非織造土工布的發(fā)展與應用

趙永霞

民用工程的建設為土工合成材料產(chǎn)業(yè)提供了機遇，而非織造土工布由于良好的性能和獨特的加工工藝將具有巨大的市場潛力。本文以我國剛剛出臺的“紡織工業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃”為背景，從發(fā)展歷程、原料、生產(chǎn)工藝及設備等方面對非織造土工布進行了較為全面的分析。

The construction of civil engineering provides an opportunity for geosynthetics industry, among which the nonwoven geotextiles has a huge market potential due to its good performance and unique production process. Based on the background of the newly issued Adjustment and Revitalization Planning of Textile Industry in China, this article discussed nonwoven geotextiles from development course, raw materials, production process and equipment.

年前，國務院出臺了擴大內(nèi)需的10項措施，確定了4萬億元的投資計劃，其中大部分集中在基礎設施領域?；A建設的投入對刺激內(nèi)需可起到立竿見影的作用。國務院剛剛出臺的紡織工業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃也明確提出，要促進產(chǎn)業(yè)用紡織品的應用。而產(chǎn)業(yè)用紡織品又涵蓋了高溫過濾用、醫(yī)衛(wèi)防護用、土工布及合成材料、特殊裝飾用、農(nóng)業(yè)用、高性能紡織復合骨架材料、交通運輸用、建筑用等20多個工業(yè)領域。土建材料行業(yè)將率先受惠，鐵路、公路、港口、水利設施的建設除用到大量的水泥、鋼材外，還必須用到土工布。由于土工合成材料能起到反濾、防滲、排水、隔離、加筋、防護等多種功能，有很強的抗埋、耐腐等作用，且全面均勻同步承受外力，分布應力，適合軟土加固。而非織造布反濾層、機織布加筋砂墊層、土工網(wǎng)碎石墊層等土工合成材料可用于加固土體，防止山體滑坡、塌方、滲水，抵遇特大臺風、暴雨和山洪等自然災害。

土工布是應用于土木工程中的紡織品。狹義的土工布是指土木工程中與土木技術材料一起使用的可滲透的紡織品，而將不可滲透的紡織品稱為土工膜，土工膜一般由紡織品涂上瀝青或其它涂層得到。廣義上將可滲透的土工布和不可滲透的土工膜統(tǒng)稱為土工布。美國材料試驗學會（ASTM）將土工布定義為：“一切和地基、土壤、巖石、泥土或任何其它土建材料一起使用，并作為人造工程、結構、系統(tǒng)的組成部分的紡織品，叫做土工布?！蓖凉げ际且环N新型建筑材料，在鐵路、公路、水利、電力、冶金、礦山、建筑、軍工、海港、農(nóng)業(yè)等領域中的推廣應用，具有排水、過濾、隔離、加固、保護、防滲、防漏等作用。

1非織造土工布的發(fā)展概況及市場形勢

1.1應用歷程

在工業(yè)國家，土工布的應用已經(jīng)有半個多世紀的歷史。1926年，美國的工程人員開始將棉織物用于人行道的加固中?，F(xiàn)在，各種根據(jù)用戶需求生產(chǎn)的產(chǎn)品應用于多個領域，其原料涵蓋人造纖維和天然纖維。

土工布在應用初期主要采用的還是機織和編織類土工布。隨著非織造布技術的不斷發(fā)展，由于其獨特結構和優(yōu)良特性，因此在工程領域得以迅速發(fā)展和擴展應用。

非織造布應用于土工領域源于20世紀50年代前后的歐美國家，隨著成功應用，在60年代逐步推廣到世界各地，并自70年代后獲得越來越快的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，到90年代初，世界土工布的用量已達5億m²以上，其中以短纖針刺非織造布為主體的非織造土工布約占土工布總量的50%。而進入21世紀以來，世界土工布用量已超過了15億m²，非織造土工布占全部土工布的比例達到70%左右。以長絲為特征的紡粘法非織造土工布應用比例有了很大增長。

