本发明涉及一种聚乙烯复合土工膜，以及所述聚乙烯复合土工膜的制备方法。
背景技术：
：高密度聚乙烯土工膜和聚乙烯复合土工膜都是具有极低渗透系数的防水材料，目前广泛用于水利、矿山的尾矿处理、石化罐区、市政建设等领域。但在实际的生产和工程应用中，这两种产品仍然存在一些问题。首先，高密度聚乙烯土工膜在使用时为了保护其不被尖锐物戳穿，需要在下面铺设一层无纺土工布作为保护层，两者单独铺设，增加了施工成本。其次，市场上使用的聚乙烯复合土工膜，通常采用聚乙烯薄膜与无纺土工布整体复合，虽然可一次施工铺设，但所用的聚乙烯薄膜是经过二次回收的为纯聚乙烯树脂生产，未经抗老化改性，该聚乙烯薄膜抗紫外线能力差，长时间使用后容易发生脆化破坏。再次，聚乙烯复合土工膜是由聚乙烯薄膜与无纺土工布经过热压辊压制而成，对温度、速度等条件的工艺控制不当很容易导致聚乙烯薄膜产生肉眼看不见的微小孔洞，这些孔洞在复合土工膜使用过程中会成为渗漏点，严重影响工程质量。另外，同样由于制造时温度工艺控制的不合理以及聚乙烯土工膜和土工布两者的热膨胀系数不同，导致生产的聚乙烯复合土工膜很容易产生翘曲；另外外界的较大冷热变化也会使聚乙烯复合土工膜发生褶皱、卷曲现象，影响正常使用。当聚乙烯复合土工膜铺设完毕后，目前也没有手段对其微小孔洞形成的渗漏点进行检测。因此，开发一种耐冷热变化的抗翘曲经胶黏剂粘接复合而成的、能够一次性铺设施工的高密度聚乙烯复合土工膜是十分必要的。技术实现要素：本发明的目的在于根据现有技术存在的技术问题，提供一种聚乙烯复合土工膜及其制备方法。本发明的聚乙烯复合土工膜由高密度聚乙烯土工膜与无纺土工布经改性双酚a型环氧粘合剂热压粘接复合得到，高密度聚乙烯土工膜具有抗老化层和导电层，抗老化层具有较好的抗紫外线暴晒能力，可以抵抗长时间的阳光曝晒；导电层包括经过改性处理的碳纤维，一方面能够大幅提升聚乙烯复合土工膜的导电率，能够快速定位查找渗漏点，另一方面能够提高聚乙烯复合土工膜的强度；因而本发明的聚乙烯复合土工膜具有重要的经济价值和现实意义。根据本发明的一个方面，提供一种聚乙烯复合土工膜，所述聚乙烯复合土工膜包括高密度聚乙烯土工膜、无纺土工布以及位于所述高密度聚乙烯土工膜和无纺土工布之间的改性双酚a型环氧粘合剂。根据本发明的一些实施例，所述改性双酚a型环氧粘合剂的环氧值为0.02-0.56eq/100g，优选为0.52-0.54eq/100g。根据本发明的优选实施方式，所述改性双酚a型环氧粘合剂经双酚a型环氧树脂、固化剂和增韧剂共混制备得到。根据本发明的一些实施方式，所述固化剂为脂肪胺固化剂，优选为聚醚胺固化剂。根据本发明的优选实施例，所述增韧剂为端氨基液体丁腈橡胶。在一些具体的实施例中，以双酚a型环氧树脂用量为100份计，所述固化剂的用量为45-55份，优选为45-50份，更优选为50份，所述增韧剂的用量为25-75份，优选为30-60份。高密度聚乙烯土工膜和无纺土工布由于热膨胀系数不同，在温度发生较大变化时会导致复合土工膜产生严重翘曲，影响产品质量。经过增韧改性过的双酚a型环氧粘合剂，常温下仍然具有较大的伸长率，一定厚度的这种粘合剂可以在高密度聚乙烯土工膜和无纺土工布之间起到缓冲作用，保证当温度发生较大变化时，高密度聚乙烯复合土工膜可以保持平整。根据本发明的一些实施例，所述高密度聚乙烯土工膜从上至下依次包括抗老化层和导电层。各层厚度根据所述聚乙烯土工膜的实际使用要求决定，优选所述抗老化层的厚度为0.5～1.5mm，导电层的厚度为0.05～0.1mm。在本发明的一些实施例中，以抗老化层的重量为100％计，所述抗老化层包括：高密度聚乙烯树脂80wt％～98wt％，优选为88wt％～96wt％；炭黑色母1wt％～15wt％，优选为2wt％～10wt％；抗氧剂1wt％～5wt％，优选为1wt％～2wt％；在一些具体的实施例中，所述高密度聚乙烯树脂的密度≥0.930g/cm3，优选为0.935～0.950g/cm3。根据本发明的优选实施例，所述炭黑色母包括聚乙烯和炭黑，其中所述导电炭黑色母中的炭黑含量为30％～50％。对于所述聚乙烯没有特别的限定，选择本领域常用的聚乙烯树脂即可。根据本发明的优选实施方式，所述抗氧剂可以采用现有技术中聚乙烯领域常用的抗氧剂，用量也采用常规用量。优选为受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的混合物，或市售的受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的复配抗氧剂，比如巴斯夫股份公司的抗氧剂b225。当抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的混合物时，受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的重量比优选为1:1～1:3，更优选为1:1.5～1:2.5。所述受阻酚类抗氧剂更优选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、n,n'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸中的至少一种；所述磷酸酯类抗氧剂更优选自三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。抗老化层具有较好的抗紫外线暴晒能力，可以抵抗长时间的阳光曝晒；并且能够提高高密度聚乙烯土工膜的耐热空气老化性能，延长使用寿命。根据本发明的一些实施例，以导电层的重量为100％计，所述导电层包括：高密度聚乙烯树脂80wt％～98wt％，优选90wt％～96wt％；碳纤维2wt％～20wt％，优选4wt％～10wt％；所述高密度聚乙烯树脂的密度≥0.930g/cm3，优选为0.935～0.950g/cm3。根据本发明的具体实施例，所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维t300、t700和t800，纤维数为3k，6k，12k，24k或48k，优选为聚丙烯腈基碳纤维t700，12k；所述碳纤维在使用前需要利用硅烷偶联剂对其进行表面处理，所述硅烷偶联剂优选为硅烷偶联剂a-151、kh540和kh551。经过表面改性处理的碳纤维，一方面能够大幅提升聚乙烯复合土工膜的导电率，能够快速定位查找渗漏点，另一方面能够提高聚乙烯复合土工膜的强度；使得导电层能够配合简单的移动电刷探测设备快速定位渗漏点。在本发明的一些实施例中，所述无纺土工布选自长丝或短丝聚丙烯无纺土工布及长丝或短丝pet无纺土工布，规格为100g/m2～300g/m2。根据本发明的优选实施例，所述述无纺土工布选自长丝聚丙烯无纺土工布及长丝pet无纺土工布，规格100g/m2～200g/m2。根据本发明的另一个方面，提供一种上述聚乙烯复合土工膜的制备方法，包括将高密度聚乙烯土工膜与无纺土工布经改性双酚a型环氧粘合剂热压粘接复合得到。根据本发明的一些实施方式，聚乙烯复合土工膜的制备方法包括如下步骤：(1)将所述高密度聚乙烯树脂、炭黑色母、抗氧剂和碳纤维分别按照抗老化层和导电层的含量熔融共混制成各层的组合物，再将组合物共挤出制得所述高密度聚乙烯土工膜；(2)将所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂按照各自的用量共混，制得所述改性双酚a型环氧粘合剂；(3)利用步骤(2)得到的改性双酚a型环氧粘合剂将步骤(1)制得的高密度聚乙烯土工膜与无纺土工布经粘接，经热压复合得到所述聚乙烯复合土工膜。根据本发明的一些实施例，所述步骤(1)包括：1a)将所述高密度聚乙烯树脂、炭黑色母和抗氧剂按照所述抗老化层含量熔融共混，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述抗老化层组合物；1b)将所述高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维按照所述导电层含量熔融共混，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述导电层组合物；1c)将步骤1a)和步骤1b)得到的组合物由双层共挤设备共挤出，制得含有抗老化层和导电层的高密度聚乙烯土工膜。此外，在高密度聚乙烯土工膜的加工过程中，可根据具体加工的需要，在共混物料中加入聚乙烯树脂薄膜加工中常用的加工助剂，例如：润滑剂、抗静电剂、分散剂、颜料等，其用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。在本发明所述的聚乙烯土工膜的加工过程中，物料熔融共混温度即为通常聚乙烯加工中所用的共混温度，应该在既保证基体树脂完全熔融又不会使其分解的范围内选择，一般为180～200℃。在上述步骤(1)中，物料的混合设备可采用现有技术中所用的各种混料设备，如搅拌机、捏和机等。本发明的上述方法中所使用的熔融共混设备为橡塑加工业中的通用共混设备，可以是双螺杆挤出机、buss混炼机组等。优选双螺杆挤出机，其转速一般为200～450rpm。在上述步骤(1)中，各层组合物的双层共挤设备可采用现有技术中的共挤流延薄膜设备和共挤吹塑薄膜设备，挤出机优选单螺杆挤出机。根据本发明的一些实施例，对于所述步骤(2)没有特别的限定，按照本领域的常规方法进行即可。