本发明属于复合土工布技术领域，特别涉及一种聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料的制备方法，将高强粗旦聚丙烯土工布与土工格栅复合在一起，同时具备反滤和加筋增强作用，尤其适用于高速公路、铁路、机场跑道等工程的维修与增强处理。
背景技术：
土工布/土工格栅复合土工材料是由高强抗拉土工格栅与非织造土工布复合而成的新型土工材料，可以充分发挥土工格栅和土工布的优势，进一步完善土工布的性能，起到过滤、排水、防渗和增强加筋作用，延长了土工布的使用寿命。土工布/土工格栅复合土工材料施工时，一般将土工布朝下与下层路基紧密相接，降低了施工难度，耐用性好，可广泛用于公路、铁路、机场跑道等工程建设中。
对于土工布/土工格栅复合土工材料的应用，国内外早已进行了大量的研究。专利201110417329.4公开了一种聚酯玻纤布与玻纤格栅布的复合土工布及其制作方法，将聚酯玻纤布和玻纤格栅通过粘结剂粘结在一起，具有良好的断裂强力与断裂伸长，起到加强路面、防渗和防反射裂缝的作用。专利201320279879.9公开了一种塑料拉伸土工格栅，通过在一次拉伸成型的土工格栅表面涂覆背胶，粘附一层玻纤无纺布制得土工布/土工格栅复合土工材料，具有防水、抗裂纹等特点，适用于各种公路、铁路、码头等地基建设工程，克服了传统土工格栅的应用不足。专利201520380118.1公开了一种基于保持泥土的格栅复合土工布，通过熔融压制方式将聚酯无纺土工布与聚丙烯双向土工格栅复合在一起，实现了对泥土的保持作用，同时提高了地基的强度。由此可见，目前对土工布/土工格栅复合土工材料的应用研究仍集中在聚酯无纺布或聚酯玻纤无纺布与土工格栅的复合，但是聚酯、玻纤无纺布的耐碱性能较差限制了其应用，一种耐酸碱腐蚀、抗拉强度高、使用寿命长的复合土工材料亟待出现。
聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布是以聚丙烯为原料，经纺粘针刺工艺制成，具有比重轻、抗拉强度高、耐酸碱腐蚀、渗透性好等优点，能起到较好的过滤、隔离、排水、防渗、增强与加固作用，适用于地下耐酸碱环境和高寒地区工程建设。但是聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布抗老化性能较差，粗旦长丝不匀率较高，因此国内一直缺乏对聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布的应用研究。实际上，聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布的耐老化性能以及长丝不匀率可以通过纺丝前期加入抗老化剂或者降温母粒进而改善，具有巨大的应用前景。将高强粗旦聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布与土工格栅复合在一起，提升土工材料整体抗拉强度与耐酸碱性的同时，赋予其过滤、隔离和防渗功能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料的制备方法。通过该方法制备的复合土工材料具有抗拉强度高、耐酸碱和使用寿命长等优点。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：将高熔融指数等规聚丙烯切片与抗老化剂、降温母粒均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量后，输入纺丝箱体，由纺丝箱体的喷丝板喷出细流，经双侧的侧吹风进行冷却，冷却后的丝束再经狭缝式牵伸器进行气流牵伸，从狭缝式牵伸器出来的丝束以一定角度α撞击在分丝片与振动式摆丝板上，达到均匀分丝，长丝在网下吸风的作用下均匀吸附在成网帘上，经预压辊输出至针刺机，形成的长丝纤网经预针刺、主针刺加固后得聚丙烯纺粘针刺土工布；
第二步：将上述聚丙烯纺粘针刺土工布与土工格栅复合在一起，即可获得同时具备反滤与增强性能的聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料。
优选地，所述的等规聚丙烯的熔融指数为25～60g/10min，重均分子量为15～35W。
优选地，所述的第一步中的抗老化剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、抗氧剂1098或抗氧剂168中的一种或多种的复配使用。
优选地，所述第一步中的降温母粒为A-490型PP降温母粒，加入的质量分数为1～4％。
优选地，所述的狭缝式牵伸器为窄狭缝式牵伸器，狭缝宽度为0.005～0.02m。
优选地，所述第一步中的冷却用侧吹风风速为1～2m/s，温度为10～40℃，吹风湿度为40～80％。
