专利名称：排水管材及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种排水管材及其生产方法。特别地，它涉及一种在排水和集水方面是有效的并不易阻塞、具有重量轻、抗压性能优良、强度和厚度均匀及任意孔洞的排水管材及这种排水管材的生产方法。该方法在管材的生产率方面是卓越的并且能容易地生产出长达4米的用于市政工程的排水的管材。
由于建筑工程，房屋建筑工程，农田或园艺田的排水或集水工程中所用的排水管材被打入或埋入地里或沙土中，因此这些管材需要有高的抗压性能和良好的排水和集水性能。这样的管材已经被应用，象聚氯乙烯，聚乙烯等合成树脂的，混凝土的，铁的穿孔管或缠有聚脂之类的无纺织物的上述种类的管。此外，通过把并列组合纤维组热熔粘得到的排水管材是已知的(日本专利公开号昭55-42210)。
自然沙和砾岩已被主要地用作排水管材，但是在近几年，值得挖采的高质量的沙和砾岩是很少的，并且运输和使用需要相当高的费用。因此，这种管材与上述多孔管一同使用已被广泛地应用。使用上述合成树脂的多孔管时，由于水仅通过管子的贯穿孔，因此集水的作用由于其中的土流或沙流引起阻塞而被限制。这样，在其表面上缠有无纺织物的那些管被广泛使用，但是在这种情况下，虽然对集水的作用在表面上当然地是大的，而在管子无孔部分的水的通路被阻塞。因此，存在着排水效果差和容易产生阻塞的缺点。
甚至在上述通过把并列的组合纤维组热熔粘接得到的排水管材的情况下，由于它是由纤维粘接成的，存在着纤维容易轴向排列而导致易于由泥土压力使其纵向破裂的缺点。此外，由于纤维的热熔粘接仅使其表面粘接，整体的抗压强度是不够的。再有，由于组合纤维制成的管形排水管材通常是由具有圆形模槽的模子模压成形，存在着只能获得较大厚度的管形管材的缺点，由于厚度大，流过排水管材中的排水流的速度很低，因此排水的效率低。由此上述排水管材还没有实际应用。
本发明的目的是提出一种克服了上述普通排水管材的缺点的排水管材，并且该管材具有良好的排水和集水性能、不产生阻塞并具有高抗压性能。
本发明包括如下几个方面(1)一空心排水管材，由包括至少60%重量的1至1000df细度的热熔粘接纤维组成，它通过所述热熔粘接纤维的热熔粘接自粘着而成，并且具有60至90%的孔率，且其厚度(T)和内径(Id)的比例为0.15≤T Id≤0.60。
(2)生产在(1)中所述的排水管材的方法，其中包括，把所述包含热熔粘接纤维的纤维制成基重为10至70g/m2和宽度为2米或更宽的纤维织品或无纺织物，对纤维织品或无纺织物进行热处理，把织品或织物卷在一个芯上直到其外径达到特定值，同时调整缠绕的线性压力达到30至500g/m，使所得到的管材冷却并硬化，然后除去该芯。
图1是一个实施例的示意图，其中纤维织品通过芯的自重被缠绕在芯上。
图2显示了试验排水管材的通水量的示意图。
本发明的排水管材所用的纤维包括至少60%重量的热熔粘接纤维。
本发明的热熔粘接纤维具有1至1000d/f(旦尼尔/单纤维)的细度，并且是当在成份的熔点或更高的温度下热处理时被热熔粘接的纤维。该纤维即可以是由不同成份组成的组合纤维也可以是单一成份的纤维，并且是合成树脂组成的。这样的成份例如有象聚丙烯，聚乙烯等的各种聚烯烃，聚脂树脂，尼龙树脂等。
此外，本发明的热熔粘接纤维也可以是低熔点成份与高熔点成份混合的热塑树脂组成的组合纤维，而且组合的形式即可以是包芯型，也可以是并列型。至于以任意可形成纤维的低熔点树脂与高熔点树脂组合的组合纤维，如象聚丙烯，聚乙烯等的各种聚烯烃的组合，聚脂和低熔聚脂的组合或尼龙树脂的组合等，这些在高于低熔点成份的熔点而低于高熔成份的熔点的温度下用热处理产生自粘接的组合纤维可以是充足的。组合纤维的熔点差最好是10℃或更大，因为纤维，在这样的温度差下易被处理。
其它不到40%重量的不属于本发明的热熔粘接纤维的纤维是那些既使进行热处理时也不自粘接的纤维，这些纤维可以是象聚脂纤维的热塑性纤维，也可以不是热塑性纤维，如棉花，黄麻等纤维。
