多層針刺復合非織造土工布的性能測試

賈 芳,張得昆

(西安工程大學 紡織與材料學院,陜西 西安 710048)

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多層針刺復合非織造土工布的性能測試

賈 芳,張得昆

(西安工程大學 紡織與材料學院,陜西 西安 710048)

研究多層針刺復合非織造土工布與一次性單層非織造土工布各種力學性能的不同．以滌綸為原料,利用針刺非織造生產(chǎn)方法,設計相同的針刺密度，生產(chǎn)面密度分別為70，140，210，280，350g/m2的單層非織造土工布;以70g/m2針刺非織造布為基礎,加工面密度分別為140，210，280，350g/m2的復合非織造土工布．測試兩類非織造土工布力學性能．結果表明，與同規(guī)格的單層針刺土工布相比,多層針刺復合土工布的縱橫向撕破強力、縱橫向拉伸斷裂強力均高于一次性針刺形成的單層土工布，特別是頂破強力.在不同的面密度下,相同針刺密度的多層復合型土工布高于單層針刺土工布,隨著層數(shù)的增加差異明顯并且呈多項式函數(shù)關系.通過多層針刺復合的形式可以提高針刺土工布的力學性能．

針刺土工布；多層復合；頂破強力

0 引 言

刺破現(xiàn)象普遍存在于工業(yè)建筑、紡織服裝等領域,例如土工布被石子刺破,工業(yè)石油管道被尖銳物體刺破[1]．當前,中國經(jīng)濟已進入快速發(fā)展階段,各種工程的修復以及新的巨大工程建設都增加了對土工布的需求,也對土工布的性能提出更高的要求.非織造土工布因其具有生產(chǎn)流程短，效率高的特點，在建筑行業(yè)受到重視[2]．相關研究人員也對非織造土工布的各項性能進行了一系列的研究工作．魏群等研究非織造土工布力學性能[3];姜寧等研究了非織造土工布破裂強力的測試方法,得出可以用于測試非織造土工布頂破強力的方法[4];錢競芳研究試樣層數(shù)對針刺非織造土工布滲透性能的影響,得出不同層數(shù)對針刺非織造土工布滲透能力的影響[5];李素英等研究了土工布的力學性能,得出影響土工布力學性能的相關因素[6]．國外的許多學者也對土工布的性能做了研究,Tapir hashed等通過數(shù)學建模對針刺土工布進行設計及性能研究[7];Morteza vadood等則使用電腦模擬技術分析了3種土工布的淤堵特性,為研究土工布特性提供新的思路[8]．在紡織服用方面，文獻[10]研究了碳纖維布層的復合材料在濕熱情況下對力學性能的影響，文獻[11]對于服用的多層織物的顯熱性能進行了研究.針對土工布以及非織造材料的復合性能研究雖多,但是關于層數(shù)對于性能的影響方面較少,對于非織造土工布的破裂研究更少,這是復合材料研究的新內(nèi)容,新方向．織物抗刺破性能的研究還可為工程設計提供指標,也是進一步研究材料性能和開發(fā)新產(chǎn)品的依據(jù)[9]．為了對多層土工布力學性能進行研究,本文設計和加工了9種單層和多層針刺復合土工布,測試其各項性能,并將一次性針刺形成的單層針刺土工布與多層針刺復合土工布的性能進行比較.

1 實 驗

1.1 實驗方案

樣品制作采用梳理針刺工藝流程,分別生產(chǎn)單層和多層復合型的針刺非織造土工布．其中,生產(chǎn)面密度分別為70，140，240，280，350g/m2的單層針刺土工布．多層復合非織造布則以70g/m2的單層針刺土工布為基礎進行兩層、三層、四層、五層的復合,得到面密度分別為140，210，280，350g/m2的多層復合非織造土工布．最終得到的單層和多層復合土工布的面密度分別是140，210，280，350g/m2,總針刺密度都為300刺/cm2．

1.2 原料選取

滌綸纖維具有強度高,彈性好,耐磨性好的特點,是土工布常用的原料,故本文選取的纖維原料為常規(guī)滌綸(細度6D,長度61mm)．

1.3 樣品加工工藝

樣品加工工藝流程:纖維開松→喂入→梳理→鋪網(wǎng)→針刺．加工設備為WL-GP-B-800型梳理機,WL-GZ-A-800型鋪網(wǎng)機和WL-GZ-B-800型針刺機,在樣品的加工過程中要特別注意纖維的開松和均勻喂入,這是保證加工來的樣品均勻性好的基礎．經(jīng)過梳理及鋪網(wǎng)工藝生產(chǎn)出一定厚度的纖維網(wǎng),用針刺法進行加固.為了進行對比分析，先加工面密度為70，140，210，280，350g/m2的單層針刺非織造土工布,其中面密度為70g/m2的樣品針刺密度為100刺/cm2,作為多層復合土工布的基材,其余單層土工布針刺密度均為300刺/cm2．然后利用面密度為70g/m2、針刺密度為100刺/cm2的單層土工布分別以2，3，4，5層進行針刺復合,復合后的樣品面密度分別為140，210，280，350g/m2,總的針刺密度為300刺/cm2．

