经编双轴向复合土工布的结构与性能

经编双轴向复合土工布的结构与性能

复合土工布是由两种以上的不同物理或化学材料组成的。它通常由非织布和增强织物组成。它不仅保留了每个材料在复合前的优点，而且还具有材料组成成分之前的新性能。这是一种新型的土木工程材料。现在广泛应用于水利、公路、铁路、建筑物等领域。国外在20世纪60年代就开始了复合土工布的生产,而中国则起步较晚,大约从20世纪80年代末才开始进行开发和生产.目前,中国生产复合土工布的复合工艺主要有针刺法、水刺法和粘合法,其中针刺法比较成熟.质检部门曾对国内企业生产的复合土工布性能进行检查,在对工程质量有直接影响的指标中,水力学指标全部合格,而问题主要出在织物强伸度方面,包括断裂强力、断裂伸长率、CBR顶破、撕裂强力,这些都与织物的组织结构和复合方式有关.非织造布孔隙率高、孔隙分布复杂,因而具有良好的过滤、隔离、防渗和导排水性能,但强度相对较低,断裂伸长率大,尺寸稳定性不好.而经编双轴向结构具有拉伸强度大、模量高、耐蠕变、撕裂强度大等优良的力学性能.将经编双轴向结构与非织造布进行复合可以解决目前复合土工布所面临的问题.1双轴向非织造布复合土工布经编双轴向复合土工布是由纵横两向平行伸直的纱线与非织造布(或纤维网)通过经编技术复合而成的一类土工织物.衬纱平行伸直衬在织物的纵向(衬经0°)和横向(衬纬90°),由编织纱将它们与非织造布(或纤维网)绑缚在一起.衬纱(衬经和衬纬)由地组织的线圈延展线固定在非织造布(或纤维网)的表面,非织造布(或纤维网)一面为圈柱.经编双轴向复合土工布具有较大的设计灵活性,根据产品的用途以及所需承受的载荷,双轴向结构可设计成网格结构,如图1所示;也可设计为格栅结构,如图2所示.在确保获得所需力学性能的条件下,网格应尽可能设计得大些,或采用格栅结构.如图2所示的复合土工布可用于公路、铁路路基的建设,起到加筋、隔离、过滤、防渗等作用.2生产工艺2.1原材料2.1.1衬经纱和衬纬纱衬纱在织物中主要起承载作用,因此通常采用拉伸性能较好的无捻长丝或低捻度长丝.衬经纱和衬纬纱通常采用相同原料和纱支的纱线,也可以根据设计需要有所不同.网格结构:衬纱通常使用涤纶长丝或丙纶长丝,纱支280～1670dtex;格栅结构:衬纱通常使用纱支为2400tex的玻璃纤维粗纱或高强涤纶长丝.2.1.2低收缩涤纶长丝的制备编织纱的作用是将衬纱与非织造布(或纤维网)结接在一起,形成一个整体.在某些工程应用中编织纱还要承受沿织物厚度方向的应力和载荷.网格结构:通常采用低收缩涤纶长丝,纱支80dtex;格栅结构:因为衬纱为格栅结构,而编织纱的缝纫长度是均匀的(通常是满穿或一穿一空),因此大部分编织纱要穿过栅格(如图2所示).为避免编织纱对非织造布(或纤维网)的损伤,编织纱通常采用纱支较低的涤纶变形纱.2.1.3针刺非织造布结构复合土工布中非织造布主要起过滤、防渗、隔离和导排水的作用,面内及面外应力和载荷则主要由经编双轴向结构承担.从织物功能、加工工艺和成本考虑,通常选用聚酯或聚丙烯短纤维针刺非织造布,织物克重20～300g/m2,通常选用150～200g/m2.2.2组织2.2.1网络结构的组织网络结构中常用的组织如下1gb1：1-0.0-1/地组织gb2：0-0.1/1/衬垫90下的地组织2gb1：1-0.1-2，2-1/地组织gb2：1-2，2-1-0，1-0/地组织gb3：0-0.1-0.1/1-1/支撑矩阵90衬底3gb1：3-4、3-4、4-3、1-0、1-0、0-1/地组织gb2：1-0、1-0、0-1、3-4、4-3、地组织gb3：0-0、1-1、0-0、1-1、0-1、1-1、1-1、支撑下护甲2.2.2格栅结构的组织格栅结构中常用的组织如下1gb1：1-0.0.64a-a1-16土壤组织gb2：2-3，1-0，61-1b8土壤组织GB3:0-0/(1-1)×11//4×C-12空(衬经)衬纬90°衬入地组织.2空-17地组织衬经GB2:2-3/2-1/1-0/1-2//×3(1空-1B)×7(地组织)GB3:0-0/(1-1)×11//(1空-1C)×2-10空(衬经)衬纬90°衬入地组织.2.3全幅衬纬机构经编双轴向复合土工布在KarlMayer公司生产的RS3MSU-V-N拉舍尔经编机上生产.这种机型与普通拉舍尔经编机的不同之处在于,该经编机的机后配备了新型的全幅衬纬机构和纤网喂入机构.全幅衬纬机构包括用于铺放和传送衬纬的机架、引纬器和衬纬纱架等,其中机架的两边各有一条传送链,上面带有钩挂元件;衬纬纱架位于机架的右侧.衬纬由衬纬纱架上的筒子直接供给,衬经则由衬经轴连续供给.在进行编织运动时,衬纬由引纬器从衬纬纱架引到传送链的钩挂元件上(可同时引入24根衬纬纱),再由传送链逐根送到织口,如图3所示.然后由编织纱将其与衬经和非织造布(或纤维网)结接在一起,见图4.最后将衬纬从传送链上剪下,坯布经牵拉和卷取卷到卷布辊上.3双轴向复合土工布性能调查证明,经编双轴向复合土工布用于隔离、过滤、排水、增强、防护以及联合使用这些功能时,具有很好的性能.3.1机械结接法对复合土工布水力性能的影响经编双轴向复合土工布的水力性能主要由织物中的非织造布(或纤维网)的结构决定,衬纱中长丝纤维的紧密排列只允许颗粒较小的水分子通过.与粘合复合土工布相比,机械结接法可避免粘合剂对织物水力性能的影响.值得注意的是,因为编织纱对非织造布(或纤维网)的拉扯在织物上留下的孔洞会使较大颗粒的砂通过,增大非织造布(或纤维网)的厚度(或平方米克重)可以避免或减轻这种破坏.然而非织造布(或纤维网)厚度增加,等效孔径减小,可能导致淤堵,因此非织造布(或纤维网)的厚度(或平方米克重)是影响这种复合土工布水力性能的一个重要因素.3.2力学能力3.2.1拉伸力学性能通常聚合物纺织材料在拉伸过程中都存在弹性变形和塑性变形两个过程.在工程应用中,设计人员选材时考虑的并不是织物的屈服强度或断裂强度,而是以织物在弹性变形阶段伸长率为2%和5%时所对应的强度值为依据.因为这两个强度才是能够满足工程长期使用的应用值和参考值.从理论上讲,经编双轴向复合土工布的拉伸强度与由衬纱形成的双轴向结构的拉伸强度基本相同,只有在伸长率较大时非织造布的强力才有少量贡献.织物在受外力拉伸时,平行伸直的各根衬纱同时承受载荷,能迅速响应拉伸力的变化.衬纱的平行伸直能使织物在低伸长率时就获得很高的强度值,而不像机织物中的纱线,它在受外力拉伸时先伸直再伸长.因此与机织复合土工布相比,经编双轴向复合土工布具有更高的初始拉伸模量、较低的断裂伸长率,见表1.同时具有较高的纤维力学潜能利用率.3.2.2抗撕裂性能好经编双轴向复合土工布中的衬纱由编织纱固定在非织造布的表面,衬纱之间没有相互交织,因此衬纱具有一定的可动性.在织物受到撕裂时,非织造布和编织纱因具有较大的弹性而伸长,受撕拉处的几根衬纱则聚束在一起(聚束效应),因此织物具有较高的撕裂强度.经编双轴向结构的聚束效应、非织造布(或纤维网)中纤维的相互纠缠以及编织纱机械接结,使这种织物具有良好的抗撕裂蔓延性能.4新型复合土工布经编