加强的柔性聚合物材料带，其制造方法以及用其制造的三维网状结构与流程

本发明涉及建筑领域，即生产三维网状结构，例如用于加强土工结构和加强工业和民用结构的松散地基，海岸线的斜坡和水库的河床，在飞机场、道路基础、斜坡、挡土墙的施工中土工格室或空间聚合土工格栅。该带可适用于建筑业的其他部门，其中需要建筑物和结构具有更高和稳定的耐久性和使用寿命特性。

背景技术：

0、现有技术

1、生产包括加强元件并用于建筑技术的聚合物带或条的各种变体是本领域已知的。例如，专利us8182177，ipc：e02d29/02，公开于2012年05月22日，描述了一种用于土工结构的加强的稳定带。该加强的稳定带包括沿其长度的至少一部分纵向布置在该部分内部的帘线(cord)形式的加强元件。这里，应当注意的是，该来源公开了一种不是柔性的(容易弯曲)加强带，因此不能用于生产土工格室类型的三维网状结构。该带适用于扁平结构。此外，当生产该带时，设想将加强帘线(cord)引入预先在带主体中沿纵向方法形成的通道中。为每个加强元件制作特殊的通道，将加强元件放置并固定在通道中的操作非常费力，使得生产技术极为复杂。

2、韩国专利kr101079004,ipc：d03d11/00；e02d17/20；e02d29/02，公开于2011年11月01日，描述了一种用纤维聚集体加强的聚合物带、其制备方法以及使用其制备的平坦土工格栅。该发明旨在力学性能的降低最小化，这是由于将发泡聚合物定位到基体带中，泡沫中具有受控尺寸和数量的细孔。

3、聚合物带包括位于热塑性聚合物基体中的纵向排列的纤维束。该基体带是包括多个具有平均直径为0.1至60μm的细孔的发泡聚合物。该带基体的孔隙率是10至70％。纤维束的总横截面积为加强聚合物带的总横截面面积的10％至80％。该带不适用于土工格室类型的三维网状结构。

4、韩国专利kr102073975,ipc：e02d29/02；e02d3/00，公开于2020年02月06日，描述了一种由用纤维束加强的泡沫热塑性聚合物生产带的方法。该带在护土墙(retainingwall)的建造过程中使用。

5、在基体聚合物材料的纵向方向上的中心截面中形成空腔。本发明的带由轻质、柔性的材料制成，并在带材料中设置穿孔，以提供带的排水性能。该带材料表面具有浮凸，所述浮凸具有沿其整个长度的纵向突起，并且加强纤维集合体布置在浮凸突起的下方。该带不用于生产土工格室。

6、中国实用新型专利cn212248182(u)，ipc：e01c3/04，e02d3/00，g01d21/02,公开于2020年12月29日，描述了用于制作平坦土工格栅的土工柔性加强带的信息。该带包含柔性塑料基体、光纤和用于加强的钢丝。平坦土工格栅由纵向带和横向带编织而成，用于挡土墙的施工。该带不用于生产土工格室。

7、专利us7993080，ipc：e02d17/18，公开于2011年08月09日，公开了一种三维网状结构，用于生产使用土工格室的抗震挡土系统。土工格室是由纤维加强热塑性聚合物、合金或聚烯烃与工程热塑性塑料共混物(如多层pe-聚酰胺或pe-聚酯)的柔性带制成。土工格室的材料在每分钟10％的应变率下的拉伸弹性模量可以为至少0.8gpa，在每分钟10％的应变率下的拉伸强度可以为至少10mpa，并且当在23℃下以其屈服应力的50％加载500小时时，蠕变应变最多为20％。这种聚合物材料适用于制作土工格室的带。

8、在本发明的描述中给出了一个实例，其中密度为0.941g/cm3的高密度聚乙烯(hdpe)通过单螺杆挤出机在260℃下熔融捏合，并通过平模挤出，其中将玻璃纤维线(glassfiber rowing)进料至熔融物以提供连续的纤维加强复合带。聚合物中纤维的重量百分比被设置为带重量的15％。将熔融物压延以形成平均厚度为1.2mm的压花带。从将玻璃纤维形式的加强元件进料至聚合物熔融物的事实开始，生产了连续的纤维加强复合带，其中玻璃纤维位于带的聚合物基体内部；因此，在高横向载荷下，如果加强元件的直径与薄带厚度相适应，则薄带(1.2mm)可以被加强元件切割。

