复合土工布及其制备方法和制造设备与流程

本发明涉及土工布领域，具体地，涉及一种复合土工布、该复合土工布的制造方法以及一种制造该复合土工布的制造设备。

背景技术：

非织造土工布因为良好的延伸性能、力学性能和水平渗透过滤性能等优点，被广泛应用于水利、电力、公路、铁路、机场、港口、围垦、环保、抗洪以及各种地下、水下等土木工程领域。目前，在过滤和反滤应用上使用的土工布多为单层土工布，且受到使用环境中土壤颗粒粒径、以及砂砾粒径的影响，导致土工布的纤维细度受限，从而导致了土工布的厚度受限，进而导致了土工布较薄，使用过程中容易受损。

因此，如何提高土工布的强度成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复合土工布、该复合土工布的制备方法、制造该复合土工布的制造设备，所述复合土工布具有较高的强度，并且制造工艺简单。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种复合土工布，其中，所述复合土工布包括层叠的多层土工布层和至少一层增强纤维层，所述增强纤维层设置在两层所述土工布层之间，多层所述土工布层中，至少两层所述土工布层的等效孔径不同。

优选地，任意相邻两层所述土工布层之间均设置有一层所述增强纤维层，且所述增强纤维层两侧的所述土工布层的等效孔径不同。

优选地，所述复合土工布包括两层所述土工布层。

优选地，制成两层所述土工布层中的一层的纤维的纤维细度为3D-6D，制成两层所述土工布层中的另一层的纤维的纤维细度为11D-15D。

优选地，纤维细度为3D-6D的土工布层的克重在50g/m²至110g/m²之间，纤维稀土为11D-15D的土工布层的克重在50g/m²至200g/m²之间。

优选地，所述纤维增强层包括网格布。

优选地，所述纤维增强层包括玻纤网格布和/或聚乙烯网格布，所述纤维增强层的克重在110g/m²至190g/m²之间。

优选地，多层所述土工布层中的至少一层包括聚丙烯长丝土工布。

作为本发明的另一个方面，提供一种复合土工布的制备方法，其中，所述复合土工布为本发明所提供的上述复合土工布，所述制备方法包括：

形成至少一层土工布层纤维网；

在至少一层土工布层上铺设增强纤维层；

在所述增强纤维层上铺设至少一层土工布纤维网，以获得前驱体；

对所述前驱体进行定型，以获得复合土工布，所述复合土工布包括由多层所述土工布纤维网形成的多层土工布层，至少两层所述土工布层的等效孔径不同。

优选地，所述前驱体包括两层所述土工布纤维网和一层所述增强纤维层。

优选地，对所述前驱体进行定型、以获得所述复合土工布的步骤包括：

对所述前驱体进行润滑剂整理；

对润滑剂整理后的前驱体进行针刺加固；

对针刺加固后的前驱体进行热定型，以获得所述复合土工布。

优选地，在对润滑剂整理后的前驱体进行针刺加固的步骤中，针刺密度在100个/cm²至260/cm²个之间。

优选地，在对针刺加固后的前驱体进行热定型的步骤中，热定型温度在100℃至140℃之间。

作为本发明的还一个方面，提供一种复合土工布的制造设备，其中，所述制造设备包括：

纺丝机，该纺丝机用于纺制土工布纤维，并利用所述土工布纤维形成多层土工布纤维网，至少两层所述土工布纤维网的等效孔径互不相同；

铺装机，所述铺装机用于将增强纤维层铺装在至少一层所述土工布纤维网上，且所述纺丝机还能够将至少一层所述土工布纤维网铺设在所述增强纤维层上，以获得前驱体；

定型装置，所述定型装置用于对所述前驱体进行定型，以获得所述复合土工布。

优选地，所述定型装置包括整理剂系统、针刺加固模块和热定型模块，

所述整理剂系统位于所述纺丝机的下游，用于向所述前驱体提供润滑剂；

所述针刺加固模块位于所述整理剂系统的下游，用于对润滑剂处理后的前驱体进行针刺加固；

所述热定型模块位于所述针刺加固模块的下游，用于对针刺加固后的前驱体进行加热定型，以获得所述复合土工布。

优选地，所述制造设备还包括储布装置和卷绕机，所述储布装置位于所述定型装置下游，用于将所述定型装置获得的所述复合土工布进行切边，所述卷绕机位于所述储布装置下游，用于对切边后的复合土工布进行卷绕成卷。