本发明的排水管材是一个中空件，并满足如下厚度(T)与内径(Id)的关系式(单位mm)0.15≤T/Id≤0.60如果厚度(T)很小而T/Id小于0.15，抗压强度就不够，会因泥土压力而破裂并且粘进强度也不够。相反地，如果厚度太大而T/Id大于0.60，集水特性和排水特性都会很差。因此，最好是0.20≤T/Id≤0.50。
此外，为了大量集水和处理方便，排水管材的外径一般是在50至300mm的范围内，但在工程上所用的排水管材，其外径可以超过上述范围。
排水管材优选30Kg/10cm或更高的压缩强度，更优选50至200Kg/10cm。在这样的强度，管材具有好的集水和排水作用，重量轻并且抗压性能良好，几乎不阻塞，并且在生产率方面是优越的。
本发明的第二个方面在于生产排水管材的方法，它包括，将含有至少60%重量、细度为1至1000d/f的热熔粘接纤维的纤维制成基重为10至70g/m2、宽度为2米或更宽的纤维织物或无纺织物，对纤维织物或无纺织物进行热处理，把织品或织物缠绕在一个芯上直到其外径达到一特定值，同时调整缠绕的线性压力到30至50g/cm，使加工成的管材冷却并硬化，然后拆去该芯。
本发明的纤维织品可以是由梳理机或其它松棉机的装置制成的织品，由纺时粘合工艺制成的织品，或由熔吹工艺制成的织品，使得包含热熔粘接纤维的纤维织品具有10至70g/m2的基重量及2m或更宽的宽度。
此外，无纺织物包括通过造纸工艺获得的湿无纺织物，由热粘接工艺，粘合剂粘接工艺获得的干无纺织物，用针刺法或类似工艺获得的机械缠结物，任何这类无纺织物都可以使用。
然后，上面所举例的织品或纺织物在使热熔粘接纤维熔化而其它纤维不熔化的温度下热处理。在由低熔成份和高熔成份组成的组合热熔粘接纤维的情况下，热处理通常是在使低熔成份熔化而高熔成份不熔化的温度下完成的。然而，如果热处理的时间不长的话，它甚至可以在其它纤维或成份的熔点或高于熔点的温度下进行。如在其它纤维或成份为聚脂的情况下。
这样，热熔粘接纤维被熔化并被粘着于与熔化的成份接触的纤维上，同时组合纤维中的不熔的其它纤维或高熔点成份保持其原有的纤维形状，因而保持了织品或无纺织物的体容宽。用空气或蒸汽加热纤维织品或无纺织物至热，熔粘接纤维的熔点或更高、而低于其它纤维熔点的温度。由此低熔点成份被熔化并粘附于与其接触的纤维。为达到本发明的目的，适当选择加热介质的种类、加热介质的温度、纤维或织物与加热介质的接触时间等。如果为使纤维不变形而加热时间短，温度可以是热熔粘接纤维熔点的温度或更高。这样，更优选是在热空气速度为0.2至5米/秒，而温度在高于低熔成份的熔点2℃及低于低熔成份的熔点50℃之间，并且加热时间为1至60秒，进行热处理。
可以采用热空气循环式，热空气抽吸式或远红外线式中的任一种形式进行这种热处理工艺。它们可以是与用来生产热粘接无纺织物的方式一样，并能提高温度达到热熔粘接成份的熔点或更高。在这些工艺中，优选用比低熔成份的熔点高2℃到低50℃的温度热空气对纤维处理1到100秒。
缠绕在芯上的纤维织品或无纺织物的基重是10至70g/m2。如果少于10g/m2，则将织品或织物缠绕到预定厚度所需的时间就太长了，并且有时还不能用松棉机的方式从缠绕芯上获得均匀的织品或织物。另一方面，如果基重大于70g/m2，对所有织品或无纺织物充分输送热量所需的时间也太长了，否则热熔粘接不均匀。这样很难获得足够的粘接强度。
被缠绕在芯上的织品或无纺织物的宽度通常是2米或更宽。如果低于2米，当本发明的排水管材被用于基建工程、建筑工程、农业工程、园艺工程等领域时，连接部位和工时数都会增加，因此较短的宽度是不实用的。优选3米至10米的宽度。最优选具有易于制备成4米标准长度的产品的宽度。
芯一般是圆筒形的，并且其内径和外径应处在满足上述不等式的条件及根据需要所确定的范围内。此外，甚至在芯具有四方形或三角形状的情况下，上述条件能够据其想象的内接圆和外接圆应用。
随后，纤维织品或无纺织物被缠绕到一根杆或管上，同时线性压力被调整到30至50g/cm。该压力可通过缠绕纤维织品或无纺织物的管或杆的自重施加。
