經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的結(jié)構(gòu)與性能

經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的結(jié)構(gòu)與性能

復(fù)合土工布是由兩種以上的不同物理或化學(xué)材料組成的。它通常由非織布和增強(qiáng)織物組成。它不僅保留了每個材料在復(fù)合前的優(yōu)點，而且還具有材料組成成分之前的新性能。這是一種新型的土木工程材料?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用于水利、公路、鐵路、建筑物等領(lǐng)域。國外在20世紀(jì)60年代就開始了復(fù)合土工布的生產(chǎn),而中國則起步較晚,大約從20世紀(jì)80年代末才開始進(jìn)行開發(fā)和生產(chǎn).目前,中國生產(chǎn)復(fù)合土工布的復(fù)合工藝主要有針刺法、水刺法和粘合法,其中針刺法比較成熟.質(zhì)檢部門曾對國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)合土工布性能進(jìn)行檢查,在對工程質(zhì)量有直接影響的指標(biāo)中,水力學(xué)指標(biāo)全部合格,而問題主要出在織物強(qiáng)伸度方面,包括斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率、CBR頂破、撕裂強(qiáng)力,這些都與織物的組織結(jié)構(gòu)和復(fù)合方式有關(guān).非織造布孔隙率高、孔隙分布復(fù)雜,因而具有良好的過濾、隔離、防滲和導(dǎo)排水性能,但強(qiáng)度相對較低,斷裂伸長率大,尺寸穩(wěn)定性不好.而經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)具有拉伸強(qiáng)度大、模量高、耐蠕變、撕裂強(qiáng)度大等優(yōu)良的力學(xué)性能.將經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)與非織造布進(jìn)行復(fù)合可以解決目前復(fù)合土工布所面臨的問題.1雙軸向非織造布復(fù)合土工布經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布是由縱橫兩向平行伸直的紗線與非織造布(或纖維網(wǎng))通過經(jīng)編技術(shù)復(fù)合而成的一類土工織物.襯紗平行伸直襯在織物的縱向(襯經(jīng)0°)和橫向(襯緯90°),由編織紗將它們與非織造布(或纖維網(wǎng))綁縛在一起.襯紗(襯經(jīng)和襯緯)由地組織的線圈延展線固定在非織造布(或纖維網(wǎng))的表面,非織造布(或纖維網(wǎng))一面為圈柱.經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布具有較大的設(shè)計靈活性,根據(jù)產(chǎn)品的用途以及所需承受的載荷,雙軸向結(jié)構(gòu)可設(shè)計成網(wǎng)格結(jié)構(gòu),如圖1所示;也可設(shè)計為格柵結(jié)構(gòu),如圖2所示.在確保獲得所需力學(xué)性能的條件下,網(wǎng)格應(yīng)盡可能設(shè)計得大些,或采用格柵結(jié)構(gòu).如圖2所示的復(fù)合土工布可用于公路、鐵路路基的建設(shè),起到加筋、隔離、過濾、防滲等作用.2生產(chǎn)工藝2.1原材料2.1.1襯經(jīng)紗和襯緯紗襯紗在織物中主要起承載作用,因此通常采用拉伸性能較好的無捻長絲或低捻度長絲.襯經(jīng)紗和襯緯紗通常采用相同原料和紗支的紗線,也可以根據(jù)設(shè)計需要有所不同.網(wǎng)格結(jié)構(gòu):襯紗通常使用滌綸長絲或丙綸長絲,紗支280～1670dtex;格柵結(jié)構(gòu):襯紗通常使用紗支為2400tex的玻璃纖維粗紗或高強(qiáng)滌綸長絲.2.1.2低收縮滌綸長絲的制備編織紗的作用是將襯紗與非織造布(或纖維網(wǎng))結(jié)接在一起,形成一個整體.在某些工程應(yīng)用中編織紗還要承受沿織物厚度方向的應(yīng)力和載荷.網(wǎng)格結(jié)構(gòu):通常采用低收縮滌綸長絲,紗支80dtex;格柵結(jié)構(gòu):因為襯紗為格柵結(jié)構(gòu),而編織紗的縫紉長度是均勻的(通常是滿穿或一穿一空),因此大部分編織紗要穿過柵格(如圖2所示).為避免編織紗對非織造布(或纖維網(wǎng))的損傷,編織紗通常采用紗支較低的滌綸變形紗.2.1.3針刺非織造布結(jié)構(gòu)復(fù)合土工布中非織造布主要起過濾、防滲、隔離和導(dǎo)排水的作用,面內(nèi)及面外應(yīng)力和載荷則主要由經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)承擔(dān).從織物功能、加工工藝和成本考慮,通常選用聚酯或聚丙烯短纖維針刺非織造布,織物克重20～300g/m2,通常選用150～200g/m2.2.2組織2.