由于國外在土工布的理論研究、測試技術、設計準則、施工方法等方面都比較完善，因而工程應用較為廣泛普及。相比而言，國外土工布產(chǎn)品的類型、品種較多，規(guī)格齊全，非織造型、復合型所占比例較大，而非織造型則以紡粘滌綸長絲產(chǎn)品為主，其中薄型非織造布主要用作復合產(chǎn)品，厚型非織造布主要用作濾層材料，復合型產(chǎn)品主要用作加筋材料和防滲材料。目前，非織造土工布已經(jīng)在歐美等國的許多大型水利工程中得到了應用。據(jù)預測，在非織造土工布中，紡粘法生產(chǎn)的土工布將由50%逐漸增至75%。

1.2我國的發(fā)展情況

土工布在我國的應用起步較晚。在發(fā)展初期，國內(nèi)對應用土工合成材料的必要性認識不足，且沒有相關的法律法規(guī)約束。近年來雖然在認識上有了很大提高，土工合成材料也得到了普及應用，但在個別工程上仍然存在著“該用而未用”和“重價輕質(zhì)”的現(xiàn)象。

20世紀60年代中期，我國開始將機織土工布應用于河道及涵閘工程。直到80年代初，非織造布才開始在鐵路和水利工程中得以試用，但產(chǎn)品種類較少且質(zhì)量不高。截至1986年，我國對土工布的生產(chǎn)和應用尚不足100萬m²，而且超過70%都是采用機織和編織類土工布，非織造土工布的比例還不足30%。但在此后的10年中，我國對土工布的認識逐步增強，因此其生產(chǎn)和應用也有了較快發(fā)展。尤其是進入90年代后，隨著我國改革開放的步伐加快，基礎設施建設的力度加大，在工程建設上不斷加大了對土工布，尤其是非織造土工布的應用，它們在各項工程中發(fā)揮了重要作用。其最主要的用途包括水利工程、江河湖海治理、公路和鐵路建設、水渠與垃圾填埋場防滲等工程。到90年代中后期，我國非織造布行業(yè)不僅建立起了不少短纖針刺土工布專業(yè)生產(chǎn)廠，而且紡粘法非織造土工布的生產(chǎn)也已引入并逐步成熟。

據(jù)估計，到目前為止，我國土工布的用量已超過2.5億m²，其中非織造土工布的比重約占總量的60%。我國目前生產(chǎn)非織造土工布的主要工藝手段是梳理成網(wǎng)針刺法和紡粘針刺法，也有一些特殊用途的產(chǎn)品采用了短纖和紡粘熱軋法材料（如用于排水板的非織造布）。其中仍以4.5～6m以上的梳理成網(wǎng)針刺非織造布為主，據(jù)統(tǒng)計，我國2007年的針刺土工布產(chǎn)量已達6.4萬t，但紡粘針刺法非織造布的應用比例也在逐步增高。

1.3市場形勢

在全球土工布的市場中，北美市場處于穩(wěn)定狀態(tài)，西歐與北美的情況相似，但東歐的需求量增長很快，中東也處于良好的增長態(tài)勢。土工布在遠東、印度和巴基斯坦有著巨大的市場潛力。

受全球金融危機的影響，一些國家和地區(qū)的民用工程建設增速放緩，但也有一些新興的國家和地區(qū)表現(xiàn)出積極上升的態(tài)勢。在亞洲地區(qū)，特別是中國和印度，大量的基礎建設項目為土工合成材料生產(chǎn)商提供了絕佳的機會。

2非織造土工布的種類及特點

與織造土工布相比，非織造土工布的強度相對較低，但生產(chǎn)效率較高，且價格較便宜，性能良好，特別是易加工成寬幅制品，并且通過處理可制成各種土工合成材料，因此發(fā)展迅猛。按成網(wǎng)和固著方法的不同，一般可將其分成紡粘土工布、短纖針刺土工布以及熱熔粘合土工布等三大類。

