聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布應(yīng)用前景分析

姜瑞明，錢(qián)競(jìng)芳

(1.天鼎豐非織造布有限公司，山東 德州 251500； 2.東華大學(xué)，上海 201620)

聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布應(yīng)用前景分析

姜瑞明1，錢(qián)競(jìng)芳2

(1.天鼎豐非織造布有限公司，山東 德州 251500； 2.東華大學(xué)，上海 201620)

文章在比較了聚酯及聚丙烯非織造土工布耐堿性和力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，分析了聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布的應(yīng)用領(lǐng)域和生產(chǎn)現(xiàn)狀，指出了我國(guó)目前生產(chǎn)聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布存在的問(wèn)題。

土工布；針刺非織造布；聚丙烯；紡粘法

土工布作為土工合成材料的一種，在堤壩坡岸、公路建設(shè)、鐵路建設(shè)、工業(yè)與民用建筑、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它的發(fā)展對(duì)促進(jìn)各行業(yè)的科技進(jìn)步，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)起著重大的作用。因此，對(duì)土工布的開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有重要的社會(huì)價(jià)值和可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 非織造土工布概述

按照加工和生產(chǎn)方法的不同，土工布可分為機(jī)織土工布、編織土工布和非織造土工布三種。其中，機(jī)織土工布具有較高的抗拉強(qiáng)度，一般用于各種強(qiáng)力要求較高的地方，但機(jī)織土工布對(duì)角拉伸強(qiáng)度較低，且紗線的位移會(huì)改變土工布的孔徑大小，從而影響過(guò)濾性能，因此機(jī)織土工布適用于加固建工材料，一般不用于隔層和濾水材料。編織土工布縱橫向一般都具有相當(dāng)強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，穩(wěn)定性能好，但因其各向同向性差、孔隙穩(wěn)定性差、強(qiáng)力相對(duì)較低等特點(diǎn)，在土工材料中的使用相對(duì)較少[1]。非織造土工布具有良好的延伸性、力學(xué)性能和水平滲透過(guò)濾性能等，具有排水、過(guò)濾、隔離、加筋、防滲、防護(hù)六大功能，以及加工簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率較高、成本較低等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于水利、電力、公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口、圍墾、環(huán)保、抗洪以及各種地下、水下等各種土木工程領(lǐng)域，雖然起步較晚，但發(fā)展非常迅速。目前，世界非織造土工布占全部土工布的70%左右，我國(guó)非織造土工布約占全部土工布總量的60%。

在非織造土工布中，按成網(wǎng)和加固方法的不同，可將其分成紡粘法針刺非織造土工布、短纖針刺非織造土工布以及熱熔粘合法非織造土工布等幾種。其中，紡粘法針刺非織造土工布質(zhì)地均勻，強(qiáng)力高，伸長(zhǎng)率好，生產(chǎn)率高，成本最低，已成為主要的非織造土工布；短纖維針刺非織造土工布質(zhì)地松軟，結(jié)構(gòu)蓬松，吸水滲水性能好，適合于各種滲水、排水系統(tǒng)，也適合做路基，但其強(qiáng)力較差，抗撕裂性差；粘合法非織造土工布，由于粘合點(diǎn)不能產(chǎn)生滑移，布面比較僵直，抗撕拉性較差，因此在土木工程中應(yīng)用很少。

在非織造土工布中，按所用原料的不同，可將其分成聚酯纖維非織造土工布、聚丙烯纖維非織造土工布、聚酰胺纖維非織造土工布、聚乙烯醇纖維非織造土工布，以及黃麻纖維、聚乙烯纖維、聚乳酸纖維非織造土工布等。其中，應(yīng)用最普遍的是聚酯和聚丙烯纖維非織造土工布[2]。

聚酯纖維非織造土工布強(qiáng)力高，熔點(diǎn)高，具有優(yōu)良的韌度和蠕變特性，尤其在抗紫外線、抗老化性能上均能夠滿足工程要求，但缺點(diǎn)是耐堿性能較差；聚丙烯纖維非織造土工布強(qiáng)度較高，耐酸堿性好、耐磨性好，耐腐蝕、耐霉變，耐低溫，具有較好的芯吸效應(yīng)和滲水性能，且比重輕，價(jià)格便宜，使得聚丙烯非織造土工布在土木工程領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，尤其是在地下耐酸堿環(huán)境下和高寒等惡劣環(huán)境中具有不可替代的關(guān)鍵地位。