例如可将所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂按照改性双酚a型环氧粘合剂含量混合，搅拌均匀后，在高混机中以3000r/min的转速脱气混合1min，即制得所述改性双酚a型环氧粘合剂。根据本发明的一些实施例，对于所述步骤(2)没有特别的限定，按照本领域的常规方法进行即可。在本发明的优选实施例中，将步骤(2)得到的改性双酚a型环氧粘合剂均匀地涂覆在步骤(1)制得的高密度聚乙烯土工膜的导电层一面，将所述无纺土工布覆盖在之上，用压辊热压复合，即得到所述聚乙烯复合土工膜。其中，所述改性双酚a型环氧粘合剂的涂覆厚度为0.1-0.5mm；所述热压复合的压辊温度为30-80℃，优选为50-70℃。本发明所述的导电层在检测渗漏点时，首先将与直流电源的一正极连接金属板，将金属板放置或负极连接在抗老化层上，然后用连接直流电源另一电极的可移动电刷探测抗老化层土工膜的每一片区域。所述直流电源的电压通常为3000v-1万伏以上。由于最下层的导电层可以导电，而最上层的抗老化颜色层不能导电，金属板与可移动电刷形成一个电容，当当可移动电刷移动到多功能型聚乙烯土工膜聚乙烯复合土工膜的孔洞上或渗漏点时，可移动电刷将会与导电层之间发生电容放电，产生电火花，从而确定孔洞渗漏点的位置。本发明的聚乙烯复合土工膜由高密度聚乙烯土工膜与无纺土工布经改性双酚a型环氧粘合剂热压粘接复合得到，高密度聚乙烯土工膜具有抗老化层和导电层，抗老化层具有较好的抗紫外线暴晒能力，可以抵抗长时间的阳光曝晒；导电层包括经过改性处理的碳纤维，一方面能够大幅提升聚乙烯复合土工膜的导电率，能够快速定位查找渗漏点，另一方面能够提高聚乙烯复合土工膜的强度；因而本发明的聚乙烯复合土工膜具有重要的经济价值和现实意义。具体实施方式下面结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明：实施例中使用的原料：高密度聚乙烯树脂：密度为0.939g/cm3，型号tr400n，中国石油化工股份有限公司茂名分公司生产；抗氧剂：巴斯夫股份公司的抗氧剂b225，为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的复配物；炭黑母粒：颜料炭黑，浓度46％，北京益三友塑料技术有限公司；导电炭黑色母：导电炭黑，浓度46％，北京益三友塑料技术有限公司；碳纤维：聚丙烯腈基碳纤维t700，12k，日本东丽公司；使用前用kh540硅烷偶联剂进行表面处理；双酚a型环氧树脂：环氧当量为190g/eq，环氧值为0.526eq/100g，南通新辰化工有限公司；脂肪胺固化剂：改性聚醚胺固化剂，活泼氢当量＝95g/eq，自制；增韧剂：端氨基液体丁腈橡胶atbn，x21型，丙烯腈含量10％，胺基当量(aew)＝1200；聚氨酯胶粘剂：双组份聚氨酯胶粘剂，主剂为羟基组分，为端羟基的聚己二酸乙二醇酯和甲苯二异氰酸酯的预聚物；固化剂为含游离异氰酸酯基团的组分，上海新光化工厂。性能测试标准及所用仪器：拉伸断裂强度：高密度聚乙烯土工膜按照gb/t1040.3-2006标准测试，聚乙烯复合土工膜按gb/t176425788-20058标准测试，测试仪器为台湾gotech公司al-7000l-a5拉力试验机；剥离强度：按gb/t17642-2008标准测试，测试仪器为台湾gotech公司al-7000l-a5拉力试验机；表面电阻率：按照gb/t1410-2006标准测试，测试仪器美国安捷伦科技有限公司4339b高电阻测试仪。实施例11)将高密度聚乙烯树脂、炭黑色母和抗氧剂按照95:4:1的重量比称重，放入高混机中混合3分钟，然后用双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，螺杆转速为200转/分，挤出温度在180～200℃之间，得到抗老化层组合物；2)将高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维按照95:5的重量比称重，放入高混机中混合3分钟，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速为200转/分，挤出温度在180～200℃之间，得到导电层组合物；3)将抗老化层组合物和导电层组合物在双层共挤吹塑设备上吹塑成型设备共挤出，制得含有抗老化层和导电层的高密度聚乙烯土工膜；其中，上层为抗老化层，厚度为1.4mm，下层为导电层，厚度为0.1mm；4)将所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂按照100:45:50的重量比称重，搅拌均匀后，放入高混机中以3000r/min的转速脱气混合1min，制得改性双酚a型环氧粘合剂；5)将步骤4)得到的改性双酚a型环氧粘合剂以0.2mm的厚度均匀地涂覆在步骤3)制得的高密度聚乙烯土工膜的导电层一面，覆盖上200g/m2的无纺土工布，然后用压辊热压复合，压辊温度为60℃，得到聚乙烯复合土工膜。