PP/ES短纖高強(qiáng)土工非織造布的制備及其抗老化性能研究

摘要： 為降低紫外線對聚丙烯（Polyethylene，PP）非織造土工布的影響，選擇ES（Ethylene-Propylene Side By Side）纖維和含有抗老化母粒的PP纖維為原料，TiO2浸軋?zhí)幚頌楹笳砉ば?，采用針刺加固和熱黏合加固技術(shù)制備了具有抗紫外老化功能的PP/ES高強(qiáng)非織造土工布。研究了抗老化工藝對PP/ES土工布力學(xué)性能和抗紫外老化性能的影響。結(jié)果表明：添加抗老化母粒和TiO2浸軋后整理的PP/ES土工布力學(xué)性能少許上升;該土工布紫外老化后的羰基吸收峰強(qiáng)度最弱，T5%僅下降4.73 ℃，縱向和橫向的斷裂強(qiáng)度保留率僅下降26.55%和26.76%，表現(xiàn)出最佳的抗紫外老化性能。

關(guān)鍵詞： PP/ES;抗老化母粒;TiO2;抗紫外老化性能;土工布;后整理

中圖分類號： TS176.5; TQ340.642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 10017003（2024）12期數(shù)0070起始頁碼09篇頁數(shù)

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2024.12期數(shù).007（篇序）

聚丙烯（Polyethylene，PP）短纖維針刺土工布是以PP短纖維為原料通過針刺加固形成的非織造土工材料，是一種具有優(yōu)異耐酸堿性能的土工布^［1-2］。與紡黏長絲土工布相比，短纖維針刺土工布的力學(xué)性能稍顯不足，難以滿足特定的工程要求^［3-4］。ES（Ethylene-Propylene Side By Side）纖維是以PP和聚乙烯（Polythene，PE）為原料生產(chǎn)出來的復(fù)合纖維，由于兩種成分的熔點(diǎn)不同，使ES纖維具備優(yōu)異的熱黏合特性。經(jīng)過再加工熱處理后，部分皮層熔融黏結(jié)，其余纖維保持纖維狀態(tài)，既保持了纖維蓬松、柔軟的特性，又不破壞纖維的結(jié)構(gòu)，具有很高的強(qiáng)度。通過在原料中添加少量ES短纖維，并在原有針刺加固的基礎(chǔ)上引入熱加固，使土工布中的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加緊密，力學(xué)性能也大幅提升^［5-6］。

PP/ES非織造土工布具有低成本、力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，但在紫外照射的條件下往往會(huì)出現(xiàn)功能喪失和強(qiáng)度大幅降低的老化現(xiàn)象，使土工布在工程應(yīng)用中受到嚴(yán)重限制^［7］。目前用于提升土工布抗紫外老化性能的方法主要分為添加抗老化劑和TiO2后整理^［8］。土工布的抗老化主要通過減少紫外線吸收和抑制光氧反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，添加抗老化劑可以在鏈引發(fā)和鏈增長發(fā)生作用，減緩光氧反應(yīng)的生成，起到抗老化的作用，并且具有適應(yīng)性強(qiáng)、保持性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)^［9-11］。TiO2是一種價(jià)格便宜、光吸收能力強(qiáng)、穩(wěn)定、無毒、生產(chǎn)工藝簡單的半導(dǎo)體材料，對紫外線有較好的屏蔽和吸收功能，通過對非織造土工布進(jìn)行浸漬后整理，能夠改善土工布的耐光氧老化性能。使用TiO2進(jìn)行浸漬后整理操作簡單、無污染，受到研究人員的廣泛青睞^［12-14］。

本文以ES纖維和添加抗老化母粒的PP纖維為原料，TiO2浸軋?zhí)幚頌楹笳砉ば?，采用針刺加固和熱加固的方法制備出力學(xué)性能優(yōu)異且抗紫外老化的非織造土工布，可用于軌道交通、凍土地帶和國防建設(shè)等具有高強(qiáng)力需求的工程領(lǐng)域。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用原料為線密度8 dtex、長度78 mm的聚丙烯纖維（PP），線密度6 dtex、長度53 mm的ES纖維和線密度8 dtex的添加抗老化母粒的聚丙烯纖維（濟(jì)南市佳新纖維有限公司），以及25 nm納米TiO2（上海麥克林生化科技股份有限公司）。

