本发明涉及功能高分子材料
技术领域：
，具体涉及一种低线性热膨胀系数的土工格室材料及其制备方法。
背景技术：
：土工格室是一种具有立体网状结构的土工合成材料、独特的三维立体结构，可有效地约束网格内的填充物，与填充物一起形成稳定的结构层，显示出其它平面土工合成材料无法相比的工程效果，正广泛的应用于软弱路基加固、边坡防护、挡土墙修建等工程。聚烯烃土工格室产品是由改性聚烯烃为原料经挤出成型分切再超声焊接而成的、展开后呈立体蜂窝状结构的土工合成材料。由于土工格室的生产流程长、成型工序多、应用环境复杂多变等特点，因此，对生产该产品的原材料及产品有如下的要求。(1)产品因有较好的机械性能，以防止在施工过程和应用过程中受到较强的外力、硬物穿刺等的破坏。(2)产品长期在复杂的环境中使用，选择材料时应考虑耐酸碱性和耐霉变等因素。(3)材料应有较好的抗老化性能，以满足在工程中长期稳定使用的需要。(4)我国广阔的地域，气温变化大，对南北方使用的适用性而言，产品所使用材料必须有较好的耐低、高温性能。(5)为适应土工格室的制备工艺要求，材料还需具有较好的可焊接性。(6)产品在工程应用中要求为外形尺寸整齐、焊距一致，整个网格体系强度一致。(7)产品应用较好的组件连接功能，以保证工程整体加固强度的一致性。但是，目前所使用的聚烯烃土工格室材料还存在以下问题：1、线性热膨胀系数较高；2、悬臂梁缺口冲击强度低；拉伸强度低；弯曲模量较小；综合力学性能差(物理机械性能差)；3、耐低温性能较差；耐老化性能差；综上，目前所使用的聚烯烃土工格室材料综合使用性能差，容易损坏，使用环境受限，且使用寿命短。基于上述情况，本发明提出了一种低线性热膨胀系数的土工格室材料及其制备方法，可有效解决以上问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种低线性热膨胀系数的土工格室材料及其制备方法。本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，既充分发挥各原料的优点，又相互补充，相互促进，制得的低线性热膨胀系数的土工格室材料的线性热膨胀系数低；悬臂梁缺口冲击强度较高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量较高；综合力学性能好；此外，经测试本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料的低温脆点低至-45℃以下，耐低温性能好；氧化诱导时间可达300min，耐老化性能好；综合使用性能好，不容易损坏，可适用于多种使用环境，且使用寿命长，经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统，具有良好的力学性能、低线性热膨胀系数，可广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：一种低线性热膨胀系数的土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：65-75份，增韧剂：8-14份，无机填料：10-20份，紫外吸收剂：0.3-0.8份，抗氧剂：0.4-0.9份，界面相容剂：4-6份，加工助剂：2-4份；所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚烯烃弹性体。本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，既充分发挥各原料的优点，又相互补充，相互促进，制得的低线性热膨胀系数的土工格室材料的线性热膨胀系数低；悬臂梁缺口冲击强度较高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量较高；综合力学性能好；此外，经测试本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料的低温脆点低至-45℃以下，耐低温性能好；氧化诱导时间可达300min，耐老化性能好；综合使用性能好，不容易损坏，可适用于多种使用环境，且使用寿命长，经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统，具有良好的力学性能、低线性热膨胀系数，可广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。优选的，所述低线性热膨胀系数的土工格室材料由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：68份，增韧剂：10份，无机填料：13.5份，紫外吸收剂：0.4份，抗氧剂：0.7份，界面相容剂：5份，加工助剂：3份；所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；所述增韧剂为聚烯烃弹性体。优选的，所述聚烯烃弹性体为韩国sk化学株式会社的poesolumer8613l。优选的，所述高密度聚乙烯为韩国乐天化学株式会社的mf5000。综合性能更优，能进一步降低本发明的土工格室材料的低线性热膨胀系数，同时保证良好的力学性能。优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国舒尔曼evan1003。综合性能更优，能进一步降低本发明的土工格室材料的低线性热膨胀系数，同时保证良好的力学性能。优选的，所述无机填料为硅灰石晶须。优选的，所述无机填料为质量之比为1：6～8的滑石粉和硅灰石晶须的混合物。优选的，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。优选的，所述紫外吸收剂为紫外吸收剂770。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：(0.3～0.4)；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂168或抗氧剂626。优选的，所述加工助剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸和硬脂酸钙中的至少一种。本发明还提供一种所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述低线性热膨胀系数的土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除无机填料外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为3-5min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将无机填料由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料；挤出过程中，调节主机转速、喂料速度(频率)的速度配比等工艺条件，使所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料均匀、平滑的挤出、造粒。其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为170-175℃，二区温度为175-180℃，三区温度为180-185℃，四区温度为185-190℃，五区温度为185-190℃，六区温度为190-195℃，七区温度为195-200℃，八区温度为195-200℃，九区温度为195-200℃，机头温度为195-210℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20hz。