由共挤出的多层聚合物制成的土工格栅的制作方法

本发明一般地涉及用于结构或构造增强及其他土工技术目的的整体式土工格栅和其他取向格栅。更具体地，本发明涉及这样的整体式土工格栅，其由共挤出的多层聚合物片制成以实现提高的刚度特性以及如本文所公开的其他期望特性。本发明还涉及生产这样的整体式土工格栅的方法。最后，本发明涉及这样的整体式土工格栅用于土壤和颗粒增强的用途以及这种增强的方法。出于本发明的目的，术语“整体式土工格栅”旨在包括整体式土工格栅和其他整体式格栅结构，其通过使必要厚度的片或片状形状形式的聚合物起始材料取向(拉伸)并在其中制成或形成有孔或凹陷来制成。

背景技术：

1、具有由基本上平行的取向条(strand)及其间的接合点的各种几何图案限定的网开口的聚合物整体式格栅结构(例如整体式土工格栅)已经制造了超过25年。这样的格栅通过将一体浇注的片挤出来制造，所述片经受限定图案的孔或凹陷，随后使片经受受控的单轴或双轴拉伸和取向成由孔或凹陷形成的网开口限定的高度取向的条和部分取向的接合点。片在单轴或双轴方向上的这种拉伸和取向在相应的拉伸方向上产生条抗拉强度和模量。这些整体取向的聚合物格栅结构可以用于保持或稳定任何合适形式的颗粒材料(例如土壤、土、沙、粘土、砾石等)，并且可以用在任何合适的位置，例如在道路或其他通道或路堤的侧面，在道路表面下方、跑道表面等。

2、已对多种形状和图案的孔进行了实验以实现更高水平的强度重量比，或者在制造过程期间实现更快的加工速度。取向在受控的温度和应变速率下完成。该过程中的一些变量包括拉伸比、分子量、分子量分布以及聚合物的支化程度或交联程度。

3、这样的整体式土工格栅和其他整体式格栅结构的制造和使用可以通过公知技术来完成。如mercer的美国专利第4,374,798号、mercer的美国专利第4,590,029号、mercer和martin的美国专利第4,743,486号、mercer的美国专利第4,756,946号以及mercer的美国专利第5,419,659号中详细描述的，首先将起始聚合物片材挤出，然后冲孔以形成必要限定图案的孔或凹陷。然后通过对经冲孔的片材进行必要的拉伸和取向来形成整体式土工格栅。

4、这样的整体式土工格栅，单轴整体式土工格栅和双轴整体式土工格栅二者(统称为“整体式土工格栅”，或者单独称为“单轴整体式土工格栅”或“双轴整体式土工格栅”)由上面提到的mercer在20世纪70年代末发明，在过去的30年里取得了巨大的商业成功，彻底革新了增强由颗粒状或颗粒材料制成的土壤、道路下层铺面和其他土木工程结构的技术。

5、mercer发现，通过从相对厚的基本为单平面的聚合物起始片(优选大约1.5mm(0.059055英寸)至4.0mm(0.15748英寸)厚，具有其中心位于假想的大致方形或矩形格栅的行和列上的孔或凹陷图案)开始，并对起始片进行单向或双向拉伸使得条的取向延伸至接合点，可以形成全新的基本为单平面的整体式土工格栅。如mercer所描述的，“单平面的”意指片状材料的所有区域关于该片状材料的中间平面对称。

6、在美国专利第3,252,181号、第3,317,951号、第3,496,965号、第4,470,942号、第4,808,358号和第5,053,264号中，具有必要图案的孔或凹陷的起始材料连同圆柱形聚合物挤出物一起形成，并且通过使挤出物经过胀开式心轴(expanding mandrel)来实现基本上单平面的。然后将经扩张的圆柱体纵向切割以产生平坦的基本为单平面的起始片。

7、在转让给tensar国际有限公司(佐治亚州亚特兰大市的tensar internationalcorporation,inc.(下文中为“tensar”)的本专利申请的受让人的联营公司)的walsh的美国专利第7,001,112号(下文中为“walsh'112专利”)中描述了另一种整体式土工格栅。walsh'112专利公开了取向聚合物整体式土工格栅，其包括双轴拉伸的整体式土工格栅，其中取向条形成三角形网开口，每个角处具有部分取向的接合点，并且六个高度取向的条在每个接合点处相遇(下文中，有时将此处称为“三轴整体式土工格栅”)。

8、旨在无论起始片形成的方法或使起始材料取向成整体式土工格栅或格栅结构的方法如何，本发明都适用于所有整体式格栅。上述专利第3,252,181号、第3,317,951号、第3,496,965号、第4,470,942号、第4,808,358号、第5,053,264号和第7,001,112号的主题通过引用明确地并入本说明书中，如同这些公开内容在本文中完整阐述一样。这些专利被引用为说明性的，并且不被认为是包含性的，或者排除本领域已知的用于生产整体式聚合物格栅材料的其他技术。