2 性能測試與結果分析

2.1 面密度

采用GB/T24218.1—2009《紡織品 非織造布實驗方法第一部分:單位面積質(zhì)量的測定》進行測試．試樣大小30cm×30cm,每組測5塊并計算其面密度及平均值．單層針刺非織造土工布樣品的定量測試值見表1,多層復合土工布樣品的面密度測試值見表2．

從表1，2可以看出,實際面密度與設計面密度相對比雖然有一定誤差,但誤差都很小,說明樣品制作的工藝參數(shù)比較合理,樣品的面密度可以滿足本課題的需要．

表 1 單層針刺非織造土工布的面密度Table 1 Quantitative units of needle-punched nonwoven geotextile (g·m-2)

表 2 多層復合型針刺非織造土工布的面密度Table 2 Quantitative units of multilayer composite needlepunched nonwoven geotextile (g·m-2)

2.2 厚度

采用GB/T 24218—2009《紡織品 非織造布測試方法 第二部分:厚度的測定》,利用YG(B)141D數(shù)字織物厚度儀,先將樣品在GB 6529規(guī)定的標準大氣下調(diào)濕,并進行實驗,壓腳面積為2 500mm2,取9種不同面密度的試樣進行測試.單層針刺非織造土工布及多層復合針刺非織造土工布厚度的測試結果見表3，4.

表 3 單層針刺非織造土工布的厚度Table 3 The thickness of single-layer needle-punched nonwoven geotextile mm

表 4 多層復合針刺非織造土工布的厚度Table 4 The thickness of the multilayer composite needle-punched nonwoven geotextile mm

從表3,4可以看出,在相同針刺密度下隨著面密度的增加土工布的厚度有著明顯的增加,在相同面密度和相同的針刺密度下,除2層復合土工布外,其它多層復合土工布的厚度都要略小于單層針刺土工布,這是因為相對于單層針刺土工布來說,多層復合針刺土工布的厚度均勻性及面密度均勻性更好,因此,測試出來厚度值有可能比單層針刺土工布要略微小些.70g/m2，140g/m2的針刺密度相差比較大,70g/m2的產(chǎn)品雖然面密度低,但由于針刺密度小得多,所以產(chǎn)品更蓬松,所測的厚度較高．

2.3 撕破性能

采用GB/T13763《土工布梯形法撕破強力試驗方法》，利用YG026D-1000型電子強力機,將試樣剪成上底、下底、高分別為25mm，100mm，75mm的梯形．測試前先將樣品置于規(guī)定的標準大氣下調(diào)濕,并進行測試,其測試數(shù)據(jù)見表5，6所示．

表 5 單層針刺非織造土工布的撕破強力Table 5 Tearing strength of single acupuncture nonwoven geotextile N

表 6 多層復合型針刺非織造土工布的撕破強力Table 6 Tearing strength of multilayer composite needle-punched nonwoven geotextile N

從表5，6可以看出,對于兩種非織造布來說,隨著面密度的增加撕破強力逐漸增加,這是因為在其他條件相同的情況下隨著面密度的增加試樣橫截面內(nèi)纖維數(shù)量增加,撕破強力也就越大．無論是單層土工布還是復合型土工布縱向撕破強力均大于橫向撕破強力,這是由梳理成網(wǎng)和交叉鋪網(wǎng)形成的纖維網(wǎng)特性所決定的．在相同面密度條件下,無論是縱向還是橫向多層復合型針刺土工布的撕破強力均大于單層針刺土工布, 這是因為多層針刺復合非織造布是由單層復合而成的,單層針刺土工布的面密度、厚度等相對更不均勻,測試撕破強力時容易從薄弱環(huán)節(jié)斷裂,因此,多層復合型針刺土工布的撕破強力更高．

2.4 拉伸性能

采用GB/T 24218.3—2010《非織造布斷裂強力及斷裂伸長率的測定(樣條法)》進行測試,采用UTM4304電子萬能試驗機,試樣大小50mm×200mm,縱橫向各測5塊．兩類樣品拉伸性能測試數(shù)據(jù)見表7，8.

