本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种增强混合型土工布、增强型复合土工布及其制备方法。
背景技术：
由于土工布具有质量轻、柔性好、强度高、整体性强且不易腐烂的优点，在工程中具有反滤、排水、隔离、增强和防渗等作用，可提高工程质量，因此广泛应用于水利、水运、公路、建筑等工程领域。而目前土工防渗材料存在抗拉强度低、抗水流冲刷能力差、保土性差和防渗能力差、使用寿命短等问题，无法满足各工程中对防渗土工布的高需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种增强混合型土工布、增强型复合土工布及其制备方法，以解决现有土工布抗拉强度低、抗水流冲刷能力差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种增强混合型土工布，包括：按重量份计，增强纤维40-80份和改性pan碳纤维10-30份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述增强纤维包括：聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球；
其中，聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇加入量的摩尔比为1(1-1.5)：(2-3)；
n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球加入的质量分别为聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯和乙二醇总质量的(1-3.5)wt％、(2-4.5)wt％、(1.5-3.5)wt％以及(3-7)wt％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述增强纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇和聚苯胺包覆碳微球在惰性气体氛围下，在温度为200-250℃，0.1-0.4mpa压强下酯化反应2-3h后，得到初产物；
(2)将n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯加入到初产物中搅拌混合均匀后，在260-280℃温度下，100-200mpa压强下缩聚反应0.5-1.5h，得到缩聚物；
(3)将缩聚物制成颗粒，将颗粒在挤出机中挤出纺丝制备增强纤维。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性pan碳纤维的过程包括以下步骤：
(1)将pan碳纤维与硝酸溶液以1：(1-1.5)的质量比混合，并搅拌反应后，经过滤洗涤，得到氧化pan碳纤维；
(2)将氧化pan碳纤维与活化甘蔗渣以1：(0.1-0.15)的质量比混合，加入浓度为30-50wt％的高锰酸钾溶液，搅拌反应后，经过滤、洗涤以及干燥，得到改性pan碳纤维；其中，氧化pan碳纤维与高锰酸钾溶液加入的质量比为1：(0.5-1)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)中甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节ph至3后加入白腐菌，于30℃-35℃温度下反应36h-45h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：(10-12)：(3-5)；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的10wt％-20wt％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素b10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、kh2po40.2份和mgso4·7h2o0.5份。
上述增强混合型土工布的制备方法，包括以下步骤：
将增强纤维和改性pan碳纤维混合开松，送入到铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧高锰酸钾溶液后，经洗涤烘干后，得到增强混合型土工布。
一种增强型复合土工布，采用上述的增强混合性土工布，包括：依次铺设且通过聚酯热熔胶喷涂压合的聚丙烯土工布、增强混合型土工布、聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述增强型复合土工布还为减少最外两层聚丙烯土工布的增强型复合土工布。
上述的增强型复合土工布的制备方法，包括以下步骤：
将聚酯热熔胶与水以质量比为3-4：1熔融混合后喷涂到聚丙烯土工布上，并静置1-3min后与增强混合型土工布在进行在压力为50-300kgf下压合1-5min，在同样的操作下，依次完成聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布的喷涂压合。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的的增强纤维混合型土工布采用增强纤维和改性pan碳纤维，将二者用针刺处理后，增强纤维和改性pan碳纤维之间可以产生机械咬合或缠绕，从而使纤维间结合的更加牢固，能有效提高强纤维混合型土工布的提高其力学强度，从而提高其抗刺破、抗高速水流冲刷的性能，从而提高土工材料保土性能。
2、本发明采用的聚苯胺包覆碳微球中聚苯胺为线性大分子材料，在与其他反应物共混时可增大聚合物的粘弹性，从而增大彼此间的作用力，使得在经受冲击过程中，能吸收冲击产生的冲击能量从而抑制因冲击产生裂纹的扩大，从而增大其抗冲击强度。
3、本发明采用的pan碳纤维具有超高强度，在改性后pan碳纤维表面活性提高，表面出现许多凹坑，并且pan碳纤维再经改性后表面接枝了甘蔗纤维，发生交织有利于提高其自身强度，并且甘蔗纤维具有较高强力、纤维粗硬，不溶不胀还能提高土工布的防渗效果。
4、本发明的增强型复合土工布中聚丙烯纤维层的强度高、耐冲击、耐酸碱、防水性好，能复合土工布具有良好的隔水防渗透性能，延长土工布的使用寿命，并且还采用增强纤维混合型土工布，通过各层复合使用可整体提高增强型复合土工布的性能，具有优异的抗拉强度和抗水流冲刷能力。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