所述复合土工布中的多层(包括土工布层和增强纤维层)通过同一步热定型工艺形成为一体，因此，所述复合土工布中的各层不容易脱开。

当所述复合土工布应用于过滤和反滤应用中时，等效孔径较小的土工布层可以有效阻挡细颗粒通过，并且，由于所述复合土工布中存在等效孔径较大的土工布层，使得所述复合土工布具有良好的透水性。并且，所述增强纤维层使得所述复合土工布具有较高的强度，延长了所述复合土工布的使用寿命。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所提供的复合土工布的示意图；

图2是本发明所提供的制备方法的流程图；

图3是本发明所提供的复合土工布的制造设备的示意图。

附图标记说明

10：土工布层 20：增强纤维层

110：挤出机 120：计量泵

130：纺丝箱 140：分丝摆片

150：网帘 200：铺装机

300：定型装置 310：整理剂系统

320：针刺模块 330：热定型模块

410：储布装置 420：卷绕机

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，提供一种复合土工布，如图1所示，所述复合土工布包括层叠的多层土工布层10和至少一层增强纤维层20，增强纤维层20设置在两层土工布层10之间，在多层土工布层20中，至少两层土工布层10的等效孔径不同。

由于所述复合土工布包括增强纤维层20，因此，所述复合土工布具有较高的强度，从而具有较长的使用寿命。由于至少两层土工布层10的等效孔径不同，加之土工布层10之间设置有增强纤维层20，因此，所述复合土工布具有良好的三维空隙结构。

优选地，所述复合土工布中的多层(包括土工布层和增强纤维层)通过同一步热定型工艺形成为一体，因此，所述复合土工布中的各层不容易脱开。

当所述复合土工布应用于过滤和反滤应用中时，等效孔径较小的土工布层可以有效阻挡细颗粒通过，并且，由于所述复合土工布中存在等效孔径较大的土工布层，使得所述复合土工布具有良好的透水性。并且，所述增强纤维层使得所述复合土工布具有较高的强度，延长了所述复合土工布的使用寿命。

为了增加复合土工布的厚度并增加复合土工布的强度，优选地，任意相邻两层土工布层10之间均设置有一层增强纤维层20，且增强纤维层20两侧的土工布层10的等效孔径不同。

在本发明中，对复合土工布中土工布层10的层数以及增强纤维层20的层数并没有特殊的规定，为了降低成本，优选地，如图1所示，所述复合土工布包括两层土工布层10。

在本发明中，对土工布层10的具体结构并没有特殊的限制，为了使得所述复合土工布适用于过滤和反滤领域，优选地，制成两层所述土工布层中的一层的纤维的纤维细度为3D-6D，制成两层所述土工布层中的另一层的纤维的纤维细度为11D-15D，从而使得两层土工布层10的等效孔径不同。

优选地，纤维细度为3D-6D的土工布层的克重为50g/m²至110g/m²，纤维稀土为11D-15D的土工布层的克重为50g/m²至200g/m²。

在本发明中，对纤维增强层20的具体结构没有特殊的要求。例如，可以利用高强纤维(诸如碳纤维等)铺设形成纤维增强层20。为了便于铺设，优选地，纤维增强层20可以包括网格布层。由于网格布已经成型，在制备所述复合土工布时，只需要利用退绕机将网格布退绕铺设在制成土工布层的纤维网层上即可。

在本发明中，对网格布的材料并没有特殊的要求。例如，网格布可以为玻纤网格布和/或聚乙烯网格布。

为了使得复合土工布适用于过滤与反过滤领域、有效增强复合土工布的强度，优选地，所述纤维增强层的克重为110g/m²至190g/m²。

为了提高复合土工布的耐酸碱能力，优选地，多层所述土工布层中的至少一层包括聚丙烯长丝土工布。进一步优选地，所有土工布层均包括聚丙烯长丝土工布。

作为本发明的另一个方面，提供本发明所提供的上述复合土工布的制备方法，其中，如图2所示，所述制备方法包括：

在步骤S100中，形成至少一层土工布层纤维网；

在步骤S200中，在至少一层土工布层上铺设增强纤维层；

在步骤S300中，在所述增强纤维层上铺设至少一层土工布纤维网，以获得前驱体；

在步骤S400中，对所述前驱体进行定型，以获得复合土工布，所述复合土工布包括由多层所述土工布纤维网形成的多层土工布层，至少两层所述土工布层的等效孔径不同。

在本发明所提供的复合土工布制备方法中，先形成所述前驱体，然后再在同一步骤(即，步骤S400)总即可将多层结构复合定型形成复合土工布。与分别形成土工布层然后再复合在一起的工艺相比，本申请所提供的制备方法工艺简单，容易实现，并因而降低了生产所述复合土工布的工艺成本。