9、传统上，用于生产整体式土工格栅的聚合物材料为高分子量均聚物或共聚物聚丙烯和高密度高分子量聚乙烯。将各种添加剂如紫外光抑制剂、炭黑、加工助剂等添加到这些聚合物中以实现成品和/或制造效率的期望效果。

10、并且，传统上，用于生产这样的整体式土工格栅的起始材料通常是具有单层构造的单平面片，即均匀的单层聚合物材料。

11、虽然由上述常规起始材料生产的整体式土工格栅表现出一般地令人满意的特性，但是在结构上和经济上有利的是生产这样的整体式土工格栅，其具有适于诸如土工合成增强的使用需求的相对较高程度的刚度或具有特定的土工合成应用所期望的其他特性。

12、因此，需要一种起始材料，其不仅适于与生产整体式土工格栅相关的工艺限制，而且一旦整体式土工格栅被生产并进行使用，就提供与常规土工格栅起始材料相关的刚度相比较高程度的刚度或提供通过目前的单层整体式土工格栅无法获得的其他期望特性。

技术实现思路

1、为了获得上述较高程度的刚度和其他期望特性，本发明采用共挤出的多层聚合物片作为起始材料用于制造整体式土工格栅。

2、本文中描述的实验支持本发明人的理论，即凭借本发明的构造，共挤出的多层片组分在挤出和取向期间提供结结晶协同效应，导致提高的材料特性，这为整体式土工格栅在土壤土工合成材料增强方面的使用提供了性能益处。

3、根据本发明的一个实施方案，用于制成整体式土工格栅的起始材料包括其中具有孔或凹陷的共挤出的多层聚合物片，所述孔或凹陷在起始材料被单轴或双轴拉伸时提供开口。

4、根据本发明的另一个实施方案，整体式土工格栅包括多个高度取向的条，其通过部分取向的接合点相互连接并且其中具有由共挤出的多层聚合物片产生的开口阵列。根据本发明的一个实施方案，整体式土工格栅为三轴整体式土工格栅。

5、根据本发明的又一个实施方案，土壤构造包括一定量的颗粒材料，该一定量的颗粒材料通过在其中包埋由共挤出的多层聚合物片生产的整体式土工格栅而加固。

6、根据本发明的再一个实施方案，制造用于整体式土工格栅的起始材料的方法包括提供共挤出的多层聚合物片，以及在其中提供孔或凹陷。

7、根据本发明的另一个实施方案，制造整体式土工格栅的方法包括提供共挤出的多层聚合物片，在其中提供孔或凹陷，以及对其中具有孔或凹陷的共挤出的多层聚合物片进行单轴或双轴拉伸以提供多个高度取向的条，其通过部分取向的接合点相互连接并且其中具有开口阵列。根据本发明的一个实施方案，该方法由共挤出的多层聚合物片来生产三轴整体式土工格栅。

8、并且，根据本发明的又一个实施方案，加固一定量的颗粒材料的方法包括在一定量的颗粒材料中包埋由共挤出的多层聚合物片生产的整体式土工格栅。

9、因此，本发明的一个目的是提供用于制造整体式土工格栅的起始材料。起始材料包括其中具有孔或凹陷的共挤出的多层聚合物片，所述孔或凹陷在起始材料被单轴或双轴拉伸时提供开口。

10、本发明的另一个目的是提供具有多个高度取向的条的整体式土工格栅，其通过部分取向的接合点相互连接并且其中具有由共挤出的多层聚合物片产生的开口阵列。本发明的一个相关目的是提供一种整体式土工格栅，其特征在于较高程度的刚度、较大的强度和其他期望特性。具体地，本发明的一个目的是由共挤出的多层聚合物片提供三轴整体式土工格栅。

11、本发明的又一个目的是提供一种土壤构造，其包括通过在其中包埋由共挤出的多层聚合物片生产的整体式土工格栅而加固的一定量的颗粒材料。

12、本发明的再一个目的是提供制成用于整体式土工格栅的起始材料的方法，该方法包括提供共挤出的多层聚合物片，以及在其中提供孔或凹陷。

13、本发明的另一个目的是提供制造整体式土工格栅的方法。该方法包括提供共挤出的多层聚合物片，在其中提供孔或凹陷，以及对其中具有孔或凹陷的共挤出的多层聚合物片进行单轴或双轴拉伸以提供多个高度取向的条，其通过部分取向的接合点相互连接并且其中具有开口阵列。该方法可以采用已知的土工格栅制造方法，例如在上述美国专利第4,374,798号、第4,590,029号、第4,743,486号、第5,419,659号和第7,001,112号以及其他专利中描述的方法。具体地，本发明的目的是提供由共挤出的多层聚合物片制成三轴整体式土工格栅的方法。

14、并且，本发明的又一个目的是提供通过在一定量的颗粒材料中包埋由共挤出的多层聚合物片生产的整体式土工格栅来加固一定量的颗粒材料的方法。

15、这些以及随后将变得明显的其他目的和优点存在于下文中更充分描述的构造和操作的细节中，并且参照形成其一部分的附图，其中同样的附图标记始终表示同样的部分。附图旨在说明本发明，但不一定按比例。