本实施例的增强混合型土工布，包括：按重量份计，增强纤维40份和改性pan碳纤维10份。
其中，增强纤维包括：聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球；
其中，聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇加入量的摩尔比为11)：2；
n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球加入的质量分别为聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯和乙二醇总质量的1wt％、2wt％、1.5wt％以及3wt％。
增强纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇和聚苯胺包覆碳微球在惰性气体氛围下，在温度为200℃，0.1mpa压强下酯化反应2h后，得到初产物；
(2)将n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯加入到初产物中搅拌混合均匀后，在260℃温度下，100mpa压强下缩聚反应0.5h，得到缩聚物；
(3)将缩聚物制成颗粒，将颗粒在挤出机中挤出纺丝制备增强纤维。
改性pan碳纤维的制备过程包括以下步骤：
(1)将pan碳纤维与硝酸溶液以1：1的质量比混合，并搅拌反应后，经过滤洗涤，得到氧化pan碳纤维；
(2)将氧化pan碳纤维与活化甘蔗渣以1：0.1的质量比混合，加入浓度为30wt％的高锰酸钾溶液，搅拌反应后，经过滤、洗涤以及干燥，得到改性pan碳纤维；其中，氧化pan碳纤维与高锰酸钾溶液加入的质量比为1：0.5。
其中，步骤(2)中甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节ph至3后加入白腐菌，于30℃℃温度下反应36hh，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：10：3；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的10wt％。
培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素b10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、kh2po40.2份和mgso4·7h2o0.5份。
本实施例的增强混合型土工布的制备方法，包括以下步骤：将增强纤维和改性pan碳纤维混合开松，送入到铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧高锰酸钾溶液后，经洗涤烘干后，得到增强混合型土工布。
实施例2：
本实施例的增强混合型土工布，包括：按重量份计，增强纤维50份和改性pan碳纤维15份。
其中，增强纤维包括：聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球；
其中，聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇加入量的摩尔比为11.2：2.5；
n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球加入的质量分别为聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯和乙二醇总质量的2wt％、3.5wt％、2.5wt％以及5wt％。
增强纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇和聚苯胺包覆碳微球在惰性气体氛围下，在温度为220℃，0.3mpa压强下酯化反应2.5h后，得到初产物；
(2)将n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯加入到初产物中搅拌混合均匀后，在270℃温度下，150mpa压强下缩聚反应1h，得到缩聚物；
(3)将缩聚物制成颗粒，将颗粒在挤出机中挤出纺丝制备增强纤维。
改性pan碳纤维的制备过程包括以下步骤：
(1)将pan碳纤维与硝酸溶液以1：1.2的质量比混合，并搅拌反应后，经过滤洗涤，得到氧化pan碳纤维；
(2)将氧化pan碳纤维与活化甘蔗渣以1：0.12的质量比混合，加入浓度为40wt％的高锰酸钾溶液，搅拌反应后，经过滤、洗涤以及干燥，得到改性pan碳纤维；其中，氧化pan碳纤维与高锰酸钾溶液加入的质量比为1：0.7。
其中，步骤(2)中甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节ph至3后加入白腐菌，于33℃温度下反应40h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：11：4；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的15wt％。
培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素b10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、kh2po40.2份和mgso4·7h2o0.5份。
本实施例的增强混合型土工布的制备方法，包括以下步骤：将增强纤维和改性pan碳纤维混合开松，送入到铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧高锰酸钾溶液后，经洗涤烘干后，得到增强混合型土工布。
实施例3：
本实施例的增强混合型土工布，包括：按重量份计，增强纤维60份和改性pan碳纤维20份。
其中，增强纤维包括：聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球；
其中，聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇加入量的摩尔比为1.5：3；
n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯和聚苯胺包覆碳微球加入的质量分别为聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯和乙二醇总质量的3.5wt％、4.5wt％、3.5wt％以及7wt％。