9、欧亚专利ea014781，ipc：b32b27/08，c08j3/20，c08k7/00，e02d17/20，公开于2011年2月28日，描述了一种土工产品及其生产方法。根据权利要求，提供了一种土工产品，其具有至少一层在环境温度下的热膨胀系数小于约150ppm/℃的层；对酸性介质的耐受性大于聚酰胺树脂和/或对碱性介质的耐受性大于pet；对烃类的耐受性大于hdpe；根据国际标准化组织iso 899-1标准，25℃下，在20％屈服应力荷载60分钟的蠕变模量至少为400mpa；根据美国材料试验协会astm d790标准，25℃下，1％正割弹性模量至少为700mpa；其中至少有一层由包括以下的组合物组成：a)至少一种聚合物或低聚物，其含量约为组合物重量的1至约94.5％，平均每个聚合物或低聚物链上至少含有一种选自以下的官能团：羧基、酸酐、环氧乙烷、胺基、酰胺基、酯基、恶唑啉、异氰酸酯或其任何组合；(b)至少一种工程热塑性塑料，其量为组合物重量的约5％至98.5％；(c)至少一种填料，其量为组合物重量的约0.5％至94％；和此外，未改性的聚烯烃、乙烯共聚物或三元共聚物，其量为组合物重量的至多93.5％。

10、作为加强填料，建议使用粉末和/或单晶晶须和/或纤维。进一步地，说明书指出土工产品的一个实施方式包括在产品的至少一个外表面上的摩擦促进元件，其中摩擦促进元件包括例如纹理、和/或凸形浮凸、和/或具有凹陷和/或通孔的浮凸、和/或者指形压花、和/或发状压花、和/或波状压花、和/或压花线、和/或成束纤维或颗粒形式的压花，或其组合，和/或点、和/或编织、和/或其组合。

11、因此，该专利提供了使用压花来产生浮凸表面，并且加强填料传统上被引入到聚合物基体的内层中。

12、专利us8790036，ipc：c09k17/00；e01c3/04,(prs mediteranean ltd[il]),公开于2014年7月29日，描述了土工结构及其形成过程。该专利公开了土工结构，其由土工合成材料制品和分散在土工合成物制品内或其上的包封颗粒材料形成。在特定实施例中，土工格室被用作土工合成材料制品。除此之外，土工制品可用于形成道路、停车场、铺筑路面，以及高速公路或铁路的路基和地基。该专利说明书还披露了一种可用于边坡、渠道、墙壁和路面的透水土工结构。对于该应用，高水导率、优异的抗侵蚀性能和高承载力的组合是理想的。土工制品包括封装颗粒材料的层，其在压实时也允许有孔隙。土工合成制品可以是土工格栅、土工格室、土工织物、短切纤维或天然纤维材料。示例性的纤维/纤维材料包括玻璃纤维、黄麻纤维、红麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维。如前所述，封装的颗粒材料被放置在土工格栅/土工格室/土工织物之中或之上。在短纤维和天然纤维的情况下，将纤维与封装的颗粒材料混合，然后压实在一起，形成土工结构。纤维排列在聚合物基体中，但us8790036的说明书中没有包含更详细解释在聚合物带材料中纤维排列的图片或附图。

13、国际申请wo 2011045458，ipc：e01c11/16，e01c3/00，e02d17/20，公开于2011年04月21日，描述了用于三维网状保护系统的穿孔的、有纹理的或无纹理的材料的格室。表面穿孔的格室材料允许根系、沙粒以及管道和电缆通过与网状材料互作通过穿孔。穿孔改进排水性能，但并没有改进将网状结构快速固定在地面上的可能性。

14、欧亚专利ea031743，ipc：e02d 17/20，公开于2019年02月28日，描述了一种用于约束材料的扩张的网状结构的载荷转移装置、网状约束系统和用于从扩张的网状约束结构传递载荷的方法。穿孔的聚合物带用于生产网状结构，除了圆形排水开口外，网状结构还包括用于电缆和连接器的椭圆形开口。由于使用了连接器，椭圆形孔洞的可用性提高了网状结构快速固定到地面的可能性。

15、实用新型专利ru186059，ipc：e02d 17/20，(prestorus ltd[ru])，公开于2018年12月28日，描述了一种土工格栅连接件。该土工格栅连接件是一种用于快速安装土工格栅并将加强电缆固定在其中的紧固装置。

