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织造布复合植生材料主要工艺技术措施及其性能测试

添加时间:2017-05-12 14:27

  我国为多山国家,水土流失、滑坡、泥石流等地质灾害频发,造成重大经济损失。同时,随着基本建设的突飞猛进,开矿、筑路、水利等工程每年也会新增大面积的水土流失,其中大部分是边坡。现有传统方式是采用块石或水泥等硬体材料护坡,不仅会破坏周围的自然环境,且施工周期长,造价高,对地基的承载力要求高,坡面不能绿化。而使用传统的移栽方式进行护坡,植被生长周期较长,覆盖率低,对水土流失控制不及时。

  本文开发的单位面积质量约为480 g/ m2的非织造布复合植生材料,由麻、粘胶纤维混合针刺非织造布与椰壳纤维、麻网布复合而成。该非织造布用于坡面防护,不仅可实现快速、高质量、高覆盖率的绿化,而且生态环保,可有效降低建植成本。

  1、针刺非织造工艺流程

  粘胶纤维、麻纤维原料的针刺工艺流程为:开清→储料仓→斜槽喂料→梳理→铺网→预针刺→牵伸→主针刺(倒)→主针刺→切边→测量定级→计量包装→入库。

  2、主要工艺技术措施

  2.1、混合比例的确定

  由于麻纤维刚性较大,纤维之间的抱合力差,纤维不易缠结,因此与刚性小且卷曲度较高的粘胶纤维混合,有利于纤维相互缠结,均匀成网。将麻/粘胶纤维混合比依次按100/0、80/20、60/40、50/50、40/60进行试验。

  结果显示:随着麻纤维含量的增加,梳理成网难度逐渐加大,纯麻纤维成网十分困难。这主要是由于麻纤维中弯钩纤维较少,因此成网时纤维之间的抱合力小,纤网成型困难。粘胶纤维吸湿性好,并且纤维有卷曲弯钩,增加了纤维之间的抱合力。所以为了成网均匀,必须保证有一定的粘胶纤维含量。试验发现,当麻/粘胶纤维混合比例为40/60时,可以得到均匀的纤网。因此,在开清工序中按上述比例称量,经多仓混棉机、小棉开松机、精开松机对纤维进行松解,使大的纤维块、纤维团离解。

  2.2、梳理部件的技术改造

  由于麻纤维粗、卷曲少、刚性及脆性大,为保证梳理均匀,减少纤维损伤,降低梳断率,开松机的针布由钉板式改为直角弹性针布,针布型号为HQФ30。梳理机锡林直径由1.5 m增加到2.0 m。锡林、道夫、工作辊针布由纺棉时的金属针布改为弹性针布。梳理机改造前后的针布型号为:锡林,改造前金属针布型号为ZC2840× 2812, 改造后 弹 性 针 布 型 号 为 AC2030 ×01540;道夫,改造前的针布型号为×2510,改造后弹性针布型号为AC3830×01890;工作辊,改造前的针布型号为ZW4020×2511,改造后弹性针布型号为AC35-30×3210。

  2.3、梳理及铺网工艺。

  采用单锡林双道夫杂乱梳理机对纤维进行梳理。为保证纤网质量,需均匀喂入并设置合理的梳理隔距和梳理速度,控制好温湿度,防止产生静电。采用立式铺网机对梳理过的麻/粘胶纤维进行交叉铺网,铺网5层,同时通过杂乱牵伸机对纤网进行杂乱处理。经交叉铺网铺叠的麻/粘胶纤网中的纤维在纤网中大体呈横向排列,再通过杂乱牵伸机处理,可增加纤网结构的杂乱度,减少纵横向断裂强度的差异。梳理铺网主要工艺 参 数 为:道 夫 转 速21 r/ min,杂 乱 辊 转 速31 r/ min,给棉罗拉转速21 r/ min,铺网斜帘转速23 r/ min,锡林转速1 200 r/ min,底帘输出速度8 m/ s。

  2.4、针刺工艺参数的确定

  为了研究不同针刺参数对最终材料性能的影响,本文选取针刺频率、针刺深度和针刺道数3个变量进行试验。针刺频率、针刺深度设定3个数值,针刺道数设定3个数值,共9组试验参数变量,工艺设计方案见表3。由于试验过程中实际条件的限制,本试验所有针刺环节均由预针刺机完成。

表1 针刺工艺设计方案
表1 针刺工艺设计方案

  2.4.1、针刺频率

  针刺试验过程中,分别设定了28、29、35次/ min3组针刺频率参数。但当针刺频率设定为35次/ min时,针刺机出现异常状态,主要表现为机身剧烈震动且出现断针,故针刺频率35次/ min不适合生产。