2.1紡粘土工布

長絲紡粘技術是非織造技術中發(fā)展最為迅速的一種工藝，在土工布領域中也是如此。

該工藝的主要流程為：將聚合物的粒子或粉末熔融，然后喂入擠壓機紡成連續(xù)的長絲束，并且不規(guī)則地鋪放在傳送帶上形成纖網(wǎng)，在長絲還未完全凝固時，用熱壓羅拉加壓，或用粘合劑粘合，或用針刺法加固，形成連續(xù)均勻的土工布。這種方法工藝簡單，產(chǎn)量高，成本低，價格便宜。由于是將長絲鋪設成網(wǎng)，因此這類非織造布的強力高、伸長率好，不易被頂破、撕裂。

紡粘土工布具有一系列優(yōu)點，包括：

（1）各項力學性能十分優(yōu)異。國內(nèi)一些測試表明，其抗張強度是同等克重短纖針刺土工布的1.5～1.9倍。國外的一些資料則表明其相差倍數(shù)更大。此外，撕裂和頂破等強度、蠕變性能亦明顯優(yōu)于短纖針刺土工布；

（2）水力學性能大體和短纖針刺土工布相當，滲透系數(shù)與短纖針刺土工布為同一數(shù)量級。只要使用得當，一段時間后其滲透系數(shù)大體能達到穩(wěn)定，土粒不再隨水流流失；

（3）紡絲速度高，單機產(chǎn)量遠高于短纖針刺設備。

2.2短纖針刺土工布

針刺非織造布被應用于路基加固始于1960年，目前，該類產(chǎn)品是應用最廣泛的非織造土工布之一。

纖維經(jīng)過開松混合、梳理（或氣流）成網(wǎng)、鋪網(wǎng)、牽伸及針刺固結后形成成品，針刺形成的纏結強度足以滿足鋪放時的抗張應力，不會造成撕裂和頂破。其特點是厚度大、密度高、結構蓬松，吸水和透水性能好，抗形變能力強，其滲透系數(shù)與沙粒濾料相當，但鋪起來更方便，價格較實惠，因此用作反濾材料尤為合適。此外，還具有一定的增強和隔離功能，也可以和其它土工合成材料復合，具防護等多種功能。

由于非織造土工布具有反濾和排水的特點，因此在水力學性能方面要特別予以重視，包括有效孔徑和滲透系數(shù)。要利用非織造布多孔的性質(zhì)，使孔隙分布有利于截留細小顆粒泥土又不至于淤堵，這必須結合工程的具體要求，予以滿足。與紡粘法相比，針刺法工藝流程稍長，生產(chǎn)速度受針刺速度限制，成本稍高。原材料以滌綸短纖為主，其次是丙綸與維綸。

短纖針刺土工布加工技術具有以下幾個特點：

（1）適應性強，比較機動靈活：同一加工設備可以加工不同的原料品種，如丙綸、滌綸、錦綸、聚乙烯纖維，改變品種十分方便，改變纖維的規(guī)格也比較容易。

（2）技術易掌握：生產(chǎn)設備與傳統(tǒng)紡紗設備相似，調(diào)整工藝和設備有一定的基礎，對工程上提出的要求，如強度、縱橫向強力比、各項水力學性能等都容易通過工藝調(diào)整得到滿足。

目前，我國已有一定的機械制造基礎，市場上已有國產(chǎn)寬幅設備供應，應用效果較好，且價格低廉。

2.3熱熔粘合法

由同一種合成纖維或兩種熔點不同的合成纖維，經(jīng)開松、梳理、混合、鋪網(wǎng)，通過一對加熱軋輥，使纖網(wǎng)的表層或網(wǎng)中的低熔點纖維熔融，粘合在一起形成非織造土工布，也可在纖網(wǎng)表面撒熱熔粘合劑，再經(jīng)過熱軋輥來達到纖維間的結合。

熱熔粘合法的關鍵在于熱風烘燥，由于熱風穿透纖維網(wǎng)，使纖維熔融并相互聯(lián)結在一起而形成絮片狀材料。熱粘合非織造布可以通過不同的加熱方法來實現(xiàn)。粘合方式、纖網(wǎng)種類以及梳理工藝和纖網(wǎng)結構都將影響到最終產(chǎn)品的性能和外觀質(zhì)量。

