本发明涉及土工布技术领域，特别涉及一种四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布及其制备方法。
背景技术：
土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，它是以人工合成的聚合物即塑料、化学纤维、合成橡胶等为原料，制造成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护等作用。大型水利水电工程，高铁、高速公路，环保领域，矿业领域，石油化工领域，市政领域，农林牧渔，生态绿化，新兴领域（机场建设、海绵城市建设、地下综合管廊、防风固沙）等工程中使用土工布材料可大大提高工程的稳定性，在确保工程质量和使用功能要求的情况下，可以提高施工效率和施工质量，在南水北调工程中得到了广泛的推广应用。
土工合成材料在水利、交通、环保等领域有着广泛的应用，近年来又大量应用于生态修复工程、海岸工程、冶金矿产、高速铁路等项工程，应用领域不断扩大，海绵城市建设、地下综合管廊、水环境治理、农村生活污水处理等新型领域为土工合成材料的发展带来了广阔的市场前景。
研究表明，在工程中使用土工合成材料约需增加原投资1%～2%的成本，而在同等设计标准下，可降低20%～40%的工程造价，经济效益十分显著。土工合成材料的使用，使工程在用料、用工、用时等方面都有所降低，工程质量和寿命得到改善，维修费用减少，从而提高了工程建设的整体投资效益，因此对于土工合成材料的重要性已广为人们所接受。土工合成材料已经成为继木材、钢筋、水泥之后的第4大新型建筑材料。
目前土工布材料是以人工合成的聚合物即塑料、化学纤维、合成橡胶等为原料，一是对化石能源的消耗，二是这些塑料薄膜降解很慢，对环境有二次污染，在材料来源和降解上没有能够真正做到绿色环保。
棉花作为一种经济作物，在我国种植面积较大，尤其是在新疆地区。棉花作为种子纤维被赋予了民生不可或缺的使用价值，是新疆的白色支柱产业和农民收人的重要来源，但棉秆则被作为废弃物燃烧或堆放于田头。随着科技的进步，人们一直想开发和利用棉秆皮，曾将其用于造纸。在开发绿色环保资源、循环经济理念日益加强的今天，对棉秆皮的利用采用了多途径开发，其中对棉秆韧皮纤维资源的开发利用就成为一个很好的变废为宝的方式。
棉秆韧皮纤维是将棉杆通过“棉杆皮芯分离机”分离得到，棉秆韧皮纤维属于硬皮纤维，类似于麻纤维，具有抗拉、抗顶破、抗撕裂强度强、延伸性能好和变形模量大等特点。棉秆韧皮纤维经过开松、干法成网一针刺固结等工艺制备棉秆韧皮纤维土工布材料，具有绿色环保的功能。但目前还没有类似的应用。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布及其制备方法，制备出的土工布柔韧性好，具有抗拉、抗顶破、抗撕裂强度，延伸性能好，变形模量大，防渗性能好，使用寿命长等特点。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布，其创新点在于：由以下重量份原料制备而成：1份的四烷氧基硅烷和10～50份的棉秆韧皮纤维。
进一步地，所述棉秆韧皮纤维选用长度为9mm～15mm的棉秆韧皮纤维。
本发明的另一个目的是提供一种四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布的制备方法，其创新点在于：所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：根据各原料配比，称取相应重量份的棉秆韧皮纤维和四烷氧基硅烷；
步骤2：将步骤1中称取的棉秆韧皮纤维经过开松和干法成网一针刺固结工艺制备成棉秆韧皮纤维土工布；
步骤3：将步骤1中称取的四烷氧基硅烷配制成质量百分浓度为10～40%的四烷氧基硅烷溶液，然后将四烷氧基硅烷溶液均匀喷洒至步骤2中制备成的棉秆韧皮纤维土工布表面，最后室温放置11～13h，即可得四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布成品。
进一步地，所述步骤2中棉秆韧皮纤维经过开松，至棉秆韧皮纤维的开松度＞50%。
