本发明涉及工程材料技术领域，且特别涉及一种聚酯格栅及其制备方法。
背景技术：
聚酯格栅是一种在土木工程中使用的加筋材料，通过其与土体的加筋作用来扩散土体承载力，传递重荷，稳定地质结构，增加整体性防沉降。主要应用在高速铁路，高速公路、机场、码头等方面。目前国内通常使用的塑料单双向聚酯格栅、涤纶格栅、PET格栅、玻纤格栅等，成本高，拉力低且延伸率高，已不能满足重载荷的要求。单向塑料拉伸格栅拉力虽然高但只是一个方向。涤纶格栅价格昂贵，延伸率为13wt％，延伸率大，增加工程成本。玻纤聚酯格栅脆度大，易折断。目前，PET焊接格栅普遍存在结点强力小，运输施工过程中结点易开焊、焊点易开裂不成形、不容易施工等问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种聚酯格栅，采用的原料可回收利用，降低了成本，减少污染。该聚酯格栅具有优良的抗拉伸性及优良的结点剥离力，可以承受较大的拉力、冲击力。
本发明的另一目的在于提供一种聚酯格栅的制备方法，该制备方法操作简便，生产效率高，能源消耗少，成本低。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种聚酯格栅，主要由多条纵横交错的格栅条经摩擦焊接制作而成，格栅条主要由添加剂改性的PET制作而成，添加剂包括炭黑、硅胶以及石墨烯中的至少一种。
本发明提出一种聚酯格栅的制备方法，包括以下步骤：将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦焊接以固定连接格栅条，格栅条是由添加剂改性的PET制作而成。
本发明实施例的聚酯格栅及其制备方法的有益效果是：采用添加剂来改性PET，使得改性的PET具有更优的强度。将改性的PET通过摩擦焊接的方法固定连接格栅条的结点，制得的聚酯格栅熔接的结点强度高，可以承受较大的拉力、冲击力，解决了聚酯格栅结点力小，损伤母带拉力大的问题，该制备方法操作简便，生产效率高，能源消耗少，成本低。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的聚氨酯泡沫及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种聚酯格栅，主要由多条纵横交错的格栅条经摩擦焊接制作而成，格栅条主要由添加剂改性的PET制作而成，添加剂包括炭黑、硅胶以及石墨烯中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，PET包括纯PET、再生PET中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，添加剂还包括阻燃剂、抗静电剂中的一种或两种。例如，阻燃剂为硅烷改性的纳米氢氧化镁，抗静电剂为十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐。
PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯的简称，属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。由于生产PET所用乙二醇比生产PBT所用丁二醇的价格几乎便宜一半，所以PET树脂和增强PET是工程塑料中价格最低的，具有很高的性价比。
再生PET就是回收PET塑料、熔融、造粒。再生PET可加入到新材料中降低成本。目前我国PET回收量2014年比2013年增长达1970万吨，如果回收量达10％，将产生很大的社会效益和经济效益，达到节能环保的发展方向。
添加剂能均匀分散到聚合物中，对材料的分子结构没有显著影响，但可以改善聚合物性能。加入添加剂，改善PET的强度、韧度、耐候性、导电性、黏度，降低材料的价格。
炭黑由碳组成，但通常被定为无机颜料类。炭黑是烃类经气相不完全燃烧或热裂解而成的黑色粉末状物质。由于生产工艺的不同，通过不同的工艺条件可得到各种性质不同的产品。炭黑与PET混合，可增强PET的强度、耐候性、黏度。
硅胶是一种高活性吸附材料，属非晶态物质。硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代的特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它非常致密，即使是最小的气体分子(氦气)也无法穿透。它是目前发现的强度最大的新型纳米材料。
阻燃剂、抗静电剂可使聚酯格栅摩擦不易产生静电，阻燃性能好，防腐蚀能力强，抗老化，便于施工和运输，彻底改善施工中因不可预知因素产生的火灾。
本发明实施例提供的一种聚酯格栅的制备方法，包括以下步骤：
将98wt％～99.9wt％的PET与0.1wt％～2wt％的添加剂加入搅拌机中，充分搅拌0.5～1小时进行充分混合。为了保证添加剂均匀混合在PET中，使得制得的格栅条性能均衡。
将PET与添加剂去湿干燥，使PET与添加剂的含水量为0.005wt％～0.01wt％，加入挤出机中，在260～280℃的条件下通过混炼挤出成型。PET是吸湿性聚合物，它会快速吸收空气中的湿气而使物料含水量提高，PET中的微量水分会使PET熔体产生水降解，导致PET的粘度降低，致使成品力学性能下降。可以通过去湿机或真空排气的方式进行去湿干燥。PET的熔点为250～255℃，温度达到PET的熔点后，PET开始熔化，温度继续升高，PET会完全熔化，进而PET与充分混合的添加剂混炼成型。
