更为因而应用有限如果能够采用这是因为纤维受压后排裂紧密热轧土工布进行拒水涂膜复合处理面便可有排水性了纤维间的抱合力和抱合点显然轧制后的效地解决上述不足;还有在解决洞体防渗方既要求土工布具有平面的导土工布厚度也会减小但发现其渗透系数并未发生较大变化此外象轧制过程中的压同时又要求它有效地防止水从土工布的垂直力(线压力)和轧辊的温度变化也会影响到向渗透这种具有双重特性功能的土工布是产品的有关性能探讨由于受到条件的这利用吸湿疏水性优良的厚型针刺土工布与拒水薄膜复合面应用中项工作没有经过仔细研究还有待于深人地或是在土工布的一侧进行拒水树脂处理而完成的在土工布的补强加固方总之以上这些相关因素对土工布的最往往要求土工布具有高强度高终性能均有直接的影响掌握它们的相互关模量和低伸长的特性原料如何开发这种产品系对于我们开发应用将会起到指导的作用一是通过土工布生产工艺的调整或是采用新二是通过土工布与其它功能材料复合土工布的发展趋势目前而达到国外有一种系列新产品它有三种形式:①非织造土工布一一格栅复合国内土工布的应用多数是作为护称TN型;②非织造土工布一一格栅一一非织坡反滤因此往往人们一提起土工布就联想造土工布复合称TNT型;③非织造土工到它具有渗透性和排水性中土工布具有许多用途坝防渗其实在水利工程比如一种能够拒水布型-一格栅一一拒水薄膜复合强度较高)称MNT(注:格栅是由聚乙烯塑料制成的网状防渗的土工布(工程上也称土工膜)在堤材料由于这种产品的构思是河道护底等防渗体中用量也很大建立在反滤排水防渗(隔离)增强但往往这些易被人们所忽视布应用较为单一因此国内土工保护等多方面功能的作用组合因而在工程土工布其它功能没有被充使用时便能够更安全方便而有效分利用的原因有如下几个方面:其一是单`其二是普及一目前国内土工布的应用还不够国内生产的土工布大多数功能主要是由于产品的价格偏高往往工品种不多对土工布多功能化复合的程`次性单项投资费用偏大(尽管能够使工程寿命延长总投资降低研究不够例如上述提到的防渗拒水土工膜过去传统的办法是采用塑料薄膜由于但有些部门仍然;〔下转第8页)目标重点生产企业的技术装备水平要达仪器以及新型纱疵分级仪纤维细度仪到先进国家70年代后期的水平新研制的针织纤维长度仪电子强力测试仪日晒牢度仪纺织机械设备染化纤棉纺织印服装等主要行业的主要工艺设备要实现等纺织测试仪器上述目的的实现必须要有相应的配套机电一体化因此我国纺织机电一体化的有关领导部门都要积极扶植纺织机电发展方向是:大力开发化纤用高性能晶体管变频器机统一体化产品的开发集中人力物力加快开发单锭电动机传动的牵伸加拈纺织机电一体化的步伐消化吸收工作要抓紧引进设备的粘胶黄化机的自动控制系统棉纺设备要坚持引进与自主开发相结的自调匀整系统往复式抓棉机的自控系合品防止盲目进口并积极推广已有的科研无梭织机的电控系统印染设备的多单成果发展我国自已的纺织机电一体化产孟视元同步调速系统新型印花机的电控系统要加强软科学和基础科学的研究在重大项目决策之前智能化光电整纬器CAM横机人造毛皮机和圆CAD和情报信息要做好充一纬机的电子提花系统服装机械分的调研论证工作型人员的培养要加紧机电体化复合的应用和开发自控装置技术规范和在线纺织稳定科研人员队伍以捉进技术标准各种纺织专用传感器我国纺织机电一体化产品的开发与应用(上接第28页)料进行功能组合展复合不断创新不断发认识不够)则加之没有相应完善的设计准要因而对推广土工布的应用带来阻力解决这个问题就要通过采用新工艺发展纺粘法长丝土工布大力降低产品成本研结束语土工布的应用虽为广泛不一制开发功能强的土工布累经验扩大应用领域积但应用的目的加强宣传推动发展不同类型的土工布适应不同的应用日因此其三是节土工布的生产与应用相互脱生产中没有;或是的在指标的要求方面具有很大不同或是应用中需要的我们在应用设计时就要全面考虑这些关系生产中有的产品质量却不高因此要求生有针对性地加以选择析同时我们通过上述分产与应用部门密切配合提高产品质量总之不断开发新产品在产品的开发和研制过程中要结合工程的需要调整或改善影响土工布的诸多相关充分发挥和利用土工布的途径是因素使其达到设计和使用要求提高土工布自身的功能价值或是与其它材一8一