优选地，所述第一步中的气流牵伸所用牵伸压力为0.02～0.1MPa，牵伸速度为1000～3000m/min。
优选地，所述第一步中的窄狭缝式牵伸器出来的丝束与分丝片之间的夹角α为30～60°。
优选地，所述第一步中的振动式摆丝板的摆幅为10～30°，运动频率为500～1500次/min。
优选地，所述第一步中的铺网速度为5～20m/s。
优选地，所述第一步中的聚丙烯纺粘针刺土工布的单丝纤度为6～12dtex，克重为100～1000g/m2，纵/横向断裂强度≥70N·m-1/gsm。
优选地，所述第一步中的聚丙烯纺粘针刺土工布具有优异的耐酸碱、抗老化性能，产品的使用寿命达30～50年。
优选地，所述第二步中的土工格栅为双向/单向拉伸塑料土工格栅、玻纤土工格栅、钢塑土工格栅以及聚酯经编涤纶土工格栅中的一种或几种。
优选地，所述的第二步中的复合方法为编织缝合法、粘合剂复合法或热熔复合法中的一种或几种。
优选地，所述的所述编织缝合法即用缝编线在土工格栅的经、纬纱与聚丙烯纺粘针刺土工布的纤维层间反复穿行，使三者编结为一体；所述粘合剂复合法即在格栅表面涂覆水溶性或热熔型粘合剂，将聚丙烯纺粘针刺土工布置于其上，经加热、烘干、压轧、冷却成型；所述热熔复合法即将土工格栅经烘箱远红外加热，把聚丙烯纺粘针刺土工布和土工格栅经导辊压到一起形成聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料。
优选地，所述第三步中的聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料的形式为一层土工格栅表面复合一层聚丙烯纺粘针刺土工布或两层土工格栅中间复合一层聚丙烯纺粘针刺土工布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的复合土工材料采用的是以高强抗拉土工格栅作为增强基材，在其表面复合耐酸碱、抗老化的高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布，所得复合土工材料具有很高的抗拉强度和较低的延伸率，并具有耐酸碱、耐高寒、使用寿命长等优点，可起到过滤、隔离、排水、防渗、增强与加固作用，尤其适用于耐酸碱环境和高寒地区的工程建设，能起到较好的过滤、隔离、排水、防渗、增强与加固作用。
(2)本发明的复合土工材料中非织造布层采用的是高强粗旦聚丙烯纺粘针刺非织造材料，所制聚丙烯纺粘针刺非织造布的纵/横向拉伸强度≥70N·m-1/gsm，抗酸碱性断裂强度保持率≥90％，相比聚酯或者玻纤土工布，其应用范围更广，使用寿命更长，可满足工程使用的要求。
附图说明
图1为聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料的部分制备原理示意图，分别包括喷丝板1，经双侧吹风冷却的原丝2，冷却风3，牵伸风4，牵伸狭缝5，狭缝式牵伸系统6，分丝片7，振动式摆丝板8，纤网9，网下吸风装置10以及成网帘11。角度α为窄狭缝式牵伸器出来的丝束与分丝片之间的夹角。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。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。
实施例1～3中所用的等规聚丙烯的熔融指数为25～60g/10min，重均分子量为15～35W；二苯甲酮类紫外线吸收剂C81和受阻胺类光稳定剂Tinuvin770均购自德国巴斯夫股份公司；抗氧剂1098和抗氧剂168均购自韩国松原；A-490型PP降温母粒购自深圳金大全科技有限公司；VAE粘合剂CW40-716购自中国石化集团四川维尼纶厂；聚酯经编涤纶土工格栅、玻纤土工格栅、双向拉伸聚丙烯土工格栅均购自泰安佳路通工程材料有限公司。
实施例1
一种聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料由两层土工格栅与一层土工布复合而成，其制备方法为：
第一步：制备高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布，采用的聚合物为高熔融指数等规聚丙烯，其熔融指数为35g/10min，重均分子量为18W；原料组分以重量分数记，高熔融指数等规聚丙烯切片100份，抗氧剂2份、受阻胺类光稳定剂Tinuvin770 1.5份、二苯甲酮类紫外线吸收剂C81 0.5份、PP降温母粒A-490 3份，其中抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配制得，复配比例为6∶4；将原料均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，螺杆挤出机各段温度如下，进料区为190℃，熔融区为220℃，计量区为210℃，经熔融、挤压、过滤、计量后，输入纺丝箱体，纺丝箱体温度为210℃，熔体温度为210℃，熔体压力为8MPa，纺丝箱体上安装有熔体压力传感器以测量熔体压力，并要求熔体压力波动≤0.1Mpa。