本发明的优点在于：本发明四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布及其制备方法，由于棉花韧皮纤维体积过大，遇水膨胀率大，同时纤维在人工混凝土基体中结团，混凝土不能很好地包覆纤维；进而纤维不能充分发挥增强作用，宏观上表现为试样软化系数的降低，因此，利用四烷氧基硅烷对棉秆韧皮纤维进行表面包覆改性，可显著提高棉秆韧皮纤维／混凝土的力学性能和耐水性能；同时，四烷氧基硅烷与棉秆韧皮纤维的重量比为1：50～1：10，四烷氧基硅烷配成质量百分浓度为10～40%的溶液进行喷洒，四烷氧基硅烷遇空气中水汽水解成纳米二氧化硅来修饰土工布材料；由此制备成的四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布柔韧性好，具有抗拉、抗顶破、抗撕裂强度，延伸性能好，变形模量大，防渗性能好，使用寿命长等特点，被广泛应用于水利、堤坝、交通隧道等防渗领域。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
步骤1：根据各原料配比，称取10重量份的长度为9mm的棉秆韧皮纤维和1重量份的四烷氧基硅烷；
步骤2：将步骤1中称取的棉秆韧皮纤维经过开松，至棉秆韧皮纤维的开松度＞50%，然后开松后的棉秆韧皮纤维通过干法成网一针刺固结工艺制备成棉秆韧皮纤维土工布；
步骤3：将步骤1中称取的四烷氧基硅烷配制成质量百分浓度为10%的四烷氧基硅烷乙醇溶液，然后将四烷氧基硅烷乙醇溶液均匀喷洒至步骤2中制备成的棉秆韧皮纤维土工布表面，最后室温放置12h，即可得四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布成品。
实施例2
本实施例四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
步骤1：根据各原料配比，称取20重量份的长度为12mm的棉秆韧皮纤维和1重量份的四烷氧基硅烷；
步骤2：将步骤1中称取的棉秆韧皮纤维经过开松，至棉秆韧皮纤维的开松度＞50%，然后开松后的棉秆韧皮纤维通过干法成网一针刺固结工艺制备成棉秆韧皮纤维土工布；
步骤3：将步骤1中称取的四烷氧基硅烷配制成质量百分浓度为20%的四烷氧基硅烷乙醇溶液，然后将四烷氧基硅烷乙醇溶液均匀喷洒至步骤2中制备成的棉秆韧皮纤维土工布表面，最后室温放置12h，即可得四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布成品。
实施例3
本实施例四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
步骤1：根据各原料配比，称取40重量份的长度为15mm的棉秆韧皮纤维和1重量份的四烷氧基硅烷；
步骤2：将步骤1中称取的棉秆韧皮纤维经过开松，至棉秆韧皮纤维的开松度＞50%，然后开松后的棉秆韧皮纤维通过干法成网一针刺固结工艺制备成棉秆韧皮纤维土工布；
步骤3：将步骤1中称取的四烷氧基硅烷配制成质量百分浓度为40%的四烷氧基硅烷乙醇溶液，然后将四烷氧基硅烷乙醇溶液均匀喷洒至步骤2中制备成的棉秆韧皮纤维土工布表面，最后室温放置12h，即可得四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布成品。
上述各实施例中，由于干法成网一针刺固结工艺为公知工艺，在此就不进行详细描述。
取由实施例1-3制备而成的土工布，检测性能；并取市场上销售的常规土工布作为对照组，检测性能；检测结果如下表：
由上表可以看出，通过本发明制备成的四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布柔韧性好，具有抗拉、抗顶破、抗撕裂强度，延伸性能好，变形模量大，防渗性能好，使用寿命长等特点，被广泛应用于水利、堤坝、交通隧道等防渗领域。
实施例4
分别将实施例1-3制备而成的四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布掺杂至同一规格的混凝土试样中，并与未掺杂四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布的混凝土试样相比，耐压强度提高系数，其结果见下表：
由上表可以看出，本发明制备成的四烷氧基硅烷改性棉秆韧皮纤维土工布，此材料的掺量为混凝土质量的2～4%时，能明显提高混凝土的抗折强度，与未掺加纤维的混凝土试样相比，耐压强度提高到30-38%；故棉秆纤维的最佳长度为9mm～15mm，最佳掺量为3%；随着纤维掺量的增加，棉杆韧皮纤维／混凝土块的抗折强度先升高后平缓，而抗压强度一直下降；当纤维掺量小于2%时，由于纤维本身具有吸水后抗折、抗压强度保留率高的特点，导致在混凝土中仍具有较好的增强效果，当纤维掺量大于4%时，强度变化不大。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。