将步骤3)制得的高密度聚乙烯土工膜和步骤5)制得的聚乙烯复合土工膜经过冲裁制成标准样条，按照上述测试条件进行各项性能测试。实施例21)将高密度聚乙烯树脂、炭黑色母和抗氧剂按照94:4:2的重量比称重，放入高混机中混合3分钟，然后用双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，螺杆转速为200转/分，挤出温度在180～200℃之间，得到抗老化层组合物；2)将高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维按照96:4的重量比称重，放入高混机中混合3分钟，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速为200转/分，挤出温度在180～200℃之间，得到导电层组合物；3)将抗老化层组合物和导电层组合物在双层共挤吹塑设备上吹塑成型设备共挤出，制得含有抗老化层和导电层的高密度聚乙烯土工膜；其中，上层为抗老化层，厚度为1.4mm，下层为导电层，厚度为0.1mm；4)将所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂按照100:50:45的重量比称重，搅拌均匀后，放入高混机中以3000r/min的转速脱气混合1min，制得改性双酚a型环氧粘合剂；5)将步骤4)得到的改性双酚a型环氧粘合剂以0.5mm的厚度均匀地涂覆在步骤3)制得的高密度聚乙烯土工膜的导电层一面，覆盖上200g/m2的无纺土工布，然后用压辊热压复合，压辊温度为50℃，得到聚乙烯复合土工膜。将步骤3)制得的高密度聚乙烯土工膜和步骤5)制得的聚乙烯复合土工膜经过冲裁制成标准样条，按照上述测试条件进行各项性能测试。实施例3除步骤2)中高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维的重量比为98:2外，其余同实施例2。实施例4除步骤2)中高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维的重量比为90:10外，其余同实施例2。实施例5除步骤2)中高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维的重量比为80:20外，其余同实施例2。实施例6除步骤4)中所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:30:50外，其余同实施例2。实施例7除步骤4)中所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:60:50外，其余同实施例2。实施例8除步骤4)中所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:75:45外，其余同实施例2。实施例9除步骤4)中所述双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:25:55外，其余同实施例2。对比例1除步骤2)中高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维的重量比为99:1外，其余同实施例2。对比例2除步骤2)中使用的碳纤维为未经硅烷偶联剂进行表面处理外，其余同实施例2。对比例3除步骤2)中使用导电炭黑色母替换经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维外，其余同实施例2。对比例4除步骤4)中双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:15:50外，其余同实施例2。对比例5除步骤4)中双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:80:50外，其余同实施例2。对比例6除步骤4)中双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:50:30外，其余同实施例2。对比例7除步骤4)中双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:50:60外，其余同实施例2。