PP/ES寬幅高強(qiáng)土工布生產(chǎn)線（浩陽環(huán)境股份有限公司），熱風(fēng)烘箱（江蘇賽德機(jī)械有限公司），兩輥熱軋機(jī)（博路威機(jī)械江蘇有限公司），101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司），P-AO型軋車（萊州元茂儀器有限公司），JB90-S型電動(dòng)攪拌器（上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司），1A2003N型電子天平（常州市衡正電子儀器有限公司），YG141型織物厚度儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），Instron5969型萬能強(qiáng)力機(jī)（美國Instron公司），TSY-2型土工布有效孔徑測定儀（天津市美特斯試驗(yàn)機(jī)廠），F(xiàn)Y020型土工布垂直透水測試儀（溫州方圓儀器有限公司），ZN-P-UVA型紫外老化試驗(yàn)箱（蘇州智河環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司），Phenom XL型掃描電子顯微鏡（荷蘭Phenom-World公司），Nicolet iS50型傅里葉紅外光譜儀（賽默飛世科技有限公司），TG 209 F3 Tarsus型熱重分析儀（德國耐馳公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 PP/ES短纖非織造土工布制備

以PP短纖維和ES短纖維為原料，按照9︰1的比例進(jìn)行開松混合，梳理成網(wǎng)。經(jīng)過針刺加固（針刺密度250刺/cm2，針刺深度9 mm）制備出短纖維針刺土工布（平方米質(zhì)量200 g/m2），之后將針刺過的土工布在145 ℃的溫度下進(jìn)行熱風(fēng)加固，最后通過溫度為100 ℃的熱軋輥得到200 g/m2的PP/ES短纖非織造土工布。

針刺機(jī)主要工藝參數(shù)如表1所示。

1.2.2 PP短纖針刺土工布制備

以PP纖維為原料開松混合、梳理成網(wǎng)，通過相同針刺工藝參數(shù)條件下制備200 g/m2的PP短纖非織造土工布。

1.2.3 添加抗老化母粒的PP/ES短纖土工布制備

以添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%抗老化母粒的PP纖維和ES纖維為原料，按照1.2.1制備過程制備200 g/m2的PP/ES非織造土工布。

1.2.4 負(fù)載TiO2的PP/ES短纖土工布制備

采取浸軋工藝對1.2.1制備的PP/ES短纖非織造土工布進(jìn)行后整理，主要包括以下步驟：

1） 準(zhǔn)確稱量0.25 g、粒徑為25 nm的金紅石型納米TiO2，將其溶于49.75 g去離子水中，并在室溫下機(jī)械攪拌3 h，配制TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的納米TiO2分散液。

2） 用去離子水中對非織造土工布超聲清洗5 min，然后在室溫條件下將土工布進(jìn)行三浸三軋，帶液率控制在80%左右，其中浸泡時(shí)間3 min、軋輥壓力0.3 MPa。

3） 將土工布取出放入100 ℃的烘箱烘干，最后將其用去離子水清洗后再次烘干。

1.2.5 添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2的PP/ES短纖土工布制備

以1.2.3制備的非織造土工布為基礎(chǔ)，在1.2.4相同條件下制備添加抗老化母粒和負(fù)載TiO2的PP/ES土工布。

1.3 測試與表征

抗紫外老化性能測試：將試樣固定在老化箱的試樣架上，設(shè)定輻照度為0.76 W/m2，在黑板溫度50 ℃下暴曬5 h、黑板溫度20 ℃下冷凝1 h為一次循環(huán)。設(shè)定總循環(huán)次數(shù)為40次，分別在照射2、4、6、8、10 d后取出試樣，并對紫外照射前后的試樣性能進(jìn)行測試。非織造土工布的拉伸斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率采用萬能強(qiáng)力機(jī)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第一部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》進(jìn)行測試;非織造土工布的有效孔徑采用土工布有效孔徑測定儀按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17634—1998《土工布及其有關(guān)產(chǎn)品有效孔徑的測定濕篩法》進(jìn)行測試;非織造土工布的垂直滲透性能采用土工布垂直透水測試儀按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15789—2016《土工布及其有關(guān)產(chǎn)品無負(fù)荷時(shí)垂直滲透特性的測定》進(jìn)行測試。采用臺(tái)式掃描電子顯微鏡來對非織造土工布的表面和截面形態(tài)進(jìn)行表征;采用傅里葉變換紅外光譜儀在室溫下對紫外照射后土工布的老化情況進(jìn)行分析;采用熱重分析儀將土工布樣品在氮?dú)猸h(huán)境下以10 ℃/min的升溫速率從室溫加熱到800 ℃，對紫外老化前后的非織造土工布進(jìn)行表征。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗老化工藝對土工布拉伸力學(xué)性能的影響

