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CN116590804B - 一种具有多级芯吸结构的异形纤维及在土工织物上的应用 - Google Patents

一种具有多级芯吸结构的异形纤维及在土工织物上的应用 Download PDF

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CN116590804B CN202310873453.4A CN202310873453A CN116590804B CN 116590804 B CN116590804 B CN 116590804B CN 202310873453 A CN202310873453 A CN 202310873453A CN 116590804 B CN116590804 B CN 116590804B
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Abstract

本发明属于土工织物技术领域，涉及一种具有多级芯吸结构的异形纤维及在土工织物上的应用，所述具有多级芯吸结构的异形纤维具有n+1级分支结构；n+1级分支结构是在n级分支结构的每个分支上分别形成新的分支得到的，n≥1；其应用为：将所述具有多级芯吸结构的异形纤维经亲水表面处理得到亲水异形纤维，以亲水异形纤维或者亲水异形纤维与非异形结构土工纤维作为纬纱，以非异形结构土工纤维作为经纱，织造得到高透水性土工织物。本发明将具有多级芯吸结构的异形纤维作为纬纱与非异形结构土工纤维经纱编织成具有芯吸功能的土工布，在内部形成大量微管道，保证其强度的同时，提升了土工布的平整度和透水性能。

Description

一种具有多级芯吸结构的异形纤维及在土工织物上的应用
技术领域
本发明属于土工织物技术领域，涉及一种具有多级芯吸结构的异形纤维及在土工织物上的应用。
背景技术
水土工布又被称作土工织物，它是由合成纤维（涤纶、丙纶）等通过针刺或编织而成的透气透水性土工合成材料。常见的透水土工布分为有纺透水土工布和无纺透水土工布，主要应用特点是具有优良的过滤、隔离、加固、防护作用，并且抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀。
在土木工程中，当水由细料土层流入粗料土层时，利用透水土工布良好的透气性和透水性，使水流通过，而有效地截流土颗粒，细沙、小石料等，以保持水土工程的稳定。透水土工布还具有良好的导水性能，它可以在土体内部形成排水通道，将土体结构内多余液体和气体外排。
传统土工排水布中为了增强排水效果，通常在土工布中集成排水管道的方式来保证排水性能，存在排水管道少，吸水性能一般等缺点。
专利CN202221274719.0公开了一种定向排水防渗透复合膜结构，该结构复杂，加工难度大，成本高，而且截面的微孔率低，吸排水效率低。
专利CN202210332532.X公开了一种复合型定向排水复合膜，导水筋条的材质为PP、PE、PET、PA纤维或者塑料材质制成，经纺丝拉伸后的异型纤维，或者经熔融挤出成型的异型筋条或者编织圆绳。异型筋条为不规则圆形，内嵌3~5个不规则圆形的形状，导水筋条为95%的PP或者PET材料，5%的助剂材料制成。该专利所述的异形纤维的截面微孔率低，吸水和导水效果不够。同时，纤维经过亲水改性后，纤维容易存水，排水效果不佳。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种具有多级芯吸结构的异形纤维及在土工织物上的应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有多级芯吸结构的异形纤维，具有n+1级分支结构；
n+1级分支结构是在n级分支结构的每个分支上分别形成新的分支得到的，n≥1。
本发明的异形纤维具有多级分支结构，使得纤维横截面的分支在外部压力下不容易倒伏，从而减小或避免毛细管有的变大，有的消失，从而保障异形纤维的稳定的吸水和导水能力。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种具有多级芯吸结构的异形纤维，所述具有多级芯吸结构的异形纤维具有两级分支结构，二级分支结构的长度为一级分支结构长度的60~150%，如此设计既有利于形成异形纤维在顺着纤维的方向上形成毛细管，又有利于毛细管保持开口，不封闭，保障吸水路径畅通，加快排水。
如上所述的一种具有多级芯吸结构的异形纤维，一级分支结构的分支数大于2，二级分支结构的分支数大于2。
如上所述的一种具有多级芯吸结构的异形纤维，所述具有多级芯吸结构的异形纤维为皮芯纤维，皮层与芯层的质量比为30~70:70~30。
如上所述的一种具有多级芯吸结构的异形纤维，单根所述具有多级芯吸结构的异形纤维的细度（即纤度）≥100tex。