2 聚酯和聚丙烯非織造土工布比較

2.1 聚酯和聚丙烯非織造土工布耐堿性能比較

圖1、圖2是模擬垃圾填埋場(chǎng)的使用環(huán)境，將三種針刺非織造土工布試樣浸泡在不同溫度垃圾填埋場(chǎng)的滲瀝液中180天后，測(cè)試得到的結(jié)果[3]。

圖1 土工織物經(jīng)垃圾滲瀝液浸泡180天后拉伸強(qiáng)力保持率(%)

圖2 土工織物經(jīng)垃圾滲瀝液浸泡180天后延伸率保持率(%)

從圖1、圖2可以看出，聚丙烯短纖針刺土工布在不同溫度下經(jīng)滲瀝液浸泡180天后，拉伸強(qiáng)力和延伸率都保持在80%以上；再生聚酯短纖針刺土工布經(jīng)滲瀝液浸泡180天，在20℃環(huán)境溫度下，拉伸強(qiáng)力和延伸率的保持率低于50%，在50℃和80℃環(huán)境溫度下，拉伸強(qiáng)力幾乎為0，試樣遭到嚴(yán)重破壞；聚酯紡粘針刺土工布經(jīng)滲瀝液浸泡180天，在20℃和50℃環(huán)境溫度下，拉伸強(qiáng)力和延伸率的保持率在50%以上，但低于聚丙烯短纖針刺土工布，在80℃環(huán)境溫度下，延伸率保持率低于30%。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得知，聚丙烯土工布完全符合垃圾填埋場(chǎng)的使用要求，聚酯土工布不適用于垃圾填埋場(chǎng)的高溫環(huán)境，再生聚酯土工布完全不能適用于垃圾填埋場(chǎng)工程。

2.2 聚酯和聚丙烯非織造土工布拉伸強(qiáng)力比較

表1是聚酯與聚丙烯非織造土工布拉伸強(qiáng)力的比較。從表1可以看出，短纖針刺非織造土工布強(qiáng)力明顯低于紡粘法針刺非織造土工布，聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布強(qiáng)力明顯高于聚酯紡粘法針刺非織造土工布。

表1 聚酯與聚丙烯非織造土工布拉伸強(qiáng)力比較

*注： GSM =g/m2(gram per square meter)

3 聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布的特性，其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：

3.1 防滲工程

如污水處理廠、垃圾填埋場(chǎng)、污染物儲(chǔ)存池、環(huán)保及水工結(jié)構(gòu)防滲、建筑防滲領(lǐng)域以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，作為與防滲土工膜結(jié)合使用的墊襯，非織造土工布要求耐高溫、抗冷凍、耐腐蝕、抗拉強(qiáng)度高，耐酸堿性能好，使用壽命長(zhǎng)，因此，聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布具有非常好的應(yīng)用前景。按照我國(guó)土工膜環(huán)保工程防滲材料需求的預(yù)測(cè)，2016年將需要聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布15萬(wàn)噸。

3.2 粉煤灰堆場(chǎng)

粉煤灰的主要成分是酸性氧化物，但是粉煤灰加水后．溶液的pH值瞬時(shí)增加，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)pH值增加，最大可達(dá)12以上，呈強(qiáng)堿性，因此在建設(shè)粉煤灰堆場(chǎng)時(shí)必須使用聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布。

目前根據(jù)我國(guó)火力發(fā)電和現(xiàn)代煤化工行業(yè)的發(fā)展，預(yù)計(jì)“十二五”末粉煤灰年產(chǎn)生量將達(dá)到6.82億噸，按照粉煤灰綜合利用率為70%計(jì)算，每年將有約2億噸粉煤灰需要長(zhǎng)期堆放，約需3000萬(wàn)平方米的防滲土工膜，其中高強(qiáng)聚丙烯土工布約需1.8萬(wàn)噸。

3.3 尾礦庫(kù)堆場(chǎng)

大多數(shù)金屬尾礦庫(kù)，如金、鉛、銅、氧化鋁、汞、鎘、鉻和鉬等金屬尾礦庫(kù)的滲瀝液基本呈堿性，有的呈強(qiáng)堿性。所以必須采用耐酸堿的聚丙烯土工布防護(hù)防滲膜，輔助采用聚丙烯土工布復(fù)合的排水網(wǎng)，起加固、排水和反濾作用。