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中常用的組織如下1gb1：1-0.0-1/地組織gb2：0-0.1/1/襯墊90下的地組織2gb1：1-0.1-2，2-1/地組織gb2：1-2，2-1-0，1-0/地組織gb3：0-0.1-0.1/1-1/支撐矩陣90襯底3gb1：3-4、3-4、4-3、1-0、1-0、0-1/地組織gb2：1-0、1-0、0-1、3-4、4-3、地組織gb3：0-0、1-1、0-0、1-1、0-1、1-1、1-1、支撐下護(hù)甲2.2.2格柵結(jié)構(gòu)的組織格柵結(jié)構(gòu)中常用的組織如下1gb1：1-0.0.64a-a1-16土壤組織gb2：2-3，1-0，61-1b8土壤組織GB3:0-0/(1-1)×11//4×C-12空(襯經(jīng))襯緯90°襯入地組織.2空-17地組織襯經(jīng)GB2:2-3/2-1/1-0/1-2//×3(1空-1B)×7(地組織)GB3:0-0/(1-1)×11//(1空-1C)×2-10空(襯經(jīng))襯緯90°襯入地組織.2.3全幅襯緯機(jī)構(gòu)經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布在KarlMayer公司生產(chǎn)的RS3MSU-V-N拉舍爾經(jīng)編機(jī)上生產(chǎn).這種機(jī)型與普通拉舍爾經(jīng)編機(jī)的不同之處在于,該經(jīng)編機(jī)的機(jī)后配備了新型的全幅襯緯機(jī)構(gòu)和纖網(wǎng)喂入機(jī)構(gòu).全幅襯緯機(jī)構(gòu)包括用于鋪放和傳送襯緯的機(jī)架、引緯器和襯緯紗架等,其中機(jī)架的兩邊各有一條傳送鏈,上面帶有鉤掛元件;襯緯紗架位于機(jī)架的右側(cè).襯緯由襯緯紗架上的筒子直接供給,襯經(jīng)則由襯經(jīng)軸連續(xù)供給.在進(jìn)行編織運動時,襯緯由引緯器從襯緯紗架引到傳送鏈的鉤掛元件上(可同時引入24根襯緯紗),再由傳送鏈逐根送到織口,如圖3所示.然后由編織紗將其與襯經(jīng)和非織造布(或纖維網(wǎng))結(jié)接在一起,見圖4.最后將襯緯從傳送鏈上剪下,坯布經(jīng)牽拉和卷取卷到卷布輥上.3雙軸向復(fù)合土工布性能調(diào)查證明,經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布用于隔離、過濾、排水、增強(qiáng)、防護(hù)以及聯(lián)合使用這些功能時,具有很好的性能.3.1機(jī)械結(jié)接法對復(fù)合土工布水力性能的影響經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的水力性能主要由織物中的非織造布(或纖維網(wǎng))的結(jié)構(gòu)決定,襯紗中長絲纖維的緊密排列只允許顆粒較小的水分子通過.與粘合復(fù)合土工布相比,機(jī)械結(jié)接法可避免粘合劑對織物水力性能的影響.值得注意的是,因為編織紗對非織造布(或纖維網(wǎng))的拉扯在織物上留下的孔洞會使較大顆粒的砂通過,增大非織造布(或纖維網(wǎng))的厚度(或平方米克重)可以避免或減輕這種破壞.然而非織造布(或纖維網(wǎng))厚度增加,等效孔徑減小,可能導(dǎo)致淤堵,因此非織造布(或纖維網(wǎng))的厚度(或平方米克重)是影響這種復(fù)合土工布水力性能的一個重要因素.3.2力學(xué)能力3.2.1拉伸力學(xué)性能通常聚合物紡織材料在拉伸過程中都存在彈性變形和塑性變形兩個過程.在工程應(yīng)用中,設(shè)計人員選材時考慮的并不是織物的屈服強(qiáng)度或斷裂強(qiáng)度,而是以織物在彈性變形階段伸長率為2%和5%時所對應(yīng)的強(qiáng)度值為依據(jù).因為這兩個強(qiáng)度才是能夠滿足工程長期使用的應(yīng)用值和參考值.從理論上講,經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布的拉伸強(qiáng)度與由襯紗形成的雙軸向結(jié)構(gòu)的拉伸強(qiáng)度基本相同,只有在伸長率較大時非織造布的強(qiáng)力才有少量貢獻(xiàn).織物在受外力拉伸時,平行伸直的各根襯紗同時承受載荷,能迅速響應(yīng)拉伸力的變化.襯紗的平行伸直能使織物在低伸長率時就獲得很高的強(qiáng)度值,而不像機(jī)織物中的紗線,它在受外力拉伸時先伸直再伸長.因此與機(jī)織復(fù)合土工布相比,經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布具有更高的初始拉伸模量、較低的斷裂伸長率,見表1.同時具有較高的纖維力學(xué)潛能利用率.3.2.2抗撕裂性能好經(jīng)編雙軸向復(fù)合土工布中的襯紗由編織紗固定在非織造布的表面,襯紗之間沒有相互交織,因此襯紗具有一定的可動性.在織物受到撕裂時,非織造布和編織紗因具有較大的彈性而伸長,受撕拉處的幾根襯紗則聚束在一起(聚束效應(yīng)),因此織物具有較高的撕裂強(qiáng)度.經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)的聚束效應(yīng)、非織造布(或纖維網(wǎng))中纖維的相互糾纏以及編織紗機(jī)械接結(jié),使這種織物具有良好的抗撕裂蔓延性能.4新型復(fù)合土工布經(jīng)編