圖1為不同類型的非織造土工布的拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率。由圖1可以得出：

1） PP短纖維針刺土工布的縱橫向拉伸斷裂強(qiáng)度僅為126.4 N/5 cm和162.5 N/5 cm，縱橫向拉伸斷裂伸長率為89.6%和96.1%，其中它的拉伸斷裂強(qiáng)度要遠(yuǎn)低于PP/ES非織造土工布，這是因?yàn)榻?jīng)過熱加固工藝后PP/ES非織造土工布的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加致密，PP纖維本身強(qiáng)度也有所提升。除此之外，加熱使纖維收縮，纖維間纏結(jié)更緊密^［15］，導(dǎo)致PP/ES非織造土工布的力學(xué)性能大幅提升，縱橫向拉伸斷裂強(qiáng)度分別達(dá)到162.7 N/5 cm和197.8 N/5 cm，縱橫向拉伸斷裂伸長率達(dá)到95.7%和100.8%。會(huì)對PP纖維的加工性能造成一定影響，導(dǎo)致纖維加工難度的增加和均勻性變差^［16］。

2） 添加抗老化母粒的PP/ES土工布縱橫向拉伸斷裂強(qiáng)度分別為150.3 N/5 cm和177.4 N/5 cm，縱橫向拉伸斷裂伸長率分別為91.5%和95.9%，均低于普通的PP/ES非織造土工布。分析認(rèn)為這是因?yàn)樵诳估匣疨P纖維的制備過程中，抗老化母粒中含有的抗氧化劑、紫外線穩(wěn)定劑和熱穩(wěn)定劑等成分，可能會(huì)改變纖維的化學(xué)性質(zhì)和表面狀態(tài)，從而影響纖維的自身強(qiáng)力及與其他成分的結(jié)合力。

3） 負(fù)載TiO2后的PP/ES土工布的縱橫向拉伸斷裂強(qiáng)度分別達(dá)到169.2 N/5 cm和203.2 N/5 cm，縱橫向拉伸斷裂伸長率分別達(dá)到99.2%和104.3%，相較于未經(jīng)過后整理的PP/ES土工布力學(xué)性能出現(xiàn)了一定的提升。分析認(rèn)為這是因?yàn)?/p>

TiO2的添加能夠提高纖維間的黏附力，從而增強(qiáng)其抗拉性能，并且浸軋整理之后，土工布的平方米質(zhì)量有所提升^［17］，從而增強(qiáng)其拉伸力學(xué)性能。因此，處理后的非織造布在拉伸測試中可能表現(xiàn)出更高的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率。

4） 添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2的PP/ES土工布的縱橫向拉伸斷裂強(qiáng)度分別為164.2 N/5 cm和198.3 N/5 cm，縱橫向拉伸斷裂伸長率分別為96.4%和100.3%。與普通的PP/ES土工布相比，力學(xué)性能出現(xiàn)了小幅提升。這表明雖然抗老化母粒的添加會(huì)影響纖維的強(qiáng)度及結(jié)合力，但加入TiO2后整理同樣會(huì)提高土工布的抗拉強(qiáng)度，從而提升土工布的整體拉伸斷裂強(qiáng)度。

2.2 抗老化工藝對土工布有效孔徑和垂直滲透性能的影響

圖2為不同類型的非織造土工布的有效孔徑和垂直滲透性能。由圖2可以得出：

1） PP短纖維針刺土工布的有效孔徑為0.149 mm，垂直滲