具体地，可以通过利用纺丝机向网帘上喷丝的方法获得土工布层纤维网。为了简化设备，可以利用同一台纺丝机来形成不同的土工布层纤维网。

在利用纺丝机执行步骤S100时，具体包括以下步骤：

在步骤S110中，将原料喂入纺丝机的挤压机，利用挤压机对原料进行熔融获得熔体；

在步骤S120中，将熔体计量后输送至纺丝机的不同纺丝箱体，以纺制具有不同细度的纤维长丝；

在步骤S130中，对纤维长丝进行侧吹冷却，进行牵伸处理，通过牵伸控制不同纺丝箱体中纺制的纤维的细度达到预定细度；

在步骤S140中，将一种细度的纤维长丝设置在分丝摆片上，然后铺设在网帘上，以获得土工布层纤维网。

在步骤S110中，原料可以为聚丙烯切片和聚丙烯抗老化色母粒，优选地，聚丙烯的熔融指数为22-40。优选地，步骤S110中使用的挤压机可以是双螺杆挤压机，所述双螺杆挤压机的一区温度为200℃至230℃，二区温度为220℃至250℃，三区温度为230℃至250℃，四区温度为230℃至250℃，五区温度为230℃至250℃。

优选地，步骤S130中，冷却温度为12℃。

步骤S300可以包括：

在步骤S310中，将步骤S120中输送至纺丝机的不同纺丝箱体中的纤维长丝进行牵伸处理，以获得另一细度的纤维长丝；

在步骤S320中，将另一细度的纤维长丝设置在另一分丝摆片上，然后喷在纤维增强层上，以获得土工布层纤维网。

例如，可以利用纺丝机形成具有第一细度的第一纤维，并将第一纤维喷在网帘上成网；然后铺设所述纤维增强层；最后再利用所述纺丝机形成具有第二细度的第二纤维，并将第二纤维喷在所述纤维增强层上成网。最终可获得所述前驱体。

相邻两个分丝摆片之间的距离可以为4m。可以在两个分丝摆片之间设置一个退绕架，将增强纤维层缠绕在退绕架上，当网帘移动至退绕架位置处时，通过退绕架将增强纤维层铺设在土工布纤维网层上。然后网帘移动至另一个分丝摆片，在增强纤维层上铺设另一层土工布纤维网层。

上文中已经对复合土工布的原理以及优点进行了详细的描述，这里不再赘述。

如上文中所述，为了降低成本，优选地，所述前驱体包括两层所述土工布纤维网和一层所述增强纤维层。

在本发明中，对如何执行步骤S400没有特殊的要求，优选地，步骤S400可以包括：

在步骤S410中，对所述前驱体进行润滑剂整理；

在步骤S420中，对润滑剂整理后的前驱体进行针刺加固；

在步骤S430中，对针刺加固后的前驱体进行热定型，以获得所述复合土工布。

通过步骤S430，可以使得前驱体中的各层牢固地粘合在一起，不容易脱开，从而增加了所述复合土工布的总体强度。

在步骤S410中，可以通过喷洒、浸渍或者涂敷的方式对所述前驱体进行润滑剂整理。此步骤中用到的润滑剂可以包括抗静电剂、平滑剂等。

在本发明中，对步骤S420中针刺加固的具体工艺也没有特殊的需求，当所述土工布层包括聚丙烯长丝土工布，纤维增强层包括玻纤网格布时，针刺密度可以为100个/cm²至260/cm²个之间。优选地，步骤S420可以包括预针刺和主针刺两步。

在本发明中，对步骤S430的工艺温度没有特殊的要求，可以根据土工布纤维网层的具体材料来选择工艺温度。例如，在本发明所提供的优选实施方式中，所述土工布层包括聚丙烯长丝土工布，纤维增强层包括玻纤网格布，因此，步骤S430中，热定型的工艺温度为100℃至140℃。通常，可以利用拉幅定型机或者热轧机执行步骤S430。