图1显示了一个实施例的示意图，其中纤维织物被缠绕在一个芯上。一个网格输送机4被提供在一个吸气干燥机1中。在网格输送机4的端部，被横向支承在活塞杆6A两端的作为芯的杆5，设置在网格输送机4的驱动辊4A的对侧。一个气缸6被提供，使气缸6的活塞杆6A任意地在杆5的两端底部加负荷。这样，缠绕的线性压力能被调整，使排水管材在厚度方向上的孔率可以是合乎需要的值。织品3被送到由驱动辊4A驱动的网格输送机4上，行进到输送机的端部，然后不断地卷绕在杆5上形成排水管材2。
通过改变几个阶段中纤维织品或无纺织物的缠绕压力，如用气缸或类似装置通过调整压力使靠芯部分压力高而圆周部分压力低，可随意地调整在厚度方向上成品排水管材的孔率。另外，在加工过程中变换具有不同孔率或细度的纤维织品或无纺织物，能够改变在靠近芯部分和外圆部分的孔率和渗性精度。这样使在芯附近密实而在外圆部分粗糙，使使用该成品排水管材在很长时间内不阻塞。
本发明将通过实施例被更详细地说明。
另外，在各个实施例中通过下列方法进行评价排水管材的孔率根据下列等式计算((外观体积)-(测量重量/比重))/((外观体积)) ×100%生产能力当一个排水管材被均匀地，简单地加工时，表示为0，而不是这样地加工时，表示为X。
耐压性能试验一个10cm长的排水管材被横置在直径15cm的两个盘之间并以10mm/min的速度压缩。以测出其屈服点(单位Kg/10cm)。该试验就是耐压性能试验。
阻塞把一个排水管材打入地下并使用。结果如下所示◎3年或3年以上排水量无变化。
○一年或一年以上排水量无变化。
X一个月后排水量下降。
水流量水流量采用图2所示的测试装置测量。排水管材11被截成1米的长度，并被固定于在输水水槽15一侧的管子13与在排水水槽19一侧的管子17之间，并且排水管材的外圆表面涂有一层可热收缩的膜。为了预先排除在排水管材11内的气泡，在输水槽15与排水槽19间有5mm的水面高度差H下让水流过30分钟。此后，在水通道被稳定在30mm水面高度差H下之后，连续地测量每60秒的水流量三次并得出其平均值。水流量定义为通过外径横截面积的平均流量。
通过横截面积的水流量[(外径/2)2π]，每60秒(单位cc/cm2)。
评价综合评价试验产品的生产率、抗压强度、阻塞及水流量，好的产品表示为0，而不好的产品表示为X。
此外，在实施例和对比例中热处理的温度采用热电偶的非接触式温度计测量。
在实施例中，包括纤维的原料被简写如下HDPE熔点132℃的高密度聚乙烯PP熔点165℃的聚丙烯LPET熔点130℃的聚脂PET熔点254℃的聚酯实施例1用在表1中所示的各种聚合物，由于低熔成份在外层而高熔成份在芯处，并且使用一个350孔孔径0.6mm的包芯式组合喷丝头，喷出包芯式的热熔粘接纤维的未拉伸。
包芯式的热熔粘接纤维未拉伸丝用辊式拉伸装置被拉伸到原强度的四倍，同时在100℃加热，然后通过一个弯皱器使其有12皱/25mm的皱，并用切割器剪开，这样得到具有32d/f的单一纤维细度的包芯热熔粘接纤维，其切削长度为64mm。
这样得到的原料纤维由一个梳棉机装置制成宽4.2米、基重20g/m2的织品，然后，用一个吸气干燥机(气流速度1.5m/秒，处理时间15秒，净输送速度10米/秒)对其进行热处理。这样得到的包含呈熔化态低熔成份的织品在不锈钢芯自重的压力下被缠绕在外径30mm、重40g/cm的不锈钢芯上，然后吹入室温的空气对其冷却，并切成4米长，得到内径30mm、外径50mm的排水管材。这样容易地得出的如上所述的排水管材，结韧性好，并有均匀的外观。其评价结果列于表1中。
实施例2和3除了排水管材的外径和线性压力等不同外，用与实施例1相同的方式完成。所得的排水管材的评价结果列于表1中。
实施例4除了低熔的PET(LPET)PET的并列型组合纤维中混有占重量35%的作为其它纤维的65d/f的规则PP纤维，及线性压力不同外，该实施例用与实施例1相同的方式完成。
实施例5除了不采用组合纤维，但使用6d/f的规则PP纤维(占重量70%)与15d/f的规则PET纤维(占30%重量)的共混纤维，该实施例使用与实施例1相同的方式完成，成品排水管材的评价结果见表1。
