一种挡土墙式路基改性pe拉伸格栅及其制备工艺
技术领域
1.本发明属于土工格栅制造领域，具体涉及一种挡土墙式路基改性pe拉伸格栅及其制备工艺。
背景技术：
2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.挡土墙是用于防止土体崩塌下滑的结构物，在工程实践中，主要在路基边坡等工程中用于承受侧向土体土压力，挡土墙在山区公路与城市建设中使用更加广泛。挡土墙的形式与应用范围，随着工程技术的发展而不断进步，不仅在工程建设广泛使用，还扩展到水坝工程，河床整治，港口建设，山地规划和泥石流、滑坡等灾害防治领域。挡土墙具有多重优点，其一，可以大量节约土地，挡土墙能够达到收缩边坡的效果，从而节省用地。其二，可以用于特殊地段的稳定处理，以保证建筑物或交通的安全。其三，可以美化环境，使其与四周环境相协调。
4.目前，高铁、高速公路施工普遍采用斜坡式挡土墙，这种类型的挡土墙占地面积大，抗震性能低。采用挡土墙式路基可有效解决上述问题，该结构主要有节约土地、工程造价低、抗震性能好、整体刚度大、景观效果好等优势。因此，挡土墙式路基作为轻型支挡结构是路基工程未来的重点发展领域，应用前景广阔。
5.现有技术中，修筑挡土墙所采用的主要筋材为高密度聚乙烯单向拉伸塑料土工格栅，所修筑的挡墙越高，对产品的抗拉强度要求越高。然而，高密度聚乙烯格栅筋条强度不高，更关键的是其蠕变率≥11.20%，严重制约着挡土墙式路基的可修筑高度及施工速率。
技术实现要素：
6.为了解决现有技术的不足，本发明提供一种挡土墙式路基改性pe（聚乙烯）拉伸格栅及其制备工艺，本发明以高密度聚乙烯（hdpe）为基材，利用拉伸条件下超高分子量聚乙烯（uhmwpe）原位形成的微原纤对hdpe基体进行增强并降低蠕变率，进而得到一种具有高拉伸强度和低蠕变率的拉伸格栅，能够显著提升加筋土挡墙的可修筑高度及施工速率。
7.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种挡土墙式路基改性pe拉伸格栅，包含下列重量份的材料：高密度聚乙烯（hdpe）70～75份，线性低密度聚乙烯（lldpe）16～20份，超高分子量聚乙烯（uhmwpe）8～10份，pe固体蜡 1～2份，有机活化碳黑2
‑
6份。
8.本发明第二方面提供一种上述挡土墙式路基改性pe拉伸格栅的制备工艺，具体步骤为：
①
将uhmwpe和lldpe置于密炼机混料，颗粒逐渐变成塑化团状料，混料结束后，得到lldpe/uhmwpe预混料；
②
将pe固体蜡、hdpe、有机活化碳黑置于双螺杆挤出机中加热塑化，再将上述第
①
步所得的lldpe/uhmwpe预混料喂入挤出机，使得原料在双螺杆挤出机料筒中混合均匀塑化良好；
③
使用鱼尾式挤出机头挤出黑色塑料板，裁出矩形孔，在板材前行的方向上加拉伸力控制拉伸倍数为4～6，接着加张紧力定型防止筋条回缩弯曲，最后将拉伸好筋条的格栅按要求定长切割码放或卷绕。
9.本发明的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：（1）本发明所提供的拉伸格栅配料体系可使得混合料具有四峰分子量分布，各组成成分恰到好处地发挥各自的作用达到提高拉伸性能和耐蠕变性的效果，所生产的塑料土工格栅具有性能提高明显、生产工艺过程稳定的特点。
10.（2）本发明所提供的拉伸格栅具有高拉伸强度和低蠕变率，断裂强度高达120mpa以上，蠕变率≤10%，能够有效提升挡土墙式路基的可修筑高度及施工速率。
具体实施方式
11.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