如上所述的一种具有多级芯吸结构的异形纤维，皮层原料为PP与亲水改性PP母粒，芯层原料为PP；皮层亲水，有利于纤维表面亲水，从而提高纤维的吸水性能；同时芯层拒水，纤维的芯层不吸水，也不储水，这样有利于纤维把水从土工结构中导排出去，土工结构干得快；
亲水改性PP母粒是将PP与PP接枝PVA以固相混合、双螺杆熔融共混的方式挤出造粒制得的；
PP接枝PVA的接枝率为5~10%。
如上所述的一种具有多级芯吸结构的异形纤维，皮层原料中亲水改性PP母粒的质量占比为1~5%；
亲水改性PP母粒中PP接枝PVA的质量占比为20~30%。
本发明还提供一种高透水性土工织物的制备方法，以亲水异形纤维或者亲水异形纤维与非异形结构土工纤维作为纬纱，以非异形结构土工纤维作为经纱，采用织布设备（如剑杆织机等）织造得到高透水性土工织物；
亲水异形纤维为如上所述的具有多级芯吸结构的异形纤维经亲水表面处理（采用STANTEX S 6327等亲水油剂进行亲水表面处理）得到的；
纬纱中亲水异形纤维的质量占比不低于10%。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种高透水性土工织物的制备方法，所述高透水性土工织物的克重≤600g/m2，透水量≥1.2kg/m2（ASTM D4716/D4716M-14, 2013）。
有益效果
（1）本发明独特的两级分支设计，使得在纤维叠加或在外部压力下纤维不易变形或分支倒伏，毛细管不容易堵塞；
（2）本发明独特的两级分支设计及亲水处理，使得纤维在土工布加工和使用过程中始终能够保持毛细管的畅通和导水功能；
（3）本发明通过亲水改性及成型设计，制备具有多级芯吸结构的异形纤维，作为纬纱与非异形结构土工纤维经纱编织成具有芯吸功能的土工布，在内部形成大量微管道，保证强度的同时，提升平整度和透水性能。
附图说明
图1为本发明实施例1具有两级芯吸结构的异形纤维截面结构示意图；
图2为本发明实施例1的两级分支结构中一级分支结构的示意图；
图3为本发明实施例1的两级分支结构中二级分支结构的示意图；
图4为本发明实施例2具有两级芯吸结构的异形纤维截面结构示意图；
图5为本发明实施例2的两级分支结构中一级分支结构的示意图；
图6为本发明实施例2的两级分支结构中二级分支结构的示意图；
图7为本发明实施例3具有两级芯吸结构的异形纤维截面结构示意图；
图8为本发明实施例3的两级分支结构中一级分支结构的示意图；
图9为本发明实施例3的两级分支结构中二级分支结构的示意图；
图10为本发明实施例4具有两级芯吸结构的异形纤维截面结构示意图；
图11为本发明实施例4的两级分支结构中一级分支结构的示意图；
图12为本发明实施例4的两级分支结构中二级分支结构的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明实施例中的非异形结构土工纤维，来源于霸州市国兴化纤制品有限公司，商品牌号为丙纶FDY 实芯PP纱900D。
实施例中皮层和芯层PP原料的生产厂家：浙江石油化工有限公司，型号 HP550J。
亲水改性PP母粒的商品牌号为：广东彩艳股份有限公司生产的PFA05。
本发明实施例中的透水量采用ASTM D4716/D4716M-14,2013标准测试。
实施例1
一种具有两级芯吸结构的异形纤维，细度为600tex，为皮芯纤维，皮层与芯层的质量比为70:30；皮层原料为PP与亲水改性PP母粒，芯层原料为PP；
其中，皮层原料中亲水改性PP母粒的质量占比为2%；亲水改性PP母粒是将PP与PP接枝PVA以固相混合、双螺杆熔融共混的方式挤出造粒制得的，亲水改性PP母粒中PP接枝PVA的质量占比为20%，PP接枝PVA的接枝率为10%；
如图1~3所示，具有两级芯吸结构的异形纤维具有两级分支结构；二级分支结构是在一级分支结构的每个分支上分别形成新的分支得到的；一级分支结构的长度为0.6mm，二级分支结构的长度为0.2mm；一级分支结构的分支数为3，二级分支结构的分支数为3；二级分支结构的宽度与一级分支结构相同，均为0.2mm。
实施例2
一种具有两级芯吸结构的异形纤维，细度为600tex，为皮芯纤维，皮层与芯层的质量比为50:50；皮层原料为PP与亲水改性PP母粒，芯层原料为PP；
其中，皮层原料中亲水改性PP母粒的质量占比为3%；亲水改性PP母粒是将PP与PP接枝PVA以固相混合、双螺杆熔融共混的方式挤出造粒制得的，亲水改性PP母粒中PP接枝PVA的质量占比为30%，PP接枝PVA的接枝率为10%；
如图4~6所示，具有两级芯吸结构的异形纤维具有两级分支结构；二级分支结构是在一级分支结构的每个分支上分别形成新的分支得到的；一级分支结构的长度为0.6mm，二级分支结构的长度为0.2mm；一级分支结构的分支数为5，二级分支结构的分支数为2；二级分支结构的宽度与一级分支结构相同，均为0.4mm。
实施例3
一种具有两级芯吸结构的异形纤维，细度为600tex，为皮芯纤维，皮层与芯层的质量比为30:70；皮层原料为PP与亲水改性PP母粒，芯层原料为PP；