实施例6除了由HDPE/PP的包芯式组合纤维(100%)的热熔粘接纤维制成的无纺织物缠绕以制作出排水管材，该实施例用与实施例1相同的方式完成。
实施例7除了与实施例1相同的热熔粘接组合纤维先缠到一个不锈钢芯上得到一个具有75%孔率及厚度为16mm的管材，然后同时改变缠绕的线性压力进一步缠绕形成具有88%孔率及16mm厚的第二层结构(双层结构)外，重复实施例1。制成的排水管材的评价结果见表1。
当制成的产品被用作排水管材时，通常需要30Kg/10cm或更高的抗压强度。本发明的排水管材具有30Kg/10cm或更高的抗压强度。
此外，用作排水管材通常要求有300cc/cm2或更多的排水量。本发明的排水管材能够以400cc/cm2或更多的排水量使水通过。
对比实施例1根据常规的生产方法，将用一个15mmφ的圆杆与例1中所采用的相同的热熔粘接组合纤维压入一个具有中央实心部分的圆管内侧的圆形孔中，圆管的内径为60mm而中央实心部分的外径是20mm，而后在有140℃的热空气的容器中对制成管材的热处理循环进行10分钟。根据该常规方法，由于压入管的空心部分的操作复杂，所以生产率低下，制成的排水管材的外观不均匀，并且当它被切开来观察其横截面时，其中仅在表面部分的那些纤维被热熔粘接，但在芯里的那些则没有热粘接，其它评价结果见表1。
对比实施例2和3除了厚度大或小外，这些对比实施例用与实施例1相同的方式完成，其评价结果见表1。
本发明的排水管材全是由纤维组成并且纤维的接触点都是由热熔纤维自粘接而成;因此集水率是优良的并且不会发生阻塞。
此外，由于本发明的排水管材具有特定的孔率和厚度，不必降低水流量，即可获得大的排水量，它是排水管材中最佳的。
与将原料压入具有中空体的模子中的常规工艺不同，本发明的排水管材能够根据一个把特定的织品缠绕在一个芯上以使其具有特定的厚度，冷却，硬化，然后拆除芯子的简单工艺生产出来。
通过缠绕一有足够的宽度的织品制造该排水管材，因而也可能很容易地得到具有4米长度的排水管材，该尺寸在城建工程、建筑工程、农业工程、园艺工程等的集水和排水工程中是标准尺寸。
根据常规工艺，由于已被压紧的纤维捆被压入一个具有空心体的模子中，因此这样模制出来的排水管材是一个不均匀地压实的产品，它容易在横截面方向破裂。此外，由于常规工艺使纤维轴向排列，该产品容易沿纵向裂开并在泥土压力下容易损坏。与常规工艺不同，在特定的压力下把特定的织品缠绕在一个芯上以得到特定的厚度，然后冷却并硬化，再取下芯子，生产本发明的排水管材;因此很易于制备具有均匀的强度，均匀的厚度及随意的孔率的排水管材。
此外，本发明的排水管材通过打入地下，平行铺设及类似方式被用于泄水坝、道路、铁路、遂道、改良土地等方面。另外它还被用于许多领域，如改良松软的土地，从泥中吸收水份等。
权利要求
1.一种空心排水管材，由含有至少60%重量的细度为1至1000d/f(旦尼尔/单纤维)的热熔粘接纤维的纤维构成，通过热熔粘接纤维的热熔粘接性实现自粘接并具有60至90%的孔率，而且满足厚度(T)与内径(Id)之间的关系式0.15≤T/Id≤0.60。
2.一种生产排水管材的方法，该方法包括如下步骤把含有至少60%重量的细度为1至1000d/f的热熔粘接纤维的纤维制成具有基重为10至70g/m2、宽为2米或更宽的纤维织品或无纺织物，对纤维织品或无纺织物进行热处理，把织品或织物缠绕在一个芯上直到外径达到特定值，同时把缠绕的线性压力调整到30至500g/cm，而后冷却和硬化制成的管材并拆去芯子。
全文摘要
本发明提供一种性能改进的排水管材及其制备方法，它包括把含有至少60％重量的细度为1至1000d/f的热熔粘接纤维的纤维制成具有基重为10至70g/m
文档编号B28B21/00GK1113280SQ93121708
公开日1995年12月13日 申请日期1993年12月1日 优先权日1992年12月2日
发明者波根璋明, 寺川裕一, 杉原泰三 申请人:智索股份有限公司