16、相对于要求保护的用于生产三维网状结构的聚合物材料的带，要求保护的本发明的最接近的现有技术是柔性聚合物带，其披露于专利ru2474637的说明书以及其权利要求中的权利要求12，该专利的ipc：e01c3/00、e02d 17/20，于2013年2月10日公开。这种带由包括纵向加强线的测量长度的聚合物带制成，用于生产空间聚合物格栅。这种技术方案的缺点是将加强线深度嵌入在带聚合物基体中，特别是将加强线引入到带中的深度大于加强线的厚度。然而，考虑到这一事实，即为了获得高柔性，该带具有不超过1-2mm的相对小的厚度，在本发明中用于加强的线的直径是0.2mm，与带本身的厚度相当，因此，在高横向载荷的操作过程中出现了用加强线切割带的风险。

17、专利ru2625058，ipc：e02d17/20，公开于2017年07月11日，描述了用于生产热塑性聚合物材料的柔性加强带的方法，该方法被认为是最接近的现有技术，并且包括：

18、挤出熔融材料用于生成聚合物幅材，

19、将加强线铺设在幅材上，

20、压延该幅材，同时将其加热至120-200℃，以确保加强线嵌入到幅材中，

21、将加强的幅材切割成片材，

22、将片材穿孔以产生排水孔，

23、将片材切割成带，

24、其中加强线是由聚酯或拉夫桑制成，并且由至少两个纤维元件沿其长度捻合组成，在将加强线铺设到幅材上之前，对其进行浸渍处理；

25、幅材被压延以使加强线嵌入至少0.25mm的深度。

26、该方法的缺点是将加强线深度嵌入带材料中，这降低了带在横向载荷下的剪切阻力。

27、专利ru2625058，ipc：e02d17/20，公开于2017年07月11日，描述了一种三维网状结构,其由柔性聚合物带的三维加强土工格栅制成，所述柔性聚合物带被布置成多排，所述多排沿其长度以交错的顺序在其间连接，以在沿垂直于所述带表面的方向拉伸时形成三维网状结构，带上设有排水孔，并以线纵向加强，其结构特征在于加强线由至少两个纤维元件沿其全长捻合组成。

28、该技术方案的缺点是将加强线深度嵌入到带聚合物基体中，特别是将加强线引入带中的深度等于加强线的厚度，因此出现了在高横向载荷下使用加强线切割带的风险。

29、本发明旨在克服在本领域已知的类似解决方案中所确定的缺点。

30、本发明的目的是扩大加强建筑结构以及加固工业与民用建筑结构的松散地基、海岸线斜坡和水库河床的方法范围，这是通过开发高负载三维网状结构实现的，由于使用了聚合物材料的柔性带的新结构，其包括可通过所要求保护的方法生产的带的表面上的加强元件，使得该三维网状结构在高横向载荷下具有改进的操作可靠性和稳定性。

技术实现思路

1、该技术效果在于扩大了用于由柔性聚合物带生产三维多孔结构的装置的范围，该柔性聚合物带的特征在于具有高比强度值和在横向载荷下对切割具有加强元件的聚合物材料的增加的阻力。

2、为了解决所述任务，本发明的组要求保护用于制造三维网状结构的聚合物材料的柔性带、用于制造所述柔性带的方法以及由所述柔性带制成的三维网状结构。

3、所要求保护的用于制造三维网状结构的聚合物材料的柔性带，包括位于所述带表面上的加强元件和突起，所述加强元件被布置成与所述带的表面接触，并且在所述突起与所述加强元件的相交处嵌入所述突起中。

4、作为加强元件，聚合物材料的柔性带可能包括合成纤维，以及合成纤维的长线或束。进一步地，用于所要求保护的带的加强元件可以是织造或非织造的纺织条带，和基于聚合材料织造或编制的网，光纤，线材元件，玻璃纤维，玻璃布条、玻璃纤维的束或线，以及矿物纤维(例如玄武岩或石棉纤维)，和由其制造的线和织造或编织的元件。

5、在一种优选的实施方式中，要求保护的柔性带的进一步特征在于位于所述带的表面上的所述突起以压花的形式形成规则浮凸，并且所述加强元件纵向地布置在所述带上并由高强度纤维制成加强线的形式，压花突起的高度、所述加强线的厚度和所述柔性带的厚度之间优选地通过以下比率相关：

6、0.01≤(a+c)/d≤4，其中：

7、a-所述压花突起的高度，a＝0.01-2mm，

8、c-所述加强线的厚度，c＝0.01-2mm。

9、d-所述柔性带的厚度，d＝1-2mm。

10、作为所述加强线，要求保护的柔性带包括线，优选地，具有绒毛表面，所述线选自由以下组成的组：拉夫桑纹理线、帘线、聚酯线、聚酰胺线、聚丙烯线、聚乙烯线、粘胶线、聚酯拉夫桑短纤维线或所与复合材料组合的所述线。在这种情况下，所述柔性带的强度和其加强步长(reinforcement step)之间通过以下比率相关：