  2.4.2、针刺深度

  针刺深度是针刺工艺中的重要参数。分别设定了1.0、1.2、1.8 mm 3组针刺深度。但当针刺深度为1.8 mm时,在对纤维进行三道针刺时,针刺机出现大量断针现象,可能是由于针刺深度过深,纤网在刺针没有完全抽出的情况下继续向前运动,进而导致断针。故取消针刺深度为1.8 mm的方案。

  2.4.3针刺道数

  分别设定了3道、4道两组针刺道数,但在4道针刺时,纤维被大量刺断,无法有效缠结,因此不适用4道针刺工艺。最终确定的针刺工艺参数为:预针刺针频28次/min,输出速度1.17 m/ min,针深1.0 mm;主针刺针频29次/ min,输出速度1.14 m/ min,针深1.2 mm;倒针刺针频29次/ min,输出速度1.17 m/ min,针深1.2 mm。应用该工艺开发的麻/粘胶纤维40/60非织造布等效孔径达0.09~0.20 mm,垂直渗透系数9.9×10-2~1.0×10-1cm/ s。

  2.5复合工序

  将麻/粘胶纤维针刺布经放卷、输送,在其上摊铺椰壳纤维后,表面平铺一层麻网布,麻网布规格为经纬纱细度410/410 tex,织物经密20根/10 cm,纬密18根/10 cm,幅宽1 600 mm,单位面积质量191.2 g/ m2。复合麻网布可覆盖并固定椰壳纤维,使复合材料具有尺寸稳定、使用寿命长的特点。应用绗缝机将三层材料均匀间隔绗缝,制成复合型可降解材料。

  3、测试方案

  3.1、方法标准

  对复合植生材料的物理性能指标进行测试,测试依据为GB/ T 24218.3—2010《纺织品 非织造布试验方法 第3部分:断裂强力和断裂伸长率的测定》、GB/ T13763—2010《土工合成材料 梯形法撕破强力的测定》、GB/ T 14800—2010《土工合成材料 静态顶破试验(CBR法)》、GB/ T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定 第1部分:单项组合试验法》、GB/ T 24218.1—2009《纺织品 非织造布试验方法 第1部分:单位面积质量的测定》、GB/ T 24218.2—2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分:厚度的测定》、FZ/ T 01057.3—2007《纺织纤维鉴别试验方法 显微镜法》和FZ/ T01057.4—2007《纺织纤维鉴别试验方法 溶解法》。

  3.2、孔隙率计算

  非织造布的孔隙大小直接影响织物的透通性、导水性和阻止微粒通过的能力。孔隙率指孔隙体积对总体积的比值,它是衡量孔隙体积大小的一个指标。一般孔隙率越大,所含孔隙体积越多,渗透系数越大,透通性越好。因此孔隙率的数值对材料的渗透、反滤性能有极大的影响。

  4、测试结果及分析

  4.1、物理性能测试结果

  可降解非织造布的物理性能测试结果为:面密度479 g/ m2,厚度6.5 mm,断裂强力纵向175.8 N、横向173.1 N,撕破强力纵向29 N、横向17 N,顶破强力196 N,吸水率301%,保水率82%,30 min芯吸高度5.0 mm,孔隙率99.5%。

  4.2、产品性能分析

  由测试结果可知,该可降解非织造布的吸水率、保水率较大,可保水、保湿;芯吸高度很低,利于水分保蓄,隔离和过滤性能好;孔隙率高,保水通气能力强,能很好地满足植物生长的要求。其产品的经纬向断裂强力、撕破强力较低,利于植物根系发育成形后自然破裂分解,转化为植物的营养基质,并可改良土壤。长成后的植物根系与自然降解的纤维、泥土牢固地结合在一起,锚固于岩土层上,形成一层坚固的复合保护层[3]。

  5、结语

  在白色污染日益严重的今天,可降解材料成为人们研究的重点。该可降解非织造布以麻、粘胶纤维、椰壳纤维为原料,将天然纤维的优良性能和非织造加工技术相结合,制造出可自然降解的环保非织造复合植生材料,应用于山坡及河流两岸,矿区复垦、铁路、公路两侧,可有效地防止水土流失,增加绿化面积,改善生态环境。

  参考文献:
  [1]周蓉,汤燕伟,刘逸新.几种非织造基质及其草坪草生长性能实验研究[J].东华大学学报(自然科学版),2005,31(2):83-87.
  [2]沈兰萍,尉霞,丁明明.无土栽培用废棉非织造布基质的设计开发[J].纺织学报,2007,28(1):60-62.
  [3]刘璇,成玲,万培培,等.苎麻原长纤维和短切纤维对其复合材料力学性能的影响[J].上海纺织科技,2015,43(9):9-11.