對于低熔點纖維或雙組分纖維的纖網(wǎng)，可采用熱軋粘合，也可采用熱熔粘合；對于普通熱塑性纖維及其與非熱塑性纖維混合的纖網(wǎng)，可采用熱軋粘合。

在采用成網(wǎng)工藝的情況下，熱粘合工藝對非織造布的性能有重要影響，它決定著產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

3原料及加工工藝的開發(fā)

非織造土工布的性能受纖維原料、加工工藝（紡絲成網(wǎng)／短纖維成網(wǎng)）、固結方式等很多因素的影響。為了滿足民用工程的強大需求，土工紡織品生產(chǎn)商不斷開發(fā)和引進新的加工技術，從而使土工用非織造布卷材的市場持續(xù)增長。

3.1原料的選取與搭配

土工布所用原料不僅要考慮其所處使用環(huán)境對其物理化學性能的要求，而且要注意產(chǎn)品成本。

對土工布纖維原料的選用要結合實際情況加以選擇，其中合成纖維因強度大、耐腐蝕、抗老化性、耐氣候性等比天然纖維優(yōu)越，因此在應用條件嚴格的土木工程領域得到了廣泛的應用和發(fā)展。

丙綸與滌綸是應用最普遍的兩種材料。滌綸具有優(yōu)良的韌度和蠕變特性，而且在某些重要的強化應用上很受歡迎，且越來越多的再生滌綸產(chǎn)品被應用于這一領域。

目前我國國內(nèi)廠家普遍采用滌綸、丙綸及為數(shù)不多的錦綸為原料，也有適當采用天然纖維（如麻纖維）的。國內(nèi)大多數(shù)使用者認為，滌綸更適宜作為土工布的原料，因為滌綸的各項性能優(yōu)良，尤其在抗紫外線、抗老化性能上能夠滿足工程要求，但長期與堿性物質(zhì)如石灰、水泥、混凝土、堿性土壤等接觸，強力會受損失，其抗水解性能亦較差，在使用時應予以注意。

丙綸具有優(yōu)良的耐酸耐堿性，且耐腐蝕、耐霉變，不易受細菌侵蝕；同時且有較好的芯吸效應，對水的滲透性能好，其機械性能亦十分優(yōu)良。但其耐老化和抗紫外性能較差使其應用受到一定限制。實際上，作為工程材料，土工布大多應用于地下或水中，因此其老化現(xiàn)象并不突出。

錦綸和維綸耐堿性好，但耐酸性較差。錦綸土工布不宜用于pH<5的土壤中，否則不耐久，維綸則耐海水侵蝕，適用于海岸工程。

因此，對選擇何種原料作為土工布的材料，應綜合考慮、全面兼顧，充分利用原料的各項性能和特點，選擇最適宜工程場合使用的原料。

從國外土工布產(chǎn)品的原料來看，除滌綸、丙綸外，還采用聚乙烯纖維、黃麻及其它特種纖維，因此生產(chǎn)商在土工布的功能開發(fā)中，應當考慮產(chǎn)品用途的要求，根據(jù)產(chǎn)品使用性能來進行纖維原料的選取和搭配。不過，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可以適當配入一些廉價纖維原料，以降低成本。

黃紅麻纖維作為一種天然纖維資源具有很多優(yōu)點，這些優(yōu)點使其特別適用于土工布。其特點包括：（1）較高的強力，對土壤具備一定的增強保護作用；（2）纖維粗硬，適于加工粗厚土工布；（3）極好的吸水性（可以吸收高達自身質(zhì)量5倍的水分）；（4）對環(huán)境無害（燃燒不產(chǎn)生有毒氣體，且可生物降解）；（5）價格低廉等。

此外，鑒于一些特殊用途（如植被保護），PLA纖維等一些可生物降解纖維也進入土工紡織品的原料領域，如比利時DSTechnicalNonwoven公司向市場推出的生態(tài)纖維網(wǎng)材Hortaflex由PLA纖維IngeoTM制成、Propex公司開發(fā)的針刺非織造布Lodloc侵蝕控制氈由秸稈、椰殼纖維、丙綸長絲等制成。