我國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，數(shù)量驚人的尾礦對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。隨著我國(guó)環(huán)保法規(guī)的健全和對(duì)環(huán)保要求的提高,尾礦庫(kù)的環(huán)保防滲問(wèn)題日益受到重視，對(duì)聚丙烯土工布的需求也越來(lái)越多。

3.4 礦山堆浸場(chǎng)

中國(guó)礦產(chǎn)資源總量豐富，但具有品位低、礦石復(fù)雜難處理等顯著特點(diǎn)，因此，堆浸采礦技術(shù)在我國(guó)礦冶界得到廣泛應(yīng)用，但選礦廠浸出液滲漏后會(huì)污染地下水及土壤，破壞環(huán)境。北京高能時(shí)代環(huán)境技術(shù)股份有限公司推出的濕法堆浸滲漏阻隔技術(shù)，采用土工膜、鈉基膨潤(rùn)土墊、土工布和土工排水網(wǎng)等土工合成材料，有效地阻止了浸出液滲漏[4]。同樣，由于金屬堆浸液呈堿性，選用的土工布必須是聚丙烯土工布。

3.5 高鐵無(wú)碴軌道滑動(dòng)層

高鐵無(wú)碴軌道的軌道結(jié)構(gòu)，從上到下依次為：鋼軌、扣件、道床板、滑動(dòng)層?；瑒?dòng)層位于道床板與橋面之間,由兩布一膜材料組成。由于底座混凝土板呈堿性，因此高鐵滑動(dòng)層要求使用聚丙烯紡粘法針刺土工布。

據(jù)估算，每公里高鐵單軌無(wú)碴軌道需要使用聚丙烯紡粘針刺非織造土工布約2500 m2。根據(jù)中國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃方案，到2020年，中國(guó)高速鐵路里程將超過(guò)30,000公里，因此對(duì)聚丙烯紡粘針刺非織造土工布也將有具有巨大的需求。

3.6 生態(tài)袋

生態(tài)袋是由以聚丙烯為原料制成的高強(qiáng)度、平面穩(wěn)定的針刺非織造土工布加工而成的袋子，耐腐蝕性強(qiáng),抗紫外線,不降解并可以抵抗蟲(chóng)害的侵蝕，抗老化，抗酸堿鹽侵蝕及微生物分解，具有透水不透土的功能，既能防止袋內(nèi)填充物(土壤及營(yíng)養(yǎng)材料混合物)流失，又能實(shí)現(xiàn)水分在土壤中的正常交流，植物生長(zhǎng)所需的水分得到了有效的保持和及時(shí)的補(bǔ)充，植物能通過(guò)袋體自由生長(zhǎng)，根系進(jìn)入工程基礎(chǔ)土壤中，形成袋體與主體坡面間的再次穩(wěn)固作用,是荒山、礦山修復(fù)、高速公路邊坡綠化、河岸護(hù)坡、內(nèi)河整治中重要的施工方法之一，是最新型的邊坡構(gòu)件材料。

生態(tài)袋具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，下游市場(chǎng)對(duì)生態(tài)袋產(chǎn)品的需求量逐年增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，今后生態(tài)袋市場(chǎng)年均增長(zhǎng)率為15%～20%，其中歐洲、日本和韓國(guó)市場(chǎng)需求量較大，東歐、亞洲(日本除外)和南美市場(chǎng)正在發(fā)展，中國(guó)最具有開(kāi)發(fā)潛力。

3.7 其它常用非織造布土工布應(yīng)用領(lǐng)域

聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布幾乎可以用于所有聚酯紡粘法針刺非織造土工布應(yīng)用領(lǐng)域。此外，隨著我國(guó)土壤鹽堿化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，聚酯非織造土工布耐堿性較差的問(wèn)題日顯突出，聚丙烯非織造土工布的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)日益明顯。