12.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
13.正如背景技术所介绍的，采用hdpe制造的塑料格栅，强度有待提高，而且其蠕变率≥11.20%，严重制约着土挡墙的可修筑高度及施工速率。
14.为了解决如上的技术问题，本发明第一方面提供一种挡土墙式路基改性pe拉伸格栅，包含下列重量份的材料：高密度聚乙烯（hdpe）70～75份，线性低密度聚乙烯（lldpe）16～20份，超高分子量聚乙烯（uhmwpe）8～10份，pe固体蜡 1～2份，有机活化碳黑2
‑
6份。
15.其中，hdpe中分子量分布较高的那部分大分子链和超高分子量聚乙烯链(uhmwpe)可用来显著地提高塑料拉伸土工格栅的强度，lldpe有助于提高uhmwpe在hdpe中的均匀分散度，有机活化的碳黑有助于降低塑料拉伸土工格栅的蠕变率，pe固体蜡则是工艺助剂，有助于碳黑的分散和拉伸时缩颈的顺利形成防止格栅筋条在拉伸初期的根部断裂。这样的配料体系可使得混合料具有四峰分子量分布，各组成成分恰到好处地发挥各自的作用达到提高拉伸性能和耐蠕变性的效果，所生产的塑料拉伸土工格栅的具有性能提高明显、生产工艺过程稳定的特点。
16.进一步的，所述hdpe是由淤浆法双联反应釜合成所得的重均分子量高达50万以上的产品，为ф3
×
3mm塑料母粒。
17.进一步的，所述uhmwpe的重均分子量在80万～200万之间，为白色粉末，过40目筛的占99%以上。
18.进一步的，所述lldpe的熔体流动指数在2～4g/10min之间，为ф3
×
3mm塑料母粒。
19.进一步的，所述pe固体蜡的熔点在98～108℃之间，呈白色颗粒状。
20.优选的，pe固体蜡熔点为103
±
1℃，白色颗粒中能过40目筛的占98%以上，灼烧灰
分≤0.05%。
21.进一步的，所述有机活化碳黑为n330补强碳黑，是通过在碳黑颗粒表面经溶液法乙烯/ziegler
‑
natta配位聚合接枝上聚乙烯短链而得。
22.优选的，所述有机活化碳黑为颗粒状，颗粒中能过20目筛的占98%以上，碳黑含量占95～98wt%，接枝的短链聚乙烯占2～5wt%。
23.本发明第二方面提供一种上述挡土墙式路基改性pe拉伸格栅的制备工艺，具体步骤为：
①
将uhmwpe和lldpe置于密炼机混料，颗粒逐渐变成塑化团状料，混料结束后，得到lldpe/uhmwpe预混料；
②
将pe固体蜡、hdpe、有机活化碳黑置于双螺杆挤出机中加热塑化，再将上述第
①
步所得的lldpe/uhmwpe预混料喂入挤出机，使得原料在双螺杆挤出机料筒中混合均匀塑化良好；
③
使用鱼尾式挤出机头挤出黑色塑料板，裁出矩形孔，在板材前行的方向上加拉伸力控制拉伸倍数为4～6，接着加张紧力定型防止筋条回缩弯曲，最后将拉伸好筋条的格栅按要求定长切割码放或卷绕。
24.原理阐述如下：本发明利用拉伸条件下超高分子量聚乙烯（uhmwpe）原位形成微原纤对hdpe基体进行增强并降低蠕变率。鉴于uhmwpe链缠结严重很难在hdpe中良好分散和融合，故先用lldpe经过高强度密炼，使得uhmwpe的系带分子与lldpe的辛基侧短链形成类似生活中常见的“尼龙搭扣”式融合，然后将该融合料置于hdpe中一并塑化，可以使得uhmwpe与lldpe以“搭扣料”形式均匀分散在hdpe基体，且“搭扣料”在格栅拉伸工序会率先成纤形成串晶（shish
‑
kebab structure）中的棒状kebab结构，其后hdpe拉伸诱导下时其结晶会沿着uhmwpe的微原纤的法向生成shish片晶，于是uhmwpe/lldpe原纤可增强hdpe结晶体，uhmwpe与lldpe“搭扣料”又能降低hdpe结晶体的耐蠕变性。本工艺所得到的塑料格栅拉伸筋条的断裂强度高达120mpa以上，蠕变率≤10%。
