一种改性聚丙烯土工格栅原料和土工格栅的制作方法

本发明涉及土工工程，尤其涉及一种改性聚丙烯土工格栅原料和土工格栅。

背景技术：

1、土工格栅作为地基加固材料广泛用于公路、铁路、机场、水利等的软基处理和边坡、堤坝、护岸、道路拓宽等领域。其中，塑料拉伸土工格栅是一种主要的土工合成材料，具有网格状结构，能锚固锁定土壤颗粒，起加固或加强的作用，常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。

2、随着对塑料拉伸土工格栅的不断发展，国内外现有具有网格结构的以塑料为基体的加紧或加固材料繁多。比如常见的：单向拉伸塑料土工格栅、双向拉伸塑料土工格栅、三向拉伸塑料土工格栅等。以上土工格栅经塑化、挤出、冲孔、整体拉伸而成，具有整体性好，节点强度高，加筋效果好的特点。但是也存在一些问题，例如：在重载负荷下，需要更高重量的产品，现有的板材挤出设备很难实现。因此有必要实现密度、刚度、强度和延展性的平衡，实现轻质高强度土工格栅满足多种应用场景的使用要求。

3、聚丙烯塑料加工过程中的晶型问题，致使其在用于土工格栅专用料时，存在韧性、拉伸伸长率和拉伸强度的矛盾性问题，要想达到足够的力学性能要求，就必须增加聚丙烯使用量，导致成本增加。常见的聚丙烯改性方案为添加β晶型成核剂，形成高韧性和高拉伸伸长率的β晶，改善聚丙烯的力学性能，利于双向拉伸过程，在拉伸过程中β晶部分转变为α晶，最终获得高强度的土工格栅。但加工过程中发现β晶成核剂普遍存在分散性差的问题，因此要想达到高的形核效率，需要添加大量的β晶成核剂，且制备的土工格栅仍存在密度大的缺陷。因此需要对成核剂的结构和配方进行设计，提高其成核效率，改善力学性能的同时，有效降低密度。目前还没有相关的研究与报道。

4、此外，市售的聚丙烯材质的单向、双向、三向、多向土工格栅产品存在重量高、强度低、材质不耐老化、低温柔韧性差、产品施工过程中易被施工机械损伤等缺陷。因此还需要对土工格栅结构等进行设计，以得到轻质、高强度塑料拉伸土工格栅。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种改性聚丙烯土工格栅专用料、土工格栅及制备方法，用以解决现有技术的β型成核剂分散性差，对聚丙烯的改性效果差，制成的土工格栅的力学性能差，且密度大，不能适应不同的环境需求等问题。

2、第一方面，一种改性聚丙烯土工格栅原料，所述的土工格栅为所述的土工格栅原料通过共挤出制成的三层结构，其中，至少一层的原料为土工格栅专用料，按照重量份，所述的土工格栅专用料包括如下原料：聚丙烯100份、介孔碳酸钙负载β晶型成核剂5-20份、偶联剂0.1-2份、炭黑0.5-2份、分散剂0.05-0.2份、抗氧剂0.1-1份；

3、所述的介孔碳酸钙负载β晶型成核剂通过如下方法制备而成：将5-20份介孔碳酸钙分散在氯仿或丙酮中，加入0.1-2份有机酸，在室温搅拌2-4h，离心，得到白色沉淀，洗涤，干燥，得到介孔碳酸钙负载β晶型成核剂。

4、进一步的，所述的土工格栅专用料为一层或两层的原料时，剩余层的原料为土工格栅改性料；其中，按照重量份，所述的土工格栅改性料包括：聚丙烯100份和助剂0.05-26份，所述的助剂为介孔碳酸钙5-20份、有机酸0.1-1份、偶联剂0.1-2份、炭黑0.5-2份、分散剂0.05-0.2份、抗氧剂0.1-1份中的1～5种。