其中，皮层原料中亲水改性PP母粒的质量占比为5%；亲水改性PP母粒是将PP与PP接枝PVA以固相混合、双螺杆熔融共混的方式挤出造粒制得的，亲水改性PP母粒中PP接枝PVA的质量占比为25%，PP接枝PVA的接枝率为8%；
如图7~9所示，具有两级芯吸结构的异形纤维具有两级分支结构；二级分支结构是在一级分支结构的每个分支上分别形成新的分支得到的；一级分支结构的长度为3mm，二级分支结构的长度为0.4mm；一级分支结构的分支数为6，二级分支结构的分支数为3；二级分支结构的宽度与一级分支结构相同，均为0.2mm。
实施例1~3的具有多级芯吸结构的异形纤维主要用于在上方土壤压力较大的情况，二级分支结构比较粗，不容易倒伏，有利于毛细管保持畅通。
实施例4
一种具有两级芯吸结构的异形纤维，细度为600tex，为皮芯纤维，皮层与芯层的质量比为50:30；皮层原料为PP与亲水改性PP母粒，芯层原料为PP；
其中，皮层原料中亲水改性PP母粒的质量占比为1%；亲水改性PP母粒是将PP与PP接枝PVA以固相混合、双螺杆熔融共混的方式挤出造粒制得的，亲水改性PP母粒中PP接枝PVA的质量占比为28%，PP接枝PVA的接枝率为6%；
如图10~12所示，具有两级芯吸结构的异形纤维具有两级分支结构；二级分支结构是在一级分支结构的每个分支上分别形成新的分支得到的；一级分支结构的长度为3mm，二级分支结构的长度为0.4mm；一级分支结构的分支数为6，二级分支结构的分支数为3；一级分支结构的宽度为0.2mm，二级分支结构的宽度为0.2mm。
实施例4的具有多级芯吸结构的异形纤维的二级分支结构相对更细一些，并且在一级结构上的分叉点是错开的，适用于在上方土壤压力不大的情况下，不仅毛细管保持较好，而且毛细管得通径更大，有利于吸水和排水。
实施例5
一种高透水性土工织物的制备方法，具体如下：
（1）将实施例1制得的具有两级芯吸结构的异形纤维，采用亲水油剂STANTEX S6327进行亲水表面处理，得到亲水异形纤维；
（2）以步骤（1）得到的600tex亲水异形纤维作为纬纱，纬纱密度为4根/10cm，以细度为900D（100tex）的PP纤维作为经纱，经纱密度为100根/10cm，采用剑杆织机织造，得到高透水性土工织物。
制得的高透水性土工织物的克重为124g/m2，透水量为1.25kg/m2。
实施例6
一种高透水性土工织物的制备方法，具体如下：
（1）将实施例2制得的具有两级芯吸结构的异形纤维，采用亲水油剂STANTEX S6327进行亲水表面处理，得到亲水异形纤维；
（2）以步骤（1）得到的亲水600tex异形纤维作为纬纱，纬纱密度为50根/10cm，以细度为900D(100tex)的PP纤维作为经纱，经纱密度为15根/10cm，采用剑杆织机织造，得到高透水性土工织物。
制得的高透水性土工织物的克重为315g/m2，透水量为2.58kg/m2。
实施例7
一种高透水性土工织物的制备方法，具体如下：
（1）将实施例3制得的具有两级芯吸结构的异形纤维，采用亲水油剂STANTEX S6327进行亲水表面处理，得到亲水异形纤维；
（2）以步骤（1）得到的亲水600tex异形纤维作为纬纱，纬纱密度为18根/10cm，以细度为900D（100tex）的PP纤维作为经纱，经纱密度为40根/10cm，采用剑杆织机织造，得到高透水性土工织物。
制得的高透水性土工织物的克重为148g/m2，透水量为1.35kg/m2。
实施例8
一种高透水性土工织物的制备方法，具体如下：
（1）将实施例4制得的具有两级芯吸结构的异形纤维，采用亲水油剂STANTEX S6327进行亲水表面处理，得到亲水异形纤维；
（2）以步骤（1）得到的亲水600tex异形纤维与细度为900D（100tex）的PP纤维合股作为纬纱，纬纱中600tex亲水异形纤维与900D（100tex）PP纤维的合股根数比例为1:6，得到两种纤维的质量比为1:1，合股纬纱密度为30根/10cm，以细度为900D（100tex）的PP纤维作为经纱，经纱密度为20根/10cm，采用剑杆织机织造，得到高透水性土工织物。
制得的高透水性土工织物的克重为380·g/m2，透水量为2.05kg/m2。
本发明上述实施例1~4中具有两级芯吸结构的异形纤维的生产方法如下：
使用带有计量泵和挤出模头的直径为Ø36的单螺杆挤出机；先加热螺杆挤出机，挤出机一至五区温度及计量泵、模头温度分布：150℃,190℃，200℃，200℃，200℃，210℃，220℃。
把异形纤维所用模板装在模头里，模板上带有4孔，模板上孔的截面形状与异形纤维截面形状相同。
按配方称取物料，然后均匀混合；
待温度升至所需要温度后，开动螺杆挤出机，螺杆频率15赫兹，计量泵12赫兹；把物料放入单螺杆机的料斗，物料经塑化，熔融，混炼后，经计量泵计量挤出模板形成熔体流。
熔融体流出了模板后，用水或其他惰性溶液冷却凝固，使用牵引机牵引；接着经过热水槽和第二台牵引机，进行3~8倍的拉伸，再经热箱高温定型，然后冷却收卷，得到异形纤维。

