聚酯纺粘针刺土工布工艺技术与产品性能研究

摘要

聚酯纺粘法针刺非织造布是纺粘生产工艺中非常重要的一员，经干燥的纤维级聚酯切片经熔融纺丝，铺成均匀的纤维网，然后通过两道针刺加固工序制成非织造材料。其特点在于将纺丝工艺与非织造中的针刺加固工艺相结合，生产出的非织造材料在土工合成材料领域具有特殊性能，其各项力学、水力学性能均优于传统的涤纶短纤维针刺材料。但是，国内外学术及工程界对聚酯纺粘针刺土工布的物理机械性能以及水力学性能缺乏系统研究，工程设计依据多是参照传统的涤纶短纤维针刺非织造材料，本文的相关研究填补了这一项空白，为工程设计及应用提供了科学依据。
　　作为近几年迅速发展起来的新产品，聚酯纺粘针刺土工布的生产技术有其特殊性。本文系统阐述了该材料生产各个重要环节的设备特点及参数，包括起到熔融作用的螺杆挤出机、熔体过滤器、计量泵装置及原理、侧吹风装置及原理、管式气流牵伸器及其牵伸原理、分丝铺网装置及原理、针刺加固工艺及其特点。并设计了各个关键工序的工艺参数，以便对工艺特性及产品性能进行系统研究;关键工序有侧吹风工序、分丝铺网工序以及针刺工序。
　　本课题测试了实验用纤维级聚酯切片的特性粘度，测试结果为[η]=0.649dl/g。作为工艺设计时的参考数据。课题重点研究了聚酯纺粘针刺和涤纶短纤维针刺产品四个单位面积质量级别的力学性能，包括拉伸断裂强度及伸长率、梯形撕裂强力、CBR顶破强力、握持强力及伸长率，将同等克重产品的力学性能进行对比，得出了相应的数学关系。结果表明，测试的四种单位面积质量的土工布，涤纶纺粘针刺土工布的纵横向拉伸断裂强度、梯形撕裂强力、CBR顶破强力以及握持强力均大于涤纶短纤维针刺土工布，前者的各项力学指标均约是后者的2倍。克重较低时（低于250g/m2），聚酯纺粘针刺土工布的拉伸变形稳定性比涤纶短纤维针刺土工布低;随着克重的增大，聚酯纺粘针刺土工布的拉伸变形及握持拉伸变形稳定性逐渐增大，涤纶短纤维针刺土工布的拉伸变形稳定性也逐渐增大，但增长缓慢;克重为400g/m2的聚酯纺粘针刺土工布，其拉伸断裂伸长率为44.3％，而涤纶短纤维针刺土工布的拉伸断裂伸长率达到90％。以上结论为聚酯纺粘针刺土工布的生产和相关工程设计提供了科学指导。
　　本课题对聚酯纺粘针刺土工布的另一项重要性能:水力学性能进行了系统研究。主要研究了土工布的垂直渗透性和水平导水性。垂直渗透性以垂直渗透系数作为衡量指标，探讨了纤维直径、土工布厚度、土工布实验层数对垂直渗透系数的影响关系和程度。经测试，聚酯纺粘针刺土工布（100g/m2～400g/m2）的垂直渗透系数为0.25cm/s～0.37cm/s。研究表明，单位面积质量一定时，随着纤维直径和厚度的增大，聚酯纺粘针刺土工布的垂直渗透系数增大;单位面积质量较小时，由于材料本身的不均匀性，测得的垂直渗透系数随着测试层数的不同，结果出现较大波动，但克重较高时，随着测试层数的增加，垂直渗透系数逐渐增大。水平导水性以水平导水系数作为衡量指标，研究了土工布的压缩性能（法向压力与材料厚度的关系）、纤维直径和法向压力对土工布水平导水系数的影响关系和程度。经测试，聚酯纺粘针刺土工布(100g/m2～400g/m2)的水平导水系数为0.30cm/s～0.72cm/s。研究表明，单位面积质量一定时，随着纤维直径的增大，聚酯纺粘针刺土工布的水平导水系数逐渐增大;随着法向压力的增大，聚酯纺粘针刺土工布的水平导水系数在开始时迅速减小，当法向压力再增大时，水平导水系数趋于一个定值，这个定值的大小取决于材料的单位面积质量和纤维直径。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 聚酯纺粘针刺土工布简介

1．2 聚酯纺粘针刺土工布的研究概况

1．3 本论文研究的意义和主要内容

第2章 聚酯纺粘针刺土工布生产设备与工艺设计

2．1 原料性能

2．2 聚酯纺粘设备与工艺设计

2．3 分丝成网设备及工艺设计

2．4 针刺加固设备及工艺

2．5 本章小结

第3章 产品力学性能测试及分析

3．1 PET切片特性粘度测试

3．2 纺粘法聚酯纤维性能测试

3．3 聚酯纺粘针刺土工布力学性能测试

3．3 本章小结

第4章 聚酯纺粘针刺土工布水力学性能测试及分析

4．1 垂直渗透性

4．2 水平导水性

4．3 本章小结

第5章 研究结论与展望

5．1 研究结论

5．2 存在的问题及研究展望

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢

参考文献