增强纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇和聚苯胺包覆碳微球在惰性气体氛围下，在温度为250℃，0.4mpa压强下酯化反应3h后，得到初产物；
(2)将n-甲基吡咯烷酮、乙氧基化烷基胺、邻苯二甲酸二辛酯加入到初产物中搅拌混合均匀后，在280℃温度下，200mpa压强下缩聚反应1.5h，得到缩聚物；
(3)将缩聚物制成颗粒，将颗粒在挤出机中挤出纺丝制备增强纤维。
改性pan碳纤维的制备过程包括以下步骤：
(1)将pan碳纤维与硝酸溶液以1：1.5的质量比混合，并搅拌反应后，经过滤洗涤，得到氧化pan碳纤维；
(2)将氧化pan碳纤维与活化甘蔗渣以1：0.15的质量比混合，加入浓度为50wt％的高锰酸钾溶液，搅拌反应后，经过滤、洗涤以及干燥，得到改性pan碳纤维；其中，氧化pan碳纤维与高锰酸钾溶液加入的质量比为1：1。
其中，步骤(2)中甘蔗渣的制备步骤包括：将甘蔗渣加入培养液中，向培养液中加入乙酸-乙酸钠缓冲液，调节ph至3后加入白腐菌，于35℃温度下反应45h，取出、烘干并粉碎至粒径为50目，得到改性甘蔗渣；其中甘蔗渣、培养液以及白腐菌的质量比为1：12：5；乙酸-乙酸钠缓冲液的加入量为培养液的20wt％。
培养液包括以下重量份的组分：酵母粉2份、维生素b10.4份、葡萄糖1.5份、可溶性淀粉1.5份、kh2po40.2份和mgso4·7h2o0.5份。
本实施例的增强混合型土工布的制备方法，包括以下步骤：将增强纤维和改性pan碳纤维混合开松，送入到铺网机中，经铺网机处理后随即移入针刺机，以100针/cm2的针刺密度做针刺处理，得预处理土工布，将预处理土工布浸轧高锰酸钾溶液后，经洗涤烘干后，得到增强混合型土工布。
实施例4：
本实施例的增强混合型土工布，包括：按重量份计，增强纤维70份和改性pan碳纤维25份。
增强纤维的组成和制备方法与实施例3一致，改性pan碳纤维的和制备方法与实施例3一致。
实施例5：
本实施例的增强混合型土工布，包括：按重量份计，增强纤维80份和改性pan碳纤维30份。
增强纤维的组成和制备方法与实施例3一致，改性pan碳纤维的和制备方法与实施例3一致。
实施例6：
本实施例的增强型复合土工布，采用实施例3制得的增强混合性土工布，包括：依次铺设且通过聚酯热熔胶喷涂压合的聚丙烯土工布、增强混合型土工布、聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布。
本实施例的增强型复合土工布的制备方法，包括以下步骤：
将聚酯热熔胶与水以质量比为3：1熔融混合后喷涂到聚丙烯土工布上，并静置1min后与增强混合型土工布在进行在压力为50kgf下压合5min，在同样的操作下，依次完成聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布的喷涂压合。
实施例7：
本实施例的增强型复合土工布，采用实施例3制得的增强混合性土工布，包括：依次铺设且通过聚酯热熔胶喷涂压合的聚丙烯土工布、增强混合型土工布、聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布。
本实施例的增强型复合土工布的制备方法，包括以下步骤：
将聚酯热熔胶与水以质量比为3.5：1熔融混合后喷涂到聚丙烯土工布上，并静置2min后与增强混合型土工布在进行在压力为100kgf下压合3min，在同样的操作下，依次完成聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布的喷涂压合。
实施例8：
本实施例的增强型复合土工布，采用实施例3制得的增强混合性土工布，包括：依次铺设且通过聚酯热熔胶喷涂压合的聚丙烯土工布、增强混合型土工布、聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布。
本实施例的增强型复合土工布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚酯热熔胶与水以质量比为4：1熔融混合后喷涂到聚丙烯土工布上，并静置3min后与增强混合型土工布在进行在压力为300kgf下压合1min，在同样的操作下，依次完成聚丙烯土工布、聚乙烯土工膜和聚丙烯土工布的喷涂压合。
实施例6-8的增强型复合土工布适用于土石坝库盘和面饭防渗工程。
实施例9：
本实施例的增强型复合土工布的制备方法与实施例6一致，区别在于增强型复合土工布为减少最外两层聚丙烯土工布的增强型复合土工布。
实施例9的增强型复合土工布适用于淤地坝溢洪道修建和边坡防护等工程。
对照例1
本对照例1的土工布采用市面上现有的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。
对照例2
本对照例2的土工布仅由增强纤维制成，未添加改性pan碳纤维，其中，增强纤维的组成和制备方法与实施例3一致。
对照例3
本对照例的复合土工布的制备方法与实施例6一致，区别在于本对照例采用了对照例1制得的土工布。
对照例4
本对照例的复合土工布的制备方法与实施例6一致，区别在于本对照例采用了对照例2制得的土工布。
结果分析1
将实施例1-5与对照例1-2所制得的土工布根据gb/t24218.3-2010标准测定其径向断裂强度、纬向断裂强度；根据gb/t13763-1992标准测定撕裂强力/kn；根据gb/t14800-1993标准测定顶破强力/kn，其结果如下表所示：
表1：实施例1-5与对比例1-2所制得的土工布的性能测试表
从上表可以看出，本实施例1-5制得的增强混合型土工布各项性能均明显优于对照例。
结果分析2
将实施例9制得增强型复合土工布和对照例3-4制备的复合土工布应用柔性溢洪道水利工程，并测试光面溢洪道式泄洪的实验数据，其结果如下所示。
表2实施例9制得增强型复合土工布的溢洪道泄洪数据表
表3对照例3制得的复合土工布的溢洪道泄洪数据表
表4对照例4制得的复合土工布的溢洪道泄洪数据表
从上述表2-4可以看出，本实施例9制得的增强型复合土工布相较于对比例3-4而言具有优异的抗高速水流冲刷性能，并且在多次泄水试验后循环水依然非常清澈未见浑浊，且材料底部土料保持原有湿度未见有漏水现象发生，可见其具备优异的耐渗透性和抗刺破性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。