对比例8除步骤4)中双酚a型环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量比为100:15:30外，其余同实施例2。对比例91)将高密度聚乙烯树脂、炭黑色母和抗氧剂按照94:4:2的重量比称重，放入高混机中混合3分钟，然后用双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，螺杆转速为200转/分，挤出温度在180～200℃之间，得到抗老化层组合物；2)将高密度聚乙烯树脂和经硅烷偶联剂表面处理的碳纤维按照96:4的重量比称重，放入高混机中混合3分钟，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速为200转/分，挤出温度在180～200℃之间，得到导电层组合物；3)将抗老化层组合物和导电层组合物在双层共挤吹塑设备上吹塑成型设备共挤出，制得含有抗老化层和导电层的高密度聚乙烯土工膜；其中，上层为抗老化层，厚度为1.4mm，下层为导电层，厚度为0.1mm；4)将聚氨酯胶粘剂以0.5mm的厚度均匀地涂覆在步骤3)制得的高密度聚乙烯土工膜的导电层一面，覆盖上200g/m2的无纺土工布，然后用压辊热压复合，压辊温度为50℃，得到聚乙烯复合土工膜。将步骤3)制得的高密度聚乙烯土工膜和步骤4)制得的聚乙烯复合土工膜经过冲裁制成标准样条，按照上述测试条件进行各项性能测试。测试实施例1～9和对比例1～9中制备的高密度聚乙烯土工膜的老化层与导电层的表面电阻率，结果见表2。表1高密度聚乙烯土工膜和聚乙烯复合土工膜的拉伸断裂强度和剥离强度数据表2高密度聚乙烯土工膜和聚乙烯复合土工膜的表面电阻率数据项目导电层表面电阻率(ω)抗老化层表面电阻率(ω)实施例19.5×1095.9×1016实施例24.5×10107.6×1016实施例36.9×10105.3×1016实施例46.4×1085.3×1016实施例55.4×1074.6×1016实施例66.5×10104.5×1016实施例75.6×10106.5×1016实施例84.6×10105.6×1016实施例95.9×10104.8×1016对比例16.5×10156.5×1010对比例26.7×10136.5×1016对比例37.5×10138.8×1016对比例46.5×10105.8×1016对比例55.8×10105.6×1016对比例66.5×10107.2×1016对比例77.4×10107.1×1016对比例87.9×10108.5×1016对比例94.8×10104.9×1016同时，将上述实施例1～9和对比例1～9制备的高密度聚乙烯复合土工膜分别在-20℃条件下处理4h后再恢复至常温23℃，观察是否发生翘曲现象。从上面实施例的各项性能测试结果可以看出：在经过与改性的碳纤维共混复合后，实施例1和实施例2中的高密度聚乙烯土工膜及高密度聚乙烯复合土工膜，其强度分别优于对比例2中添加未经改性碳纤维的高密度聚乙烯土工膜及高密度聚乙烯复合土工膜，也优于对比例3中只添加炭黑色母的高密度聚乙烯土工膜及高密度聚乙烯复合土工膜。实施例3～5分别为添加不同比例经改性碳纤维制备得到的高密度聚乙烯复合土工膜，其高密度聚乙烯土工膜及高密度聚乙烯复合土工膜的强度优于对比例1制备的高密度聚乙烯土工膜及高密度聚乙烯复合土工膜。实施例6～9分别为添加不同比例增韧剂和固化剂的双酚a型环氧粘合剂，其剥离强度优于对比例4～8制备的高密度聚乙烯复合土工膜的剥离强度。同时对比经过高低温处理后各高密度聚乙烯复合土工膜发现，对比例4～9制备的高密度聚乙烯复合土工膜发生了翘曲现象，说明本发明中规定的增韧剂和固化剂用量可以取得较好的抗翘曲效果。从上面实施例1～9制备的高密度聚乙烯土工膜导电层的表面电阻率测试结果可以看出，导电层的表面电阻率最高为6.5×1010ω，实施例中的导电层均可在高电压下作为导体，而实施例1～9制备的高密度聚乙烯土工膜抗老化层的表面电阻率在1016ω数量级，可以看做绝缘体，当该高密度聚乙烯复合土工膜上有孔洞时，前述的电刷将会在孔洞的位置与导电层发生放电，从而确定渗漏点的位置。对比例1中的高密度聚乙烯土工膜导电层不具有导电性质，对比例2～3中的高密度聚乙烯土工膜导电层导电性很差，不能利用探测电极快速确定孔洞和渗漏点。因此，本发明提供的聚乙烯复合土工膜拉伸和剥离强度高，抗翘曲效果好，导电层导电性能好，抗老化层几乎结缘，能够快速定位查找渗漏点，与传统高密度聚乙烯土工膜相比优点明显，具有较大的市场竞争优势，值得推广应用。应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的。当前第1页12