11、0.005≤r×(h/b)×d≤12

12、其中：

13、r—最大载荷下受拉的所述柔性带的强度，kn/m，

14、b-加强间距，b≥0.002m，

15、d-所述柔性带的厚度，d＝0.001-0.002m,

16、h-所述柔性带的宽度，h＝0.05-0.3m。

17、在本发明的优选实施例中，柔性带设有椭圆形通孔。

18、此外，柔性带可以设有圆形贯通排水孔，所述排水孔优选地具有6至13mm的直径，并且对于所述带的每150至250mm的长度，总穿孔面积为3至25％。

19、所要求保护的柔性带的另一特征在于，它包括高密度聚乙烯(hdpe)，或线性低密度聚乙烯(lldpe)，或高密度聚乙烯(hdpe)和线性低密度聚乙烯(lldpe)的混合物作为聚合物材料。

20、在其他实施方式中，柔性带可能包括聚丙烯(pp)或丙烯均聚物(pp ho)或茂金属聚丙烯(mpp)或无规丙烯共聚物(ppcp)作为聚合材料。

21、还要求保护用于生产柔性带的方法，所述柔性带用于生产三维网状结构，其中所述带由聚合物材料制成，并且包括位于所述带的表面上的加强元件和突起。该方法包括：挤出聚合物材料以生产预成形坯，将所述加强元件铺设在预成形坯的表面上，在辊中处理所述预成形坯以在所述预成形坯的表面上形成突起，将所述预成形坯切割成带。当在形成所述突起的步骤中在所述辊中处理所述预成形坯时，将所述加强元件另外地嵌入到所述突起和所述加强元件的相交处的这些突起中。

22、一种用于生产用于三维网状结构的柔性带的方法，其优选地特征在于，当在辊中处理所述预成形坯时，通过以压花的形式提供规则浮凸来形成在所述带的表面上的突起；加强元件是纵向布置的；并且由高强纤维,特别是具有绒毛表面的捻合成线制成的加强线用作加强元件；观察到压花突起的高度、加强线的厚度和柔性带的厚度的以下比率：

23、0.01≤(a+c)/d≤4，其中：

24、a-所述压花突起的高度，a＝0.01-2mm，

25、c-所述加强线的厚度，c＝0.01-2mm，

26、d-所述柔性带的厚度，d＝1-2mm。

27、在要求保护的本发明的一种实施方式中，当进行所述方法时，在将所述挤出的预成形坯切割成带之前，所述预成形坯被穿孔以产生椭圆形通孔。

28、在本发明的其他实施方式中，当进行所述方法时，在将所述挤出的预成形坯切割成带之前，所述预成形坯被另外地穿孔以产生圆形贯通排水孔，所述排水孔优选地被制成6至13mm的直径，并且对于所述带的每150至250mm的长度，总穿孔面积为3至25％。

29、当进行所述要求保护的方法时，在将所述加强元件铺设在所述预成形坯的表面上之前，可以用粘合剂制剂和/或提高其对不利自然条件的耐受性的制剂浸渍所述加强元件。

30、还要求保护一种由柔性聚合物带制成的三维网状结构，所述带包括位于所述带的表面上的加强元件和突起，所述带被布置成多排，所述多排沿其长度以交错的顺序在其间连接，以在沿垂直于所述带表面的方向拉伸时形成三维网状结构，所述带上设有排水孔，并以线纵向加强，其结构特征在于，加强线由至少两个纤维元件沿其全长捻合。所述加强元件被放置为接触所述带的表面，并且在所述突起和所述加强元件的相交处嵌入到位于所述带的表面上的突起中。

31、在优选的实施方式中，所述三维网状结构的特征在于，所述柔性聚合物带设有圆形贯通排水孔，除所述带的连接区域之外，所述圆形贯通排水孔在所述加强元件之间纵向成排布置，,所述排水孔优选地具有6至13mm的直径，并且对于所述带的每150-250mm的长度，总穿孔面积为3至25％。

32、所述三维网状结构还可以设有与钥匙型紧固件一起使用的用于快速安装的额外的椭圆形通孔，所述孔位于所述带的连接区域中，具有沿加强方向延伸的细长形状，并且位于所述加强元件之间的间隔中。

33、在其他实施方式中，所述三维网状结构还可以设有与钥匙型紧固件一起使用的用于快速安装的额外的椭圆形通孔，所述孔位于所述带的端部区域，可以在横向和纵向中延伸。