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[【科普】高性能土工布的性能研究与开发]
发布日期:[2022/3/30] 共阅[671]次

  近年来,国家加大了对聚丙烯纺黏土工布的开发力度。国内企业生产开发了新型高强聚丙烯纺黏针刺非织造土工布(HPP土工布)。与普通PP土工布相比,HPP土工布具有强度高、过滤性好等优势。北京工业大学邓宗才等人针对HPP土工布耐老化和耐腐蚀性能进行了试验研究,进一步为其推广应用提供参考。研究结果表明,与PP土工布相比,HPP土工布具有更好的耐热氧老化性能,以及较好的耐酸、碱和耐水浸泡性能。


  提高土工布性能的主要方法还包括加入添加剂、化学改性和进行复合。使用添加剂来弥补土工布的性能缺陷是一种常见的方法,但大量的添加剂也在一定程度上污染环境。对土工布进行改性研究,例如进一步改善土工布的强度以及抗降解性,是扩大土工布应用范围、提高土工布附加值的重要手段。研究结果表明,将壳聚糖或半胱氨酸共价接枝到丙烯酸改性PP土工布上,可以使土工布在排水或过滤时具有捕捉重金属的能力。


  此外,伴随原油价格的上涨以及环保相关法律的颁布,选择生物可降解热塑性聚合物制备环保型土工布也是一个重要的研究方向,其中,聚乳酸(PLA)、热塑性淀粉(TPS)、聚羟基脂肪酸、石油基生物聚酯和纤维素衍生物是最具商业价值的生物基聚合物和生物基聚合物共混物。与这些材料相关的大部分研究主要集中在生物可降解包装材料领域,目前尚无文献报道将其应用于可生物降解土工布。Prambauer等人就上述材料的综合性能及其在土工布行业的应用前景进行了综述,讨论了不同的结构和相关性能,以及聚合物的可用性和成本,目前主要是PLA和TPS可以满足高性能土工布对材料的可用性和价格的要求。当然为了获得所需的力学和物理特性,仍需对生物基聚合物进行必要的改性和共混。


  高性能复合土工布材料的研究与开发对土木建筑工程水平的发展有着重要意义。李新玥等人以涤纶和低熔点纤维为原料,生产针刺复合土工布,并以高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为主要原料,采用滚吸工艺生产出排水板。最终将土工布滤膜与排水板板芯进行热熔黏合,制备出土工复合排水材料。土工复合排水材料拉伸强力要大于两者复合前单体材料强力,并且具有很高的通水量。


  高性能土工布对工业纤维原料性能的要求是在各种应用领域中都必须非常耐用,因此,所选工业纤维需具备高度稳定、抗蠕变,以及低收缩率、超高强度或高模量等性能。复合土工布通常是由多种纤维混合而成,它们结合了不同材料各自的功能特性,寻找合适的高性能纤维一直是对高性能土工布的一个重要研究方向。玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维等无机纤维的强度和模量明显高于合成纤维。然而,由于生产成本高,无机纤维在土工布上大面积应用受到限制。玻璃纤维复合土工布是由玻纤机织基布与短纤针刺非织造布复合而成,具有高透水性、优良的抗滤失性、耐磨性等特点。玄武岩纤维土工布具有环保、耐高温等优点。


  国家先后在2008年和2017年起草了最新的长丝纺黏针刺土工布、短纤针刺土工布以及非织造复合土工膜等一系列土工布相关国家标准,对相应土工布产品的生产技术规范、供货条件以及性能表征方法等做出了明确的指导。高性能土工布在实际工程应用当中,难免也要面对极端自然环境的作用,譬如极寒、火灾、洪水甚至地震,因此对土工布在极端环境中性能的演变规律的研究就显得尤为重要。同济大学土木工程学院冯世进教授团队针对应用于垃圾填埋防渗工程的复合土工布,研究了在地震循环载荷作用对复合土工布中土工膜与非织造土工布间界面的动态剪切强度的影响。研究结果表明,土工布孔隙中水的润滑作用加快了界面剪切变形的发展,而界面的抗剪强度与位移速率呈正相关关系。


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