25.其中，高密度聚乙烯hdpe 70～75份，线性低密度聚乙烯lldpe 16～20份，超高分子量聚乙烯uhmwpe 8～10份，pe固体蜡 1～2份，有机活化碳黑2
‑
6份。
26.混料的目的是构造均一的lldpe/uhmwpe预混料，便于后期喂料挤出。作为优选的实施方式，所述步骤
①
中，混料时间为10
‑
20min；混料温度为175
±
10℃，为了提高挤出效率，步骤
①
中得到的lldpe/uhmwpe预混料制备成条状再喂入挤出机；优选的，将混料结束后的团状料先转入冷辊开炼机压成薄片，再将薄片分切成长条，得到条状lldpe/uhmwpe预混料；进一步优选的，压成3
‑
4mm的薄片，然后将薄片分切成3
×
3mm的长条；挤出机中螺杆的作用是使胶料随螺杆旋转运动逐渐变为直线运动，向机头方向推移，并与机身相配合，压缩生热、软化搅拌，混合胶料。螺杆的长径比是螺杆的长度l与螺杆的直径d之比。螺杆长径比大，也就是螺杆工作部分长，胶料塑化好，混合均匀，胶料受压力大，产品质量好。但螺杆长易引起胶料焦烧，螺杆加工困难，增加挤出功率。因此，作为优选的实施方式，本发明所用双螺杆挤出机中螺杆的长径比为36
‑
39，优选为38；进一步的，在长径比26
‑
28处开加料孔，优选为28，将步骤
①
所得的lldpe/uhmwpe
预混料条按比例喂入挤出机。
27.进一步的，设定双螺杆挤出机加热分区为六区，加热温度依次为：一区160℃，二区180
‑
190℃，三区190
‑
195℃，四区200℃，五区200
‑
205℃，机头区200
‑
210℃。
28.所述步骤
③
中，机头压力为1.2
‑
1.5mpa，挤出速度3
‑
5m/min，黑色塑料板板厚5
‑
6mm，幅宽1.5
‑
1.7m；在挤出板材生产线设置测温点，板材温度降至120
±
2℃时，裁出矩形孔；拉伸过程中，uhmwpe原位形成的微原纤能够对hdpe基体进行增强并降低蠕变率，拉伸力的大小会影响该效果，作为优选的实施方式，本发明在100
±
2℃加拉伸力时，需要控制拉伸倍数为4～6；进一步的，拉伸后在80
±
5℃下加张紧力，张紧力为0.1
‑
0.3mpa，并在该温度下热处理30秒以利于筋条的拉直不会回缩出现略微的弓型弯曲。
29.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
30.实施例1配料比：熔点102℃的pe固体蜡1kg，重均分子量150万的uhmwpe过40目的粉末8kg，熔指3.0g/10min的lldpe 16kg，cx3702f型号的hdpe 72kg，有机活化碳黑3kg。
31.混料塑化工艺：启动容量为60l的密炼机，先将8kg uhmwpe粉末倒入，然后加入16kg lldpe塑料母粒，搅拌混合密炼15min，控制料筒温度为175℃，颗粒逐渐变成塑化团装料，等到设定时间后停止密炼，将团块转移到开炼机两辊间薄通出片，出片厚度3mm。随即把该片材放入分切机切成3mm宽的带状待用。
32.1kg pe固体蜡，72kg 型号为cx3702f的hdpe及有机活化碳黑3kg放入高搅机拌匀后转入双螺杆加料斗，双螺杆挤出机选用螺杆长径比为38的ф60机型，同向旋转螺杆，在长径比28处设第二加料口，设定双螺杆加热分区为六区，料筒加热温度依次设定为：一区160℃，二区180℃，三区190℃，四区200℃，五区220℃，机头区210℃。
33.挤出板材机头采用鱼尾式，机头压力1.2mpa，板厚5mm，幅宽1.6m。挤出速度3
‑