作为本发明的第三个方面，提供一种复合土工布的制造设备，其中，如图3所示，所述制造设备包括纺丝机100、铺装机200和定型装置300。

纺丝机100用于纺制土工布纤维，并利用所述土工布纤维形成多层土工布纤维网，至少两层所述土工布纤维网的等效孔径互不相同。

铺装机200用于将增强纤维层铺装在至少一层所述土工布纤维网上，且所述纺丝机还能够将至少一层所述土工布纤维网铺设在所述增强纤维层上，以获得前驱体。

定型装置300用于对所述前驱体进行定型，以获得所述复合土工布。

本发明所提供的制造设备用于执行本发明所提供的上述制备方法，以制备所述复合土工布。

容易理解的是，纺丝机100用于执行步骤S100和步骤S300，铺装机200用于执行步骤S200，定型装置300用于执行步骤S400。

优选地，如图3所示，纺丝机可以包括料仓、挤出机110、熔体过滤器、多个计量泵120、多个纺丝箱体130、侧吹风装置(未示出)、牵伸装置(未示出)、多个分丝摆片140、网帘150等设备。

具体地，挤出机110用于执行步骤S110，计量泵120和纺丝箱体130用于执行步骤S120，每个纺丝箱体130对应有一个计量泵120，每个纺丝箱体130还对应一个粉丝摆片140。侧吹风装置和牵伸装置用于执行步骤S130，分丝摆片140和网帘用于执行步骤S140。

优选地，铺装机200可以包括设置在两个分丝摆片140之间的退绕架。增强纤维层缠绕在所述退绕架上。

在图3中所示的具体实施方式中，定型装置300包括整理剂系统310、针刺加固模块320和热定型模块330。

整理剂系统310位于纺丝机100的下游，用于执行步骤S410，即用于向所述前驱体提供润滑剂。

针刺加固模块320位于整理剂系统310的下游，用于执行步骤S420，即用于对润滑剂处理后的前驱体进行针刺加固。

热定型模块330位于针刺加固模块320的下游，用于执行步骤S430，即用于对针刺加固后的前驱体进行加热定型，以获得所述复合土工布。

为了便于所述复合土工布的存储和运输，优选地，如图3所示，所述制造设备还包括储布装置410和卷绕机420。储布装置410位于定型装置300下游，用于将定型装置300获得的所述复合土工布进行切边，卷绕机420位于储布装置410下游，用于对切边后的复合土工布进行卷绕成卷。

储布装置410对土工布切边是指将复合土工布的毛边切去，以使得复合土工布的尺寸更加标准。将复合土工布卷绕成卷后即可入库储存。

实施例

实施例1

在步骤S110中，将熔融指数为28的聚丙烯切片投放到料仓中并输送至双螺杆挤压机，双螺杆挤压机对原料进行加热熔融，使之变成熔体；

在步骤S120中，将熔体经过熔体过滤器过滤后通过熔体输送管道分别输送至第一计量泵和第二计量泵，熔体计量后输送至第一纺丝箱体和第二纺丝箱体进行纺丝；

在步骤S130中，分别对所述第一纺丝箱体和所述第二纺丝箱体纺制的纤维长丝侧吹风冷却，进行牵伸处理，通过牵伸控制第一纺丝箱体纺出的纤维细度为3D，第二纺丝箱体纺出的纤维细度为15D；

在步骤S140中，纤维细度为3D的纤维长丝被输送至第一分丝摆片上，纤维细度为15D的纤维长丝被输送至第二分丝摆片上，将第一分丝摆片上的纤维长丝均匀铺至成网帘上，并且，通过控制与第一纺丝箱体相连的计量泵的转速，以控制网帘上的土工布层纤维网的克重为100g/m²；

在步骤S200中，将克重为180g/m²的玻纤网格布通过退绕架退绕铺设在纤维细度为3D的纤维长丝形成的土工布层纤维网上；

在步骤S300中，将第二分丝摆片上的纤维长丝均匀铺至玻纤网格布上，以形成土工布层纤维网，并最终获得前驱体，其中，通过控制与第二纺丝箱体相连的计量泵的转速控制纤维细度为15D的纤维长丝形成的土工布层纤维网的克重为150g/m²；

在步骤S410中，利用网帘将所述前驱体输送至整理剂系统进行润滑剂整理，整理方式包括喷洒、浸渍或者涂覆；

在步骤S420中，对经润滑剂整理后的前驱体进行预针刺加固、主针刺加固，总的针刺密度为120个/cm²；

在步骤S430中，利用拉幅定型机对针刺加固后的前驱体进行热定型处理，获得复合土工布，热定型处理的温度为110℃；

在步骤S500中，将复合土工布送入储布装置和卷绕机，切去毛边、卷绕后，进行包装入库。

根据GB/T17639-2008《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》要求对本实施例产品进行宽条拉伸和等效孔径测试，其抗拉强度为25KN/m，等效孔径(O₉₀)为0.04mm。