如图1所示，由纺丝箱体的喷丝板1喷出细流，经双侧的侧吹风3进行冷却，风速设定在1.4m/s，冷却风温度15℃，吹风湿度60％，冷却后的原丝2再经宽度为0.01m的窄狭缝式牵伸器6进行气流牵伸，牵伸压力为0.05MPa，牵伸速度为2000m/min，从窄狭缝式牵伸器6出来的丝束以30°α角撞击在分丝片7与振动式摆丝板8上，达到均匀分丝，摆丝板的摆幅为25°，运动频率为1200次/min，长丝在网下吸风10的作用下均匀吸附在成网帘11上，铺网速度为10m/s，经预压辊输出至针刺机，预压辊压力为2kPa，温度为80℃。形成的长丝纤网然后经一台预针刺机进行预针刺，预针刺机配备一块上刺单针板，值针密度为4000枚/m，针刺频率为650次/min。再经三台主针刺机进行加固，第一台为上刺单针板，值针密度为5500枚/m，针刺频率为650次/min；第二台为下刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min；第三台为上刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min。加固后制得的高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布的单丝纤度为7dtex，克重为400g/m2，纵/横向断裂强度为75N·m-1/gsm。
第二步：提供一聚酯经编涤纶土工格栅，是以高强聚酯纤维为原料，采用经编定向结构编织网格坯布，经纬向纱线间无弯曲状态，经涂覆加工而成的土工格栅。将高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布与上述聚酯经编涤纶土工格栅通过粘合剂复合法复合在一起，即在聚酯经编涤纶土工格栅表面涂覆VAE粘合剂CW40-716，经导辊将高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布与土工格栅复合在一起，导辊压力为4kPa，温度为120℃；再经100℃烘干10min后冷却成型。其中，聚丙烯纺粘针刺土工布两面各粘附一层聚酯经编涤纶土工格栅，即可获得同时具备反滤与增强性能的聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料。制得的复合土工材料的断裂强度为80kN/m，垂直渗透系数为0.562cm/s，所得复合土工材料的抗拉性能受土工格栅与土工布的共同影响，其拉伸强度略大于土工格栅，断裂伸长小于土工布，而导水排水性能主要取决于土工布。
实施例2
一种聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料由一层土工格栅与一层土工布复合而成，其制备方法为：
第一步：制备高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布，采用的聚合物为高熔融指数等规聚丙烯，其熔融指数为45g/10min，重均分子量为13W；原料组分以重量分数记，高熔融指数等规聚丙烯切片100份，抗氧剂1.5份、受阻胺类光稳定剂Tinuvin7701份、二苯甲酮类紫外线吸收剂C81 1份、PP降温母粒A-490 3份，其中抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配制得，复配比例为5∶5；将原料均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，螺杆挤出机各段温度如下，进料区为200℃，熔融区为225℃，计量区为215℃，经熔融、挤压、过滤、计量后，输入纺丝箱体，纺丝箱体温度为215℃，熔体温度为215℃，熔体压力为9MPa，纺丝箱体上安装有熔体压力传感器以测量熔体压力，并要求熔体压力波动≤0.1MPa，如图1所示，由纺丝箱体的喷丝板1喷出细流，经双侧的侧吹风3进行冷却，风速设定在1.2m/s，冷却风温度25℃，吹风湿度70％，冷却后的原丝2再经宽度为0.01m的窄狭缝式牵伸器6进行气流牵伸，牵伸压力为0.03MPa，牵伸速度为1500m/min，从窄狭缝式牵伸器6出来的丝束以45°α角撞击在分丝片7与振动式摆丝板8上，达到均匀分丝，摆丝板的摆幅为15°，运动频率为800次/min，长丝在网下吸风10的作用下均匀吸附在成网帘11上，铺网速度为7m/s，经预压辊输出至针刺机，预压辊压力为2.5kPa，温度为80℃。形成的长丝纤网然后经一台预针刺机进行预针刺，预针刺机配备一块上刺单针板，值针密度为4500枚/m，针刺频率为600次/min。再经三台主针刺机进行加固，第一台为上刺单针板，值针密度为6000枚/m，针刺频率为600次/min；第二台为下刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min；第三台为上刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min。
