一种复合发热土工格栅的加工方法及复合发热土工格栅

技术领域：

本发明涉及新型复合材料技术领域，尤其涉及一种复合发热土工格栅的加工方法及复合发热土工格栅。

背景技术：
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冬季路面积雪结冰往往成为交通堵塞、事故频发的主要原因之一，较长时间的冰雪天气甚至会导致机场跑道、高速公路、铁路等重要交通设施被迫关闭，严重影响人们正常的出行和生产生活需要。

常用的路面融雪化冰方法有人工或机械除雪、化学溶雪法、地热法和电热法等。人工和机械除雪对人力物力需求较大，且存在滞后性，很难快速清除路面积雪。化学融雪法指使用融雪剂溶雪，融雪剂虽然具有使用方便，经济性好等优点，但使用融雪剂会缩短道路使用寿命，造成地下水污染，钢筋锈蚀，土壤板结，在许多国家已渐渐遭到禁止。地热法和电热法是利用加热路面的方式融化冰雪，具有提前预热路面、快速环保的优点，除地热法受地区限制较大之外，电热法是目前研究和实际使用较多的方法。

实际应用在工程中的融雪化冰电热法主要有发热电缆、导电混凝土等。发热电缆具有发热效率高、安装简单等优点，但制作成本较高，绝缘外壳较厚且导热性较差，通电时需消耗较大的功率，提高了路面的发热成本；导电混凝土需掺杂大量的导电填料，施工时分散难度较大，且自身蓄热较大，发热速度较慢。复合发热土工格栅因兼具加筋增强和电热效应，成为近年来一个重要的研究方向。

专利cn101701445公开了一种具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅的设计方法，其特征是碳纤维作为电热元件，先在碳纤维束表面涂环氧树脂，待环氧树脂未完全固化时粘贴在成品玄武岩土工格栅纬纱上。该专利依托成品玄武岩格栅，保证了格栅具备基本的力学性能。但其制备工艺决定了碳纤维束固定在玄武岩格栅表面时搭接处需按压，树脂覆盖厚度远低于其余段树脂覆盖厚度，实际运输、施工和后续使用过程中搭接处碳纤维束因变形外露，存在绝缘保护不够、电路不稳定和不安全的隐患。且纬向碳纤维束和玄武岩纤维格栅变形不协调，在路面大变形的情况下易引起碳纤维束的率先断裂和电路断联；碳纤维束缺乏有效固定，产品整体性不足；环氧树脂性脆，固化后柔韧性不足，不利于格栅的卷曲储存、运输和施工等后续流程。

专利cn104631276a公开了一种具有电热功能的碳纤维复合土工格栅的设计方法，其特征是碳纤维作为纬向电热元件与玻璃纤维或玄武岩纤维混杂编织，通过改性沥青或丙烯酸乳液或热固性树脂粘贴在定型的玻璃纤维或玄武岩纤维上，玻璃纤维或玄武岩纤维位于碳纤维下层，同样存在变形不协调的问题，在路面大变形的情况下易引起碳纤维束的率先断裂和电路断联。

因此，提供一种绝缘性能优异、安全可靠、柔韧性好、协同变形能力良好、适用范围广泛、搭接稳定、可用于编织复合发热土工格栅的碳纤维发热芯是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种提高协同变形能力的一种复合发热土工格栅的加工方法及复合发热土工格栅。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种复合发热土工格栅的加工方法，其特征在于，包括：

对导电纤维丝束进行加捻处理；

对加捻处理后的导电纤维丝束包裹绝缘树脂涂层形成发热芯；

采用由发热芯和纤维束构成的格栅条带，编织成为复合土工格栅。

对导电纤维丝束进行加捻处理的方法为：

确定与发热芯共同构成格栅条带的纤维束的变形能力；

根据纤维束的变形能力，对导电纤维丝束进行加捻处理，使导电纤维丝束的变形能力与纤维束的变形能力相一致。

所述导电纤维丝束为碳纤维丝束。

所述碳纤维束为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维及黏胶基碳纤维中的任意一种或多种混杂纤维。