5m/min。待板材温度降至120℃时落下裁刀冲出矩形孔，之后加卡钳横向上把板材施压夹紧力，板材前行的方向上当板材温度冷至100℃时利用卡钳运动的速差将筋条拉伸6倍后完成拉伸动作，柔和松开卡钳，继续保持前进方向上的牵引张紧力至格栅筋条温度降至85℃后再保持30秒以利于筋条的拉直，不会回缩出现略微的弓型弯曲，之后喷淋冷水冷却，牵引向前输送至定长10m后切段码放。
34.放置并经过24小时状态调节，从格栅筋条上取样，测得其拉伸强度为123.8mpa，蠕变率9.7%。
35.实施例2配料比：熔点102℃的pe固体蜡1kg，重均分子量200万的uhmwpe过40目的粉末9kg，熔指3.0g/10min的lldpe 18kg，cx3702f型号的hdpe 70kg，有机活化碳黑2kg。
36.混料塑化工艺：启动容量为60l的密炼机，先将9kg uhmwpe粉末倒入，然后加入18kg lldpe塑料母粒，搅拌混合密炼15min，控制料筒温度为180℃，颗粒逐渐变成塑化团装料，等到设定时间后停止密炼，将团块转移到开炼机两辊间薄通出片，出片厚度3mm。随即把该片材放入分切机切成3mm宽的带状待用。
37.1kg pe固体蜡，70kg 型号为cx3702f的hdpe及有机活化碳黑2kg放入高搅机拌匀后转入双螺杆加料斗，双螺杆挤出机选用螺杆长径比为38的ф60机型，同向旋转螺杆，在长径比28处设第二加料口，设定双螺杆加热分区为六区，料筒加热温度依次设定为：一区160℃，二区190℃，三区195℃，四区205℃，五区225℃，机头区210℃。
38.挤出板材机头采用鱼尾式，机头压力1.2mpa，板厚5mm，幅宽1.6m。挤出速度3
‑
5m/min。待板材温度降至122℃时落下裁刀冲出矩形孔，之后在102℃下拉伸5倍柔和松开卡钳，继续保持前进方向上的牵引张紧力至格栅筋条温度降至75℃后再保持30秒以利于筋条的拉直，不会回缩出现略微的弓型弯曲，之后喷淋冷水冷却，牵引向前输送至定长10m后切段码放。
39.放置并经过24小时状态调节，从格栅筋条上取样，测得其拉伸强度为152.7mpa，蠕变率9.5%。
40.实施例3配料比：熔点102℃的pe固体蜡1kg，重均分子量100万的uhmwpe过40目的粉末10kg，熔指4.0g/10min的lldpe 17kg，cx3702f型号的hdpe 70kg，有机活化碳黑2kg。
41.混料塑化工艺：启动容量为60l的密炼机，先将10kg uhmwpe粉末倒入，然后加入17kg lldpe塑料母粒，搅拌混合密炼15min，控制料筒温度为175℃，颗粒逐渐变成塑化团装料，等到设定时间后停止密炼，将团块转移到开炼机两辊间薄通出片，出片厚度3mm。随即把该片材放入分切机切成3mm宽的带状待用。
42.1kg pe固体蜡，70kg 型号为cx3702f的hdpe及有机活化碳黑2kg放入高搅机拌匀后转入双螺杆加料斗，双螺杆挤出机选用螺杆长径比为38的ф60机型，同向旋转螺杆，在长径比28处设第二加料口，设定双螺杆加热分区为六区，料筒加热温度依次设定为：一区160℃，二区180℃，三区190℃，四区200℃，五区200℃，机头区200℃。
43.挤出板材机头采用鱼尾式，机头压力1.2mpa，板厚5mm，幅宽1.6m。挤出速度3
‑
5m/min。待板材温度降至118℃时落下裁刀冲出矩形孔，在99℃拉伸5倍，加牵引张紧力至格栅筋条降温78℃后再保持30秒以利于筋条的拉直不会回缩出现略微的弓型弯曲，至定长10m后切段码放。
44.放置并经过24小时状态调节，从格栅筋条上取样，测得其拉伸强度为121.1mpa，蠕变率10.0%。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。