将成型的混合物在20～30℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为80～100℃，拉伸比为5～7:1。混合物从挤出机中成型挤出后，温度很高，使其骤冷是因为在骤冷的情况下，PET容易生成酝晶结构，酝晶分子结构较松散，容易拉伸取向，获得高质量的产品。进行加热拉伸是为了提高格栅条的纵向强度，减少伸长率，一般在100℃的条件下进行。
再在160～180℃的条件下进行热处理，然后在20～40℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦热熔焊接以固定连接格栅条。在对结点进行摩擦焊接时，对结点在垂直于格栅条平面的方向施加作用力。重叠的格栅条通过摩擦运动产生大量热量，摩擦位置的格栅条受热热熔相结合，进一步的，在压力的作用下，结点结合的更加紧密，增大结点的剥离力。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种聚酯格栅，通过以下步骤制备而成：
将98wt％的再生PET与2wt％的炭黑、硅烷改性的纳米氢氧化镁的混合物在容器中搅拌混合。
将混合物加入挤出机中，在260℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在30℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为80℃，拉伸比为5:1。
再在160℃的条件下进行热处理，然后在40℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦焊接以固定连接格栅条。
实施例2
本实施例提供了一种聚酯格栅，通过以下步骤制备而成：
将98wt％的纯PET与2wt％的炭黑在容器中搅拌混合。
将混合物加入挤出机中，在260℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在30℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为80℃，拉伸比为5:1。
再在160℃的条件下进行热处理，然后在40℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦焊接以固定连接格栅条。在对结点进行摩擦焊接时，对结点在垂直于格栅条平面的方向施加作用力。
实施例3
本实施例提供了一种聚酯格栅，通过以下步骤制备而成：
将98wt％的纯PET、再生PET的混合物与2wt％的炭黑加入搅拌机中，充分搅拌0.5小时进行充分混合。
将98wt％的纯PET、再生PET的混合物与2wt％的炭黑去湿干燥，使98wt％的纯PET、再生PET的混合物的含水量为0.01wt％，2wt％的炭黑的含水量为0.01wt％，加入挤出机中，在260℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在30℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为80℃，拉伸比为5:1。
再在160℃的条件下进行热处理，然后在40℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦焊接以固定连接格栅条。在对结点进行摩擦焊接时，对结点在垂直于格栅条平面的方向施加作用力。
实施例4
本实施例提供了一种聚酯格栅，通过以下步骤制备而成：
将99wt％的PET与1wt％的炭黑、石墨烯的混合物加入搅拌机中，充分搅拌0.5小时进行充分混合。
将99wt％的PET与1wt％的炭黑、石墨烯的混合物去湿干燥，使99wt％的PET的含水量为0.005wt％，使1wt％的炭黑、石墨烯的混合物的含水量为0.005wt％，加入挤出机中，在270℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在25℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为90℃，拉伸比为6:1。
再在170℃的条件下进行热处理，然后在30℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦焊接以固定连接格栅条。在对结点进行摩擦焊接时，对结点在垂直于格栅条平面的方向施加作用力。
实施例5
本实施例提供了一种聚酯格栅，通过以下步骤制备而成：
将99wt％的PET与1wt％的炭黑、硅胶、石墨烯的混合物加入搅拌机中，充分搅拌1小时进行充分混合。
将99wt％的PET与1wt％的炭黑、硅胶、石墨烯的混合物去湿干燥，使99wt％的PET的含水量为0.005wt％，使1wt％的炭黑、硅胶、石墨烯的混合物的含水量为0.005wt％，加入挤出机中，在280℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在20℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为100℃，拉伸比为7:1。