本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，既充分发挥各原料的优点，又相互补充，相互促进，制得的低线性热膨胀系数的土工格室材料的线性热膨胀系数低；悬臂梁缺口冲击强度较高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量较高；综合力学性能好；此外，经测试本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料的低温脆点低至-45℃以下，耐低温性能好；氧化诱导时间可达300min，耐老化性能好；综合使用性能好，不容易损坏，可适用于多种使用环境，且使用寿命长，经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统，具有良好的力学性能、低线性热膨胀系数，可广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料具有低线性热膨胀系数能力和良好的耐候性能。土工格室材料是一种改性后的高分子复合材料经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统。该结构体系能够伸缩自如，运输过程中可折叠，施工过程中可张拉成具有蜂窝状结构的立体网格，填入混凝土、碎石、残渣、泥土等物料，形成一种具有刚度和强大侧向限制力的结构体，具有良好的力学性能、地形适应性、长期性、环保性等特点。本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料，以高密度聚乙烯为主要原料，硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；本发明引入了适当比例的增韧剂，配合界面相容剂、加工助剂，与高密度聚乙烯等其他组分相同性良好，能很好地形成均一材料，主要起到良好的增韧效果，以及一定的相容分散效果，提高本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料韧性和柔软性，降低脆性，从而大大提高了本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度等力学性能，且可进一步提高本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料的耐低温性能；此外，发明人经过大量实验发现：“所述增韧剂为聚烯烃弹性体；优选的，所述聚烯烃弹性体为韩国sk化学株式会社的poesolumer8613l。”在本发明的原料体系中，相比于乙烯-醋酸乙烯共聚物，具有更好的增韧效果，且还可以进一步降低本发明的土工格室材料的低线性热膨胀系数。本发明引入了适当比例的无机填料，所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；优选的，所述无机填料为硅灰石晶须。优选的，所述无机填料为质量之比为1：6～8的滑石粉和硅灰石晶须的混合物。滑石粉和硅灰石晶须在本发明的原料体系中，配合界面相容剂、加工助剂，能够在高密度聚乙烯等组分中很好地分散均匀，其中，滑石粉具有很好的刚性，主要起到良好的增强作用和降低本发明的土工格室材料的低线性热膨胀系数；硅灰石晶须具有更好的刚性，能更好地起到良好的增强作用和降低本发明的土工格室材料的低线性热膨胀系数；两者相互配合，具有良好的协同作用，不仅大大提高了本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度，还大大降低了本发明的土工格室材料的低线性热膨胀系数。本发明的制备方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。实施例1：一种低线性热膨胀系数的土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：65-75份，增韧剂：8-14份，无机填料：10-20份，紫外吸收剂：0.3-0.8份，抗氧剂：0.4-0.9份，界面相容剂：4-6份，加工助剂：2-4份；所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚烯烃弹性体。优选的，所述低线性热膨胀系数的土工格室材料由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：68份，增韧剂：10份，无机填料：13.5份，紫外吸收剂：0.4份，抗氧剂：0.7份，界面相容剂：5份，加工助剂：3份；所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；所述增韧剂为聚烯烃弹性体。优选的，所述聚烯烃弹性体为韩国sk化学株式会社的poesolumer8613l。优选的，所述高密度聚乙烯为韩国乐天化学株式会社的mf5000。优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国舒尔曼evan1003。优选的，所述无机填料为硅灰石晶须。优选的，所述无机填料为质量之比为1：6～8的滑石粉和硅灰石晶须的混合物。优选的，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。优选的，所述紫外吸收剂为紫外吸收剂770。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：(0.3～0.4)；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂168或抗氧剂626。优选的，所述加工助剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸和硬脂酸钙中的至少一种。本发明还提供一种所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述低线性热膨胀系数的土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除无机填料外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为3-5min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将无机填料由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为170-175℃，二区温度为175-180℃，三区温度为180-185℃，四区温度为185-190℃，五区温度为185-190℃，六区温度为190-195℃，七区温度为195-200℃，八区温度为195-200℃，九区温度为195-200℃，机头温度为195-210℃，主机转速为280-300r/min，喂料频率为13-20hz。实施例2：一种低线性热膨胀系数的土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：65份，增韧剂：8份，无机填料：10份，紫外吸收剂：0.3份，抗氧剂：0.4份，界面相容剂：4份，加工助剂：2份；所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物。在本实施例中，所述高密度聚乙烯为韩国乐天化学株式会社的mf5000。在本实施例中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国舒尔曼evan1003。在本实施例中，所述无机填料为质量之比为1：6的滑石粉和硅灰石晶须的混合物。在本实施例中，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。在本实施例中，所述紫外吸收剂为紫外吸收剂770。在本实施例中，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：0.3；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1790；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂626。