5、进一步的，所述的有机酸为庚二酸、辛二酸、壬二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、邻氯苯甲酸、间羟基苯甲酸、对特丁基苯甲酸、n-苯二甲酰亚氨基乙酸、2-邻苯二甲酰亚氨基谷氨酸、n-邻苯二甲酰谷氨酸、邻苯二甲酰β-丙氨酸、2,2-萘二甲酸、双环[2,2,1]-5-庚烷-2,3-二甲酸、双环[2,2,1]-5-庚烯-2,3-二甲酸、羟乙基亚胺二乙酸、1-(二甲基氨基)环丙基甲酸、(1-氨基-2-甲基丙基)磷酸中的一种或多种。

6、进一步的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种；

7、所述的炭黑的粒径为10-2000nm；

8、所述的分散剂为单硬脂酸甘油酯、聚乙烯蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或多种；

9、所述的抗氧剂为抗氧剂1075、抗氧剂1010和抗氧剂168中的一种或多种。

10、第二方面，本发明提供了一种由所述的土工格栅原料制成的土工格栅，所述的土工格栅为所述的土工格栅原料通过熔融挤出制成的三层结构。

11、进一步的，所述的土工格栅自上而下包括上表层、内层和下表层，上表层、内层和下表层的厚度比为1-2:3-1:2-1。

12、进一步的，所述的土工格栅包括多个一体拉伸成型的格栅单元，所述的格栅单元包括第一格栅单元、第二格栅单元、第三格栅单元和第四格栅单元，所述的第一格栅单元、第二格栅单元、第三格栅单元和第四格栅单元为错位十字交叉设置的矩形孔，且通过共同的中心连接点连接，所述的第一格栅单元和第四格栅单元对角设置，第二格栅单元和第三格栅单元对角设置，所述的第二格栅单元和第三格栅单元上均设置有两条对角相交的筋条，所述的第一格栅单元和第四格栅单元均设置有一条对角筋条，且两条对角筋条在一条直线上。

13、进一步的，所述的第一格栅单元、第二格栅单元、第三格栅单元和第四格栅单元结构相同。

14、进一步的，所述的第二格栅单元中两条对角相交的筋条分别为第二一斜筋和第二二斜筋，所述的第三格栅单元中两条对角相交的筋条分别为第三一斜筋和第三二斜筋。

15、进一步的，所述的第二一斜筋与所述的第三一斜筋在一条直线上，所述的第二二斜筋与所述的第三二斜筋平行设置。

16、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

17、(1)本发明的介孔碳酸钙和有机酸进行反应生成有机酸钙作为β型成核剂，负载到介孔碳酸钙表面，借助介孔碳酸钙的高比表面积的多孔结构，为有机酸提供更多的吸附反应位点，有效提高了β型成核剂的负载效率，使β型成核剂高度分散在碳酸钙表面，增加有效的成核位点，从而提高了聚丙烯的成核效率；显著增加了β晶的含量，同时起到增强增韧的作用，利于双向拉伸过程，改善聚丙烯土工格栅的性能，并解决现有β成核剂分散性差，用量多的问题；

18、(2)本发明利用介孔碳酸钙的介孔结构以及在拉伸过程中形成的微孔，协同降低聚丙烯土工格栅的密度，即单位面积质量，介孔碳酸钙在拉伸过程中具有更优异的成孔能力；

19、(3)本发明的土工格栅为三层四向的加芯结构，在360°环绕方向上具有一定抗拉强度的整体式、多方向受力的轻质、高强度的性能，例如，以土工格栅专用料为表层，其具有高强度高韧性的特点，有助于减小最终土工格栅在使用过程中的机械损伤率；以土工格栅改性料为表层，借助其刚性、抗蠕变性以及高熔点特性，改善复合土工格栅的综合性能；除此之外，本发明的土工格栅可灵活改变内外层的使用料，充分利用不同聚丙烯料的性能特质，使复合土工格栅具备多种的综合性能特点，使其更适应于施工工地复杂的环境特点；

20、(4)本发明的土工格栅具有特定的结构，所述的第一格栅单元、第二格栅单元、第三格栅单元和第四格栅单元为错位十字交叉设置的矩形孔，可以使其多方向受力，增加了土工格栅的力学性能，且制备工艺简单，无需借助额外复杂的工艺步骤，可以显著改善土工格栅的综合性能。

21、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。