Claims (7)

1.一种具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维，其特征在于：所述具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维具有n+1级分支结构；
n+1级分支结构是在n级分支结构的每个分支上分别形成新的分支得到的，n≥1；
其中，二级分支结构与一级分支结构为直线，且一级分支结构与在所述一级分支结构上形成的二级分支结构垂直，二级分支结构与一级分支结构的宽度相同；
所述具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维为皮芯纤维，皮层与芯层的质量比为30～70:70～30，皮层原料为PP与亲水改性PP母粒，芯层原料为PP；
亲水改性PP母粒是将PP与PP接枝PVA以固相混合、双螺杆熔融共混的方式挤出造粒制得的；
PP接枝PVA的接枝率为5～10％。
2.根据权利要求1所述的一种具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维，其特征在于，所述具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维具有两级分支结构，二级分支结构的长度为一级分支结构长度的60～150％。
3.根据权利要求2所述的一种具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维，其特征在于，一级分支结构的分支数大于2，二级分支结构的分支数大于2。
4.根据权利要求3所述的一种具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维，其特征在于，所述具有多级芯吸结构的异形纤维的细度≥100tex。
5.根据权利要求1所述的一种具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维，其特征在于，皮层原料中亲水改性PP母粒的质量占比为1～5％；
亲水改性PP母粒中PP接枝PVA的质量占比为20～30％。
6.一种高透水性土工织物的制备方法，其特征在于：以亲水异形纤维或者亲水异形纤维与非异形结构土工纤维作为纬纱，以非异形结构土工纤维作为经纱，织造得到高透水性土工织物；
亲水异形纤维为权利要求1～5任一项所述的具有多级芯吸结构的用于土工织物的异形纤维经亲水表面处理得到的；
纬纱中亲水异形纤维的质量占比不低于10％。
7.根据权利要求6所述的一种高透水性土工织物的制备方法，其特征在于，所述高透水性土工织物的克重≤600g/m2，透水量≥1.2kg/m2。
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