表 7 單層針刺非織造土工布的拉伸性能Table 7 Tensile properties of single needle-punched nonwoven geotextile N

表 8 多層復合型針刺非織造土工布的拉伸性能Table 8 Tensile properties of multilayer composite needle- punched nonwoven geotextile N

從表7，8可以看出,無論是一次針刺而成的單層土工布還是多層復合型的非織造布,隨著面密度的增加,拉伸強力逐步提高,橫向拉伸強力都大于縱向拉伸強力,這是交叉鋪網(wǎng)針刺非織造布基本特點所決定的．與一次針刺而成的單層土工布相比,多層復合針刺土工布的拉伸強力也明顯大于單層土工布．這可能是因為一次性針刺形成的單層土工布的面密度、厚度、纖維的分布等均勻性都差于多層針刺復合非織造布,試樣拉伸時容易從薄弱的環(huán)節(jié)斷裂,因此多層復合土工布的拉伸強力相對較高．

2.5 破裂性能

破裂是指將垂直于試樣的負荷作用于一定面積，周圍固定的試樣上,直至試樣破裂的過程．它是多向受力的結果,所以破裂性能是土工布性能的一個重要指標．土工布破裂性能的測試方法主要有彈子法和液壓脹破法,文中采用彈子法進行測試,根據(jù)GB/T14800—2010《土工合成材料 靜態(tài)頂破試驗》標準,選用YG026D-100型電子強力儀進行測試．每個試樣測5次求平均值．不同面密度下2種類型非織造土工布平均頂破強力比較如圖1所示．

圖 1 兩種非織造土工布平均頂破強力比較圖Fig.1 Comparison chart of average bursting strength of two nonwoven geotextiles

從圖1可以看出,不論是一次成型非織造土工布還是復合型非織造土工布,隨著面密度的增加，兩種非織造土工布的平均頂破強力都是不斷地增加,這是因為其他條件相同的情況下隨著面密度的增加,土工布橫截面內(nèi)纖維數(shù)量增加，頂破強力也增加．在針刺密度和面密度相同的情況下復合型非織造土工布的頂破強力要遠遠大于一次針刺形成的單層土工布,且隨著復合層數(shù)的增加頂破強力的這種差異有擴大的趨勢．這是由于頂破強力對土工布面密度、厚度、纖維分布等均勻性更為敏感,多層復合型非織造土工布由于是多個單層疊加在一起復合而成的,改善了單層針刺非織造布的厚度、定量、纖維分布等方面的均勻性,使得多層針刺復合土工布的頂破強力明顯高于同規(guī)格的單層針刺土工布．

3 結 論

(1) 與同規(guī)格的單層針刺土工布相比,多層針刺復合土工布的厚度稍小于一次性針刺形成的單層土工布．

(2) 與同規(guī)格的單層針刺土工布相比,多層針刺復合土工布的縱橫向撕破強力、縱橫向拉伸斷裂強力均高于一次性針刺形成的單層土工布．特別是頂破強力,在不同的面密度下,相同針刺密度的多層復合型土工布都要明顯高于單層針刺土工布,且隨著層數(shù)的增加這種差異會更加明顯．

(3) 通過比較兩種非織造土工布的性能可以看出,多層復合型針刺土工布的機械性能優(yōu)于單層針刺土工布．因此,通過多層針刺復合的形式可以顯著提高針刺土工布的力學性能．

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編輯、校對：田莉

Testing of multilayer needle-punched composite nonwoven geotextile performance

JIA Fang,ZHANG Dekun

(School of Textile and Materials, Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048,China)

The mechanical properties of the multi-layer needle-punched composite nonwoven geotextile are explored.With polyester fiber as raw material, using the method of needle-punched nonwoven production in the same density,monolayer nonwoven geotextile of density 70g/m2, 140g/m2, 210g/m2, 280g/m2, 350g/m2are respectively produced.Then on the basis of 70g/m2needle-punched nonwovens, the density of 140g/m2, 210g/m2, 280g/m2, 350g/m2composite nonwoven geotextile are produced.The two kinds of nonwoven geotextiles mechanical properties are tested and analyzed.The results show that compared with the same specification monolayer nonwoven fabric, the layer number of these differences will be more obvious and it has polynomial function relationship.Therefore, the form of a multilayer needle-punched compound acupuncture can significantly improve the mechanical properties of nonwoven fabric.

needle-punched geotexile; multi-layer composite; bursting strength

1674-649X(2016)04-0411-05

10.13338/j.issn.1674-649x.2016.04.001

2015-12-03

陜西省功能性服裝面料重點實驗室基金資助項目(14JS038)

張得昆(1962—),男,甘肅省金昌市人,西安工程大學教授級高級工程師,研究方向為非織造材料與工程．

E-mail:dk-zhang@163.com

賈芳,張得昆.多層針刺復合非織造土工布的性能測試[J].西安工程大學學報，2016，30(4)：411-415.

JIA Fang,ZHANG Dekun.Testing of multilayer needle-punched composite nonwoven geotextile performance[J].Journal of Xi′an Polytechnic University,2016，30(4)：411-415.

TS 106.5

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