再在180℃的条件下进行热处理，然后在20℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦焊接以固定连接格栅条。在对结点进行摩擦焊接时，对结点在垂直于格栅条平面的方向施加作用力。
实施例6
本实施例提供了一种聚酯格栅，通过以下步骤制备而成：
将99.9wt％的PET与0.1wt％的炭黑、硅胶、硅烷改性的纳米氢氧化镁、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐的混合物加入搅拌机中，充分搅拌1小时进行充分混合。
将99.9wt％的PET与0.1wt％的炭黑、硅胶、硅烷改性的纳米氢氧化镁、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐的混合物去湿干燥，使99.9wt％的PET的含水量为0.007wt％，使0.1wt％的炭黑、硅胶、硅烷改性的纳米氢氧化镁、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐的混合物的含水量为0.007wt％，加入挤出机中，在280℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在25℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为85℃，拉伸比为7:1。
再在175℃的条件下进行热处理，然后在25℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行摩擦焊接以固定连接格栅条。在对结点进行摩擦焊接时，对结点在垂直于格栅条平面的方向施加作用力。
对比例1
本实施例提供了一种聚酯格栅，通过以下步骤制备而成：
将98wt％的PET与2wt％的炭黑在容器中搅拌混合。
将混合物加入挤出机中，在260℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在30℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为80℃，拉伸比为5:1。
再在160℃的条件下进行热处理，然后在40℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行超声波焊接以固定连接格栅条。
对比例2
将PET加入挤出机中，在260℃的条件下通过混炼挤出成型。
将成型的混合物在30℃的条件下骤冷后，进行加热拉伸，加热拉伸的加热温度为80℃，拉伸比为5:1。
再在160℃的条件下进行热处理，然后在40℃的条件下冷却，使其热定型，制得格栅条。
将格栅条纵横交错布置，格栅条相互接触处为结点，对结点进行超声波焊接以固定连接格栅条。
对实施例1～6、对比例1、对比例2制得的聚酯格栅进行拉力测试，测试聚酯格栅的整体抗拉伸力及结点的剥离力。根据国家标准：土工合成材料标准GB/T17689-2008进行测试评价。
表1聚酯格栅的拉力测试
由表1可知，实施例4和实施例5的聚酯格栅的抗拉伸能力较好，剥离力较高，实施例5的性能最佳。实施例1～6的聚酯格栅的剥离力、延伸率、拉力均高于对比例1、对比例2的聚酯格栅的剥离力。通过与对比例1、对比例2的对比可知，实施例5炭黑、硅胶及石墨烯的混合物为添加剂对PET进行改性，改性后的PET具有更优的强度和韧性；实施例1～6均采用摩擦焊接的制备方法制备的聚酯格栅，其剥离力有大幅度的提高，同时抗拉强度也有一定的提高，说明该制备方法可以使聚酯格栅具有更好的韧性、强度。
对实施例5的聚酯格栅进行纵横拉伸测试，结果如下表。
表2实施例5聚酯格栅纵横拉伸技术指标
表3实施例5聚酯格栅纵横拉伸测试结果
表4实施例5聚酯格栅纵横拉伸技术指标
表5实施例5聚酯格栅纵横拉伸测试结果
表2为聚酯格栅横纵向受力相同时的各项技术指标，表3为聚酯格栅横纵向受力相同时的抗拉伸强度、延伸率及连接点的极限分离力的测试结果，表4为聚酯格栅横纵向受力不同时的各项技术指标，表5为聚酯格栅横纵向受力不同时的抗拉伸强度、延伸率及连接点的极限分离力。由表2～表5可知，实施例5的聚酯格栅具有良好的抗拉伸性能和较大的连接点极限分离力，具有更好的韧性、强度。
对实施例6的聚酯格栅进行阻燃性能测试，根据煤炭行业标准MT141-2005规定的阻燃性能进行评价。
表6实施例6的聚酯格栅阻燃性能技术指标
表7实施例6的聚酯格栅阻燃性能测试结果
由表6、表7可知，实施例6的聚酯格栅具有较好的阻燃性能、抗静电性能，各指标均符合行业标准。
综上所述，本发明实施例采用添加剂来改性PET，使得改性的PET具有更优的强度。将改性的PET通过摩擦焊接的方法固定连接格栅条的结点，制得的聚酯格栅熔接的结点强度高，可以承受较大的拉力、冲击力，解决了聚酯格栅结点力小，损伤母带拉力大的问题，该制备方法操作简便，生产效率高，能源消耗少，成本低。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。