3.2工藝和設備的改進與創(chuàng)新

目前，基礎建筑都是通過國際招標方式，由知名的建筑師或承包商負責，這些工程將大量地使用土工布。隨著新標準的出臺，生產(chǎn)商將不得不設法改進他們的設備以適應最新的技術要求。

根據(jù)土工布生產(chǎn)者的實際經(jīng)驗，使用精確的加工方法，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的非織造土工布，且產(chǎn)品的機械性能和水壓參數(shù)符合要求。按照不同的應用可以使用不同的生產(chǎn)方法，主要在于不同的固結方式。用于土工布的非織造布由短纖和長絲（連續(xù)長絲、紡粘長絲）構成。根據(jù)固結方式，可進一步分為以下幾種：

（1）采用機械固結的短纖維網(wǎng)或紡絲網(wǎng)（針刺固結或水刺固結）；（2）通過在非織造布中注入分散的粘合劑進行粘合劑固結或熱熔固結（與機械固結相比，在纖維的交叉點上會形成硬點）；（3）對非織造布進行熱定形（所用纖維為標準PP或標準PET）；（4）熱粘合纖維網(wǎng)需將PET或PP與熔融纖維混合，熔融纖維在這里起到粘合劑的作用，或使用雙組分纖維。

短纖維網(wǎng)和紡絲網(wǎng)本質(zhì)的區(qū)別在于紡絲形成的纖網(wǎng)各向同性好，也就是說，紡絲網(wǎng)在長度方向和橫向具有相等的強力值，其性能不依賴于產(chǎn)品的方向。在梳理機和交叉鋪網(wǎng)機上形成的纖維網(wǎng)達不到這種各向同性，因此需要用牽伸機或針刺機使纖維從橫向到縱向重新排列。相反地，氣流形成的纖維網(wǎng)更需要使纖維從縱向到橫向重新排列。

3.2.1針刺固結

傳統(tǒng)非織造土工布生產(chǎn)線的配置通常包括成網(wǎng)系統(tǒng)和針刺機，一條具有代表性的生產(chǎn)線包括一臺梳理機、交叉鋪網(wǎng)機和幾臺裝在高速針刺機上的牽伸裝置，加熱粘合設備則置于針刺機之后。在整個生產(chǎn)工藝中，牽伸工藝不僅對獲得必要的拉伸強力很重要，而且能提高生產(chǎn)線的產(chǎn)量。

多年來，Dilo（迪羅）集團已成功向土工紡織品行業(yè)提供了多條完整的生產(chǎn)線，包括用于回收氈邊布料的開松機及混合機。所用纖維一般為同類別和同規(guī)格（長度和纖度）。

通用型高產(chǎn)梳理機要求有3m的工作幅寬，緊隨其后的是現(xiàn)代化的高速交叉鋪網(wǎng)設備，包括纖網(wǎng)拉伸以及“ProfilineCV1”纖網(wǎng)控制裝置，這種閉路控制系統(tǒng)能使纖網(wǎng)在經(jīng)過多次的針刺和牽伸后仍然具有較高的橫向均勻度，從而節(jié)省原料。

ProfilineCV1型纖網(wǎng)控制裝置位于交叉鋪網(wǎng)機的喂入側。為了補償在針刺加工時氈布邊緣變厚，它能在鋪網(wǎng)時正確地減輕纖網(wǎng)對應區(qū)域的克重。最新開發(fā)的ProximaxUnit是一種用于重量勻整的X射線掃描系統(tǒng)，可用于控制ProfilineCV1。作為閉路控制系統(tǒng)的一部分，Dilo集團的Hyperlayer高速鋪網(wǎng)機的精密鋪網(wǎng)過程結合ProximaxUnit可使產(chǎn)品的縱橫向擁有高精密的克重分布，這種自動控制和纖網(wǎng)成形方式為節(jié)省纖維提供了很大空間。

一般情況下，土工紡織品在通過牽伸后會從正反兩面單獨進行比較密集的針刺，或是雙面對刺以使纖維的纏結更均勻。當傳統(tǒng)針刺方式的每一沖程的步進量有限時，可使用橢圓形針刺方式。