4 聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，國(guó)外生產(chǎn)聚丙烯紡粘針刺非織造土工布比較成功的企業(yè)主要是隸屬于奧地利TENCAT公司的位于馬來(lái)西亞POLYFELT(百利福)公司。近期天鼎豐非織造布有限公司與意大利的FARE(法瑞)公司強(qiáng)強(qiáng)合作、研發(fā)高強(qiáng)粗旦聚丙烯紡粘針刺非織造土工布生產(chǎn)技術(shù)，并獲得重大突破。表2是最新研制生產(chǎn)的聚丙烯紡粘針刺非織造土工布樣品與百利福公司聚丙烯紡粘針刺非織造土工布標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)聚酯紡粘針刺非織造土工布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的比較。

表2 三種紡粘針刺工布檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

從表2可以看到，法瑞公司樣品的拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于百利福產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)聚酯紡粘針刺非織造土工布國(guó)標(biāo)；法瑞公司樣品的拉伸強(qiáng)力、撕裂強(qiáng)力和CBR頂破強(qiáng)力也達(dá)到了300 g/m2聚酯紡粘針刺非織造土工布的國(guó)標(biāo)要求。但是由于樣品未經(jīng)過(guò)熱定型，其橫向延伸率偏高。

目前，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，聚丙烯紡粘針刺非織造土工布占紡粘土工布比例達(dá)30%～40%，有的國(guó)家甚至達(dá)到50%以上。但在我國(guó)，紡粘針刺土工布均為聚酯纖維，聚丙烯紡粘針刺非織造土工布幾乎是空白。

2009年，國(guó)家發(fā)改委與工程部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于紡織機(jī)械工業(yè)調(diào)整指導(dǎo)意見(jiàn)》中，將聚丙烯紡粘針刺非織造土工布項(xiàng)目列為積極鼓勵(lì)和扶持的重點(diǎn)項(xiàng)目，但迄今為止，聚丙烯切片紡粘法氣流拉伸后，單絲的強(qiáng)度不能達(dá)到≥3.5 g/d，聚丙烯紡粘針刺土工布的拉伸強(qiáng)度也達(dá)不到紡粘針刺非織造土工布的GB/T17639-1998國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，聚丙烯紡粘針刺非織造土工布尚未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

5 結(jié)論

聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布具有強(qiáng)度高、耐酸堿、耐腐蝕、耐霉變，耐低溫等優(yōu)點(diǎn)，是高科技含量、高附加值的產(chǎn)品，在土木工程多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，尤其是在地下耐酸堿環(huán)境和高寒等惡劣環(huán)境中具有不可替代的關(guān)鍵地位。隨著聚酯長(zhǎng)絲非織造土工布耐堿性較差的弊端日漸突出，聚丙烯長(zhǎng)絲非織造土工布在我國(guó)具有巨大的應(yīng)用前景。但目前，由于相關(guān)生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)尚未獲得突破，我國(guó)聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布尚未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。要滿足市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)必須加快相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)和開(kāi)發(fā)，突破粗旦高強(qiáng)聚丙烯纖維的紡絲技術(shù)及土工布針刺加工技術(shù)。

[1] 熊葳.非織造土工布的發(fā)展和應(yīng)用[J].輕紡工業(yè)與技術(shù)，2010,(4)：19.

[2] 孫彤彤.我國(guó)聚丙烯土工布的生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展前景[J].非織造布，2001,(4):29—35.

[3] 全漢容.用于垃圾填埋場(chǎng)防護(hù)與排水的非織造土工布的耐化學(xué)性研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2004，(4):23—26.

[4] 劉勇等.基于濕法堆浸場(chǎng)工藝的多重滲漏阻隔技術(shù)應(yīng)用[J].有色金屬工程, 2013，(2):51—55.

Application Prospect of Polypropylene Spunbond Needle-punched Geotextiles

JiangRuiming1,QianJingfang2

(1.Tiandingfeng Nonwovens Co., Ltd.,Dezhou 251500, China； 2.Donghua University, Shanghai 201620, China)

The differences of alkli resistance and mechanical properties for the polyester nonwoven geotextiles and polypropylene nonwoven geotextiles were compared, then the application prospect and manufacturing status of the polypropylene spunbond needle-punched geotextiles was analysed.The existing problems in manufacturing the polypropylene spunbond needle-punched geotextiles in China were found out.

geotextile； needle-punched nonwoven； polypropylene； spunbond

2015-05-18

姜瑞明(1963—)，男，山東煙臺(tái)人，工程師。

F426

A

1009-3028(2015)04-0039-04