所述碳纤维束规格为6k-48k。

对导电纤维丝束进行加捻处理的捻度为50-150捻。与不同材料土工格栅纬向条带复合时具有良好的协同变形能力。

所述碳绝缘树脂涂层为耐高温热固性树脂的任意一种或多种混合。

所述耐高温热固性树脂为聚氨酯、水性乳化沥青或丙烯酸乳液。

所述发热芯的编织形式为位于上下层叠的两个平面内、呈相互交错的二向、三向、四向或更多向二维或三维复合发热土工格栅格栅条带，格栅间距为10-100mm，格栅厚度为1-2mm。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明加工方法中，对导电纤维丝束进行加捻处理。根据不同土工格栅材料的变形性能设计碳纤维束的捻度，改变碳纤维束的变形能力，保证碳纤维束与不同材料土工格栅纬向条带复合时拥有相近的变形量，防止碳纤维束在大变形情况下出现断裂的情况。

（2）本发明加工方法中，对对加捻处理后的导电纤维丝束预先涂覆树脂处理，格栅条带交汇处碳纤维束浸渍充分，避免了传统复合土工格栅先编织后涂覆流程带来的格栅条带交汇处碳纤维束涂覆盲区，绝缘性能优异，安全可靠。

（3）本发明采用碳纤维发热芯具有轻质高强、耐久、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、发热效率高、发热稳定等优点。

（4）本发明编织的复合土工格栅不仅具有加筋增强的作用，同时具有电热效应，可作为一种自动热控融雪新方法广泛应用于我国公路、桥梁、机场跑道等交通基础设施抵抗冰冻灾害等领域。

（5）本发明采用水性聚氨酯等材料作为涂覆材料，固化后制品具有出色的柔韧性，便于卷曲储存、运输、施工等后续流程。

（6）本发明作为复合发热土工格栅纬向条带材料适用范围广泛，可与玻璃纤维、玄武岩纤维等多种常见土工格栅条带材料复合编织。

附图说明：

图1为碳纤维发热芯横截面示意图。

图2为复合发热土工格栅条带交汇处示意图。

图3为二维二向格栅结构示意图。

图中有：1、碳纤维束；2、聚氨酯；3、玄武岩格栅纤维束；4、乳化沥青；5、碳纤维发热芯；6、玄武岩格栅。

具体实施方式：

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图和具体实施例进一步阐明本发明，应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例一:

一种复合发热土工格栅的加工方法，包括：

对导电纤维丝束进行加捻处理；加捻处理的捻度为50-150捻。

对加捻处理后的导电纤维丝束包裹绝缘树脂涂层形成发热芯；包裹绝缘树脂涂层的方式为涂敷或者浸润等。

将发热芯作为格栅条带的一部分，编织成为复合土工格栅。发热芯既可以作为复合土工格栅的经向格栅条带的一部分，也可以作为纬向格栅条带的一部分，同时，也不排斥同时作为经向格栅条带的一部分和纬向格栅条带的一部分使用，在本实例中，作为纬向格栅条带的一部分使用。

发热芯的结构见图1，由经加捻处理的有捻碳纤维束1和聚氨酯2组成，作为纬向格栅条带一部分与纬向玄武岩纤维格栅条带复合编织后，与经向玄武岩纤维格栅带呈垂直分布在上下层叠的两个平面内，参见图2，得到一种搭接稳固、绝缘柔韧的二维二向格栅制品（图3）。

碳纤维发热芯的横截面形状为椭圆形、圆形或其他任何几何形状，优选矩形横截面形状。

碳纤维发热芯的横截面宽度为5-10mm；厚度为1-2mm。

碳纤维发热芯在格栅条带横截面中可呈整体均匀分布、束间间距均匀束状分布、束间间距不均匀束状分布、组间间距均匀多束组合分布或组间间距不均匀多束组合分布。

碳纤维发热芯适用于编织形式为分别位于上下层叠的两个平面内或可呈相互交错的二向、三向、四向或更多向二维或三维复合发热土工格栅格栅条带，格栅间距为10-100mm，格栅厚度为1-2mm。

实施例1

一种复合发热土工格栅的加工方法，包括：

对碳纤维丝束进行加捻处理；加捻处理的捻度为100捻。

对加捻处理后的导电纤维丝束涂敷绝缘树脂，并固化，形成由经加捻处理的有捻碳纤维束1和聚氨酯2组成发热芯。

将发热芯和玄武岩纤维束作为纬向格栅条带与经向玄武岩纤维格栅条带复合编织形成复合土工格栅。

实施例2

对碳纤维丝束进行加捻处理；加捻处理的捻度为120捻。

对加捻处理后的导电纤维丝束涂敷绝缘树脂，并固化，形成由经加捻处理的有捻碳纤维束1和聚氨酯2组成发热芯。

将发热芯和玻璃纤维束作为纬向格栅条带与经向玻璃纤维格栅条带复合编织形成复合土工格栅。