橢圓形針刺軌跡的運動學定義為垂直運動和水平往復運動組合成二維針刺軌跡。Dilo集團的Hyperpunch橢圓針刺技術可獲得高質(zhì)量的預針刺加工和高速度的主針刺加工。水平往復運動使刺針在刺入氈布期間，刺針與氈布一同行進，從而使纖網(wǎng)獲得較低的縱向牽伸和橫向收縮。這種針刺方法使纖網(wǎng)尺寸的變化小，因此有助于保持纖網(wǎng)的原有結構，它也可采用高步進量以獲得較高的生產(chǎn)速度。

新的EPMC（橢圓形相位運動控制）Hyperpunch應用了運動學原理，它采用水平驅動軸與用于針梁垂直運動的反向運轉主軸之間的相位調(diào)節(jié)。與常規(guī)的DI－LOOMHV相比可節(jié)省一個驅動發(fā)動機，通過機械離合器或電氣控制方法來調(diào)節(jié)主軸與水平驅動之間的相位，這種相位調(diào)節(jié)控制了與刺針在纖網(wǎng)中停留相關的針梁水平運動的起始。因此，針梁的水平運動可變?yōu)槠渥畲髣映痰?0%，這主要取決于針刺深度和剝網(wǎng)板間距（停留時間）。EPMCHyperpunch也可進行高速的主針刺，是一種用于預針刺和主針刺的經(jīng)濟型橢圓形軌跡針刺技術。

OerlikonNeumag（歐瑞康紐馬格）公司的NL9/SRS針刺設備也有2個針區(qū)，可進行正、反兩面對刺，可用于合成革、地毯、毛毯、土工布和涂層基布的生產(chǎn)。NL2000/SRS既具有NL9/SRS的優(yōu)點，又具有NL2000/S設備的性能優(yōu)點，因此針頻更高，針刺密度更大，因而產(chǎn)能也更大。同時對纖維的意外牽伸較低，纖網(wǎng)收縮較小。同Dilo集團的橢圓針刺技術相似，OerlikonNeumag公司用于預刺的MMD橢圓軌跡針刺技術的基本原理也是垂直和水平運動同步，從而形成橢圓型針刺軌跡。由于針刺期間不阻止纖網(wǎng)的運行，從而大大提高了纖網(wǎng)質(zhì)量。采用這一技術，對纖維的牽伸大大降低，最低可降為零牽伸，因此產(chǎn)品的均勻度能達到最高。

土工布生產(chǎn)線一直是NSCNonwovens公司非?；钴S的一部分。該公司將ProDyn技術應用在AsselinActive交叉鋪網(wǎng)機的產(chǎn)品上，通過一種系統(tǒng)的方式改變梳理機道夫數(shù)量和交叉鋪網(wǎng)輸入速度，在粗梳回絲中的不同點創(chuàng)造出所需要的成網(wǎng)重量，產(chǎn)品的變異系數(shù)僅為1%。此技術較適于生產(chǎn)克重在40g/m2或以上的面料，并能使用X射線掃描測量生產(chǎn)線的產(chǎn)量，然后用這種閉路循環(huán)系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化纖維量配給和產(chǎn)品的基本質(zhì)量。此外，該公司還推出了ProDyn系統(tǒng)的兩個創(chuàng)新產(chǎn)品，即Iso–ProDyn和BattCruise交叉鋪網(wǎng)系統(tǒng)。這兩個子系統(tǒng)可以始終如一地指引纖維的分配，從而使生產(chǎn)出的面料無論是中心還是邊緣品質(zhì)都非常均勻。該系統(tǒng)能夠校正和降低控制過程中的缺陷，尤其適合應用在自動成型、土工布加工或獨立拉伸加工過程中。

針對全球干法非織造布生產(chǎn)線的投資進一步增加，特別是市場對于土工布、過濾材料以及汽車用品等的需求旺盛，NSCNonwovens開發(fā)了Axcess非織造生產(chǎn)線。該系列設備主要針對中等產(chǎn)能市場，但仍然保持了高產(chǎn)能Excelle設備的質(zhì)量標準，Axcess為客戶提供另一種解決方案，用以代替高產(chǎn)能Excelle非織造設備，通過較低投資和適中的產(chǎn)能生產(chǎn)干法非織造布，以滿足終端客戶的發(fā)展需求。