实施例2

在步骤S110中，将熔融指数为28的聚丙烯切片投放到料仓中并输送至双螺杆挤压机，双螺杆挤压机对原料进行加热熔融，使之变成熔体；

在步骤S120中，熔体经过熔体过滤器过滤后通过熔体输送管道分别输送至第一计量泵和第二计量泵，熔体计量后，分别输送至第一纺丝箱体和第二纺丝箱体进行纺丝；

在步骤S130中，分别对第一纺丝箱体和第二纺丝箱体纺制的纤维长丝侧吹风冷却后，进行牵伸处理，通过牵伸控制第一纺丝箱体纺出的纤维细度为5D，第二纺丝箱体纺出的纤维细度为12D；

在步骤S140中，纤维细度为5D的纤维长丝被输送至第一分丝摆片上，纤维细度为12D的纤维长丝被输送至第二分丝摆片上，将第一分丝摆片上的纤维长丝均匀铺至成网帘上，并且，通过控制与第一纺丝箱体相连的计量泵的转速，以控制网帘上的土工布层纤维网的克重为150g/m²；

在步骤S200中，将克重为240g/m²的玻纤网格布通过退绕架退绕铺在纤维细度为5D的纤维长丝形成的土工布层纤维网上；

在步骤S300中，将第二分丝摆片上的纤维长丝均匀铺至玻纤网格布上，以形成土工布层纤维网，并最终获得前驱体，其中，通过控制与第二纺丝箱体相连的计量泵的转速控制纤维细度为12D的纤维长丝形成的土工布层纤维网的克重为220g/m²；

在步骤S410中，利用网帘将所述前驱体输送至整理剂系统进行润滑剂整理，整理方式包括喷洒、浸渍或者涂覆；

在步骤S420中，对经润滑剂整理后的前驱体进行预针刺加固、主针刺加固，总的针刺密度为160个/cm²；

在步骤S430中，利用拉幅定型机对针刺加固后的前驱体进行热定型处理，获得复合土工布，热定型处理的温度为130℃

在步骤S500中，将复合土工布送入储布装置和卷绕机，切去毛边、卷绕后，进行包装入库。

根据GB/T17639-2008《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》要求对本实施例产品进行宽条拉伸和等效孔径测试，其抗拉强度为36KN/m，等效孔径(O₉₀)为0.06mm。

实施例3

在步骤S110中，将熔融指数为28的聚丙烯切片投放到料仓中并输送至双螺杆挤压机，双螺杆挤压机对原料进行加热熔融，使之变成熔体；

在步骤S120中，将熔体经过熔体过滤器过滤后通过熔体输送管道分别输送至第一计量泵和第二计量泵，熔体计量后输送至第一纺丝箱体和第二纺丝箱体进行纺丝；

在步骤S130中，分别对所述第一纺丝箱体和所述第二纺丝箱体纺制的纤维长丝侧吹风冷却，进行牵伸处理，通过牵伸控制第一纺丝箱体纺出的纤维细度为3D，第二纺丝箱体纺出的纤维细度为11D；

在步骤S140中，纤维细度为3D的纤维长丝被输送至第一分丝摆片上，纤维细度为11D的纤维长丝被输送至第二分丝摆片上，将第一分丝摆片上的纤维长丝均匀铺至成网帘上，并且，通过控制与第一纺丝箱体相连的计量泵的转速，以控制网帘上的土工布层纤维网的克重为200g/m²；

在步骤S200中，将克重为240g/m²的玻纤网格布通过退绕架退绕铺设在纤维细度为3D的纤维长丝形成的土工布层纤维网上；

在步骤S300中，将第二分丝摆片上的纤维长丝均匀铺至玻纤网格布上，以形成土工布层纤维网，并最终获得前驱体，其中，通过控制与第二纺丝箱体相连的计量泵的转速控制纤维细度为15D的纤维长丝形成的土工布层纤维网的克重为200g/m²；

在步骤S410中，利用网帘将所述前驱体输送至整理剂系统进行润滑剂整理，整理方式包括喷洒、浸渍或者涂覆；

在步骤S420中，对经润滑剂整理后的前驱体进行预针刺加固、主针刺加固，总的针刺密度为240个/cm²；

在步骤S430中，利用拉幅定型机对针刺加固后的前驱体进行热定型处理，获得复合土工布，热定型处理的温度为140℃；

在步骤S500中，将复合土工布送入储布装置和卷绕机，切去毛边、卷绕后，进行包装入库。

根据GB/T17639-2008《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》要求对本实施例产品进行宽条拉伸和等效孔径测试，其抗拉强度为36KN/m，等效孔径(O₉₀)≤0.02mm。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。