在本实施例中，所述加工助剂为质量之比为1：1：1的乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸和硬脂酸钙。在本实施例中，所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述低线性热膨胀系数的土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除无机填料外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为5min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将无机填料由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为170℃，二区温度为175℃，三区温度为180℃，四区温度为185℃，五区温度为185℃，六区温度为190℃，七区温度为195℃，八区温度为195℃，九区温度为195℃，机头温度为200℃，主机转速为280r/min，喂料频率为13hz。实施例3：一种低线性热膨胀系数的土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：75份，增韧剂：14份，无机填料：20份，紫外吸收剂：0.8份，抗氧剂：0.9份，界面相容剂：6份，加工助剂：4份；所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；所述增韧剂为聚烯烃弹性体。在本实施例中，所述聚烯烃弹性体为韩国sk化学株式会社的poesolumer8613l。在本实施例中，所述高密度聚乙烯为韩国乐天化学株式会社的mf5000。在本实施例中，所述无机填料为质量之比为1：8的滑石粉和硅灰石晶须的混合物。在本实施例中，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。在本实施例中，所述紫外吸收剂为紫外吸收剂770。在本实施例中，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：0.4；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1010；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂168。在本实施例中，所述加工助剂为质量之比为1：1：1的乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸和硬脂酸钙。在本实施例中，所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述低线性热膨胀系数的土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除无机填料外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为3min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将无机填料由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为175℃，二区温度为180℃，三区温度为185℃，四区温度为190℃，五区温度为190℃，六区温度为195℃，七区温度为200℃，八区温度为200℃，九区温度为200℃，机头温度为210℃，主机转速为300r/min，喂料频率为20hz。实施例4：一种低线性热膨胀系数的土工格室材料，由包括以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯：68份，增韧剂：10份，无机填料：13.5份，紫外吸收剂：0.4份，抗氧剂：0.7份，界面相容剂：5份，加工助剂：3份；所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和硅灰石晶须中的至少一种；所述增韧剂为聚烯烃弹性体。在本实施例中，所述聚烯烃弹性体为韩国sk化学株式会社的poesolumer8613l。在本实施例中，所述高密度聚乙烯为韩国乐天化学株式会社的mf5000。在本实施例中，所述无机填料为质量之比为1：7的滑石粉和硅灰石晶须的混合物。在本实施例中，所述界面相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。在本实施例中，所述紫外吸收剂为紫外吸收剂770。在本实施例中，所述抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂的混合物，两者的质量之比为1：0.35；所述受阻酚类主抗氧剂为抗氧剂1010；所述亚磷酸酯类辅抗氧剂为抗氧剂168。在本实施例中，所述加工助剂为质量之比为1：1：1的乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸和硬脂酸钙。在本实施例中，所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料的制备方法，包括下列步骤：a、分别称取所述低线性热膨胀系数的土工格室材料的各原料，备用；b、采用高速混合机将除无机填料外的其他原料进行充分混合均匀，混料时间为4min，得到混合料；c、熔融挤出：将所述混合料送入双螺杆挤出机中，并将无机填料由双螺杆挤出机中段的强制加料装置加入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出、造粒，得到所述的低线性热膨胀系数的土工格室材料；其中，步骤c中，双螺杆挤出机的参数设置为：一区温度为172℃，二区温度为177℃，三区温度为182℃，四区温度为187℃，五区温度为188℃，六区温度为192℃，七区温度为197℃，八区温度为198℃，九区温度为198℃，机头温度为202℃，主机转速为290r/min，喂料频率为16hz。对比例1：与实施例4的区别在于，所述无机填料为碳酸钙，其他与实施例4相同。对比例2：与实施例4的区别在于，所述无机填料为滑石粉，其他与实施例4相同。对比例3：与实施例4的区别在于，所述无机填料为硅灰石晶须，其他与实施例4相同。对比例4：与实施例4的区别在于，所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物为美国舒尔曼evan1003，其他与实施例4相同。下面对本发明实施例2至实施例4、对比例1至对比例4得到的低线性热膨胀系数的土工格室材料制成标准样条，分别进行性能测试，测试结果如表1所示：表1检测项目线性热膨胀系数悬臂梁缺口冲击强度拉伸强度弯曲模量单位10-5/℃j/mmpampa实施例25.48023.51395实施例35.18624.71410实施例44.99025.41415对比例16.57022.21210对比例26.07624.51360对比例35.87325.81500对比例45.08223.91425从上表可以看出，本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料具有以下优点：线性热膨胀系数低；悬臂梁缺口冲击强度较高，耐冲击性能好；拉伸强度高，力学性能好；弯曲模量较高；综合力学性能好。此外，经测试本发明的低线性热膨胀系数的土工格室材料的低温脆点低至-45℃以下，氧化诱导时间可达300min，综合使用性能好，不容易损坏，可适用于多种使用环境，且使用寿命长。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12