3.2.2水刺固結

通常情況下，在高速生產(chǎn)時，針刺工藝使非織造布達到的強力是有限的，因為在纖網(wǎng)向前喂入時，針刺機對纖網(wǎng)的MD/CD值具有消極影響，這表現(xiàn)為形成無規(guī)律的纖網(wǎng)結構，特別是當纖網(wǎng)的克重較低時。

此外，用針刺固結時，斷裂的刺針可能會留在纖網(wǎng)里面。當這樣的土工布用于垃圾填埋時，將會引起難以預料的后果，而水刺固結則避免了這種情況。一般情況下，纖網(wǎng)經(jīng)水刺固結后的強力要比采用針刺固結高，這就意味著采用水刺固結方法可以生產(chǎn)拉伸強力相同而質(zhì)量較輕的材料，從而可以節(jié)省大量的纖維或聚合物。在水刺生產(chǎn)線中，纖網(wǎng)在水刺機后面的烘干機中的烘干和熱定形同時進行。

多年來，德國Fleissner（福來司拿）公司開發(fā)的AquaJet生產(chǎn)線一直被用于厚型紡粘非織造布的水刺固結，該系統(tǒng)的生產(chǎn)速度比傳統(tǒng)的機械針刺工藝更高，達600m/min，且加工后的產(chǎn)品表面非常光滑，主要應用于土工布和頂氈。

3.2.3熱粘合與熱定形

過去，成網(wǎng)部分可被設計成PET或PP短纖維成網(wǎng)或PET或PP聚合物紡絲成網(wǎng)。但是，現(xiàn)代的高性能土工布要求更自由地改變影響質(zhì)量的參數(shù)，而熱定形工藝的缺乏將影響其性能，一些生產(chǎn)線在熱粘合或熱定形后甚至還配有熱空氣整理設備。

事實證明，僅僅提高針刺密度對非織造布拉伸強力的增加并無多大作用，相反，針刺密度過高卻容易破壞纖維，降低材料的拉伸性能。而通過熱風粘合或熱定形卻可以增加材料的拉伸強力和尺寸穩(wěn)定性，同時提高產(chǎn)品質(zhì)量并降低后整理成本。加工時，可將滌綸或丙綸纖網(wǎng)進行熱定形，也可將滌綸或丙綸與一定比例的熔融纖維復合或加入雙組分纖維進行熔融粘合。

土工布的熱處理有多種工藝，如在穿孔轉鼓上用熱空氣進行熱粘合／熱定形，在水平的拉幅機上使用熱空氣進行熱定形／熱粘合，在軋光機上將經(jīng)過針刺的短纖或長絲網(wǎng)通過壓力和熱進行固結；紅外輻射熱定形／熱粘合等。在實際應用中，主要通過穿孔轉鼓（用氣流穿過）或拉幅機（用空氣噴射）來進行熱粘合。

Fleissner公司開發(fā)的穿孔轉鼓熱定形工藝基于一種穿流原理。穿流原理是良好透氣性和吸濕性的基礎，同時也是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)非織造布的保證。與傳統(tǒng)的拉幅機相比，該工藝能從材料中自動回收熱量并對補充的新鮮空氣進行預熱，對于厚型的土工材料能進行全面均勻的粘合，且耗能少，占用空間小。其優(yōu)點包括：

（1）可獲得更高的纖網(wǎng)強力，這使其在同等強力要求下可生產(chǎn)更薄的纖網(wǎng)，同時也意味著可節(jié)省纖維用量并降低生產(chǎn)成本；（2）提高了纖網(wǎng)的尺寸穩(wěn)定性；（3）提高了產(chǎn)品的變形系數(shù)并改善其蠕變性能；（4）減小了纖網(wǎng)厚度從而相應地降低運輸成本（每卷布更長）。