加固后制得的高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布的单丝纤度为9dtex，克重为500g/m2，纵/横向断裂强度为75N·m-1/gsm。
第二步：提供一玻纤土工格栅，是以玻璃纤维为原料，采用一定的缝编工艺制得的网状结构材料。将高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布与上述玻纤土工格栅通过编织缝合法复合在一起，即用缝编线在格栅的经、纬纱与聚丙烯纺粘针刺土工布的纤维层间反复穿行，使三者编结为一体，即可获得同时具备反滤与增强性能的复合土工材料。施工时，土工布面在下，土工格栅在上。制得的复合土工材料的断裂强度为60kN/m，垂直渗透系数为0.272cm/s，所得复合土工材料的抗拉性能受土工格栅与土工布的共同影响，其拉伸强度略大于土工格栅，断裂伸长小于土工布，而导水排水性能主要取决于土工布。
实施例3
一种聚丙烯土工布/土工格栅复合土工材料由一层土工格栅与一层土工布复合而成，其制备方法为：
第一步：制备高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布，采用的聚合物为高熔融指数等规聚丙烯，其熔融指数为55g/10min，重均分子量为9W；原料组分以重量分数记，高熔融指数等规聚丙烯切片100份，抗氧剂1.5份、受阻胺类光稳定剂Tinuvin7701份、二苯甲酮类紫外线吸收剂C81 0.5份、PP降温母粒A-490 2份，其中抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配制得，复配比例为4∶6；将原料均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，螺杆挤出机各段温度如下，进料区为205℃，熔融区为230℃，计量区为220℃，经熔融、挤压、过滤、计量后，输入纺丝箱体，纺丝箱体温度为220℃，熔体温度为220℃，熔体压力为10MPa，纺丝箱体上安装有熔体压力传感器以测量熔体压力，并要求熔体压力波动≤0.1MPa，如图1所示，由纺丝箱体的喷丝板1喷出细流，经双侧的侧吹风3进行冷却，风速设定在1.7m/s，冷却风温度35℃，吹风湿度50％，冷却后的原丝2再经宽度为0.015m的窄狭缝式牵伸器6进行气流牵伸，牵伸压力为0.02MPa，牵伸速度为1300m/min，从窄狭缝式牵伸器6出来的丝束以60°α角撞击在分丝片7与振动式摆丝板8上，达到均匀分丝，摆丝板的摆幅为20°，运动频率为1000次/min，长丝在网下吸风10的作用下均匀吸附在成网帘11上，铺网速度为5m/s，经预压辊输出至针刺机，预压辊压力为1.5kPa，温度为80℃。形成的长丝纤网然后经一台预针刺机进行预针刺，预针刺机配备一块上刺单针板，值针密度为4000枚/m，针刺频率为600次/min。再经三台主针刺机进行加固，第一台为上刺单针板，值针密度为6000枚/m，针刺频率为600次/min；第二台为下刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min；第三台为上刺双针板，值针密度分别为6800、6600枚/m，针刺频率为800次/min。加固后制得的高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布的单丝纤度为12dtex，克重为700g/m2，纵/横向断裂强度为70N·m-1/gsm。
第二步：提供一双向拉伸聚丙烯土工格栅，是以等规聚丙烯为原料，经塑化挤出板材、冲孔、加热、双向拉伸而成，在纵向和横向上都具有很大的抗拉强度，适应于大面积的地基补强。将高强粗旦聚丙烯纺粘针刺土工布与上述双向拉伸聚丙烯土工格栅通过热熔复合法复合在一起，即将土工格栅经烘箱远红外加热到170℃，把土工布和土工格栅经导辊复合到一起，即可获得同时具备反滤与增强性能的复合土工材料。施工时，土工布面在下，土工格栅在上。制得的复合土工材料的断裂强度为90kN/m，垂直渗透系数为0.213cm/s，所得复合土工材料的抗拉性能受土工格栅与土工布的共同影响，其拉伸强度略大于土工格栅，断裂伸长小于土工布，而导水排水性能主要取决于土工布。