Fleissner公司的穿孔轉鼓烘干機的最大優(yōu)點在于穿流轉鼓和風扇直接裝配在1個烘房里，這樣有利于氣流的有效流動。其基本設計原理即為穿孔轉鼓和大半徑的風扇直接組合。風扇將空氣從轉鼓中抽吸出來，然后空氣通過風扇的散熱器再回到轉鼓的表面。在轉鼓表面產(chǎn)生的抽吸作用可以使材料吸附在轉鼓的表面，同時使空氣穿過材料。

對于纖網(wǎng)寬度的控制，為避免纖網(wǎng)在熱定形或熱粘合時收縮，纖網(wǎng)在繞轉鼓運動時被環(huán)形針握持住，有人工調(diào)節(jié)環(huán)形針和電機帶動環(huán)形針兩種方式。

有著200多年軋光輥生產(chǎn)歷史的英國RichardHoughLimited（RHL）公司開發(fā)的高性能聚酰胺紡織軋光輥套—SyncastTM輥套適用于絕大多數(shù)紡織軋光工藝，包括天然纖維和合成纖維機織物和針織物及非織造布的軋光整理。

SyncastTM輥用于改造現(xiàn)有的土工用非織造布軋光機。初步使用結果表明，這種軋輥有效地避免了由于軋輥表面痕引起的軋輥邊痕和纖網(wǎng)缺陷，這意味著將大幅度降低次品率和節(jié)約生產(chǎn)成本。

SyncastTM是一種專為紡織軋光輥開發(fā)的具有獨特彈性的熱塑型聚合物。SyncastTM輥套是以2000r/min的高速度離心澆鑄的，可消除輥套的所有氣泡和雜質(zhì)。由于SyncastTM是以低于聚合物熔點的溫度澆鑄的，因此降低了內(nèi)部應力。合適的分子鏈長度使SyncastTM具有良好的彈性和壓痕恢復性，形變小。SyncastTM輥套經(jīng)過完全退火和超聲波檢查，確保最佳質(zhì)量和性能。采用工業(yè)最大離心澆鑄能力可加工工作幅寬超過7m、直徑1.25m的輥套。

4結語

綜上所述，土工合成材料在世界范圍內(nèi)有著良好的發(fā)展前景，而非織造土工布則越來越起著主導作用。我國非織造土工布的應用潛力巨大，隨著我國土工合成材料的生產(chǎn)和供求的不斷規(guī)范，標準和法規(guī)的不斷完善，相信我國非織造土工布也會得到更顯著的發(fā)展和應用。到2010年，預計我國各類土工合成材料的消費量可達4億～5億m²，而非織造土工布將占其總量的70%。

目前，我國的土工布仍然存在著產(chǎn)品品種單一和供應不配套的問題，一些特殊的專用材料缺乏研究和生產(chǎn)。在重點工程中，由于品種短缺或質(zhì)量不過關，尚需從國外進口大量的優(yōu)質(zhì)土工布。

土工紡織品的終端應用要求整個產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部的完美配合。目前，纖維原料生產(chǎn)商與土工紡織品生產(chǎn)商之間平行而獨立的加工模式，使質(zhì)量和利潤的發(fā)展受到很大限制。聯(lián)動生產(chǎn)（從原料、設備到最終產(chǎn)品）將為這一行業(yè)帶來完整的解決方案。土工合成材料涉及建筑、水利、紡織等多個領域，各行業(yè)之間應保持經(jīng)常性的信息溝通，加大土工合成產(chǎn)品協(xié)作開發(fā)的力度，使產(chǎn)品的設計與開發(fā)為不同的行業(yè)、不同的工程條件服務。同時，非織造土工布生產(chǎn)商應進一步拓展交鑰匙工程的開發(fā)，通過與上游企業(yè)的合作為下游采購企業(yè)提供相應的配套材料，以使產(chǎn)品更好地應用于工程中。

參考文獻

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《土工合成材料長絲紡粘針刺非織造土工布》新國標發(fā)布實施

中華人民共和國國家標準批準發(fā)布公告2008年第12號（總第125號），批準《土工合成材料長絲紡粘針刺非織造土工布》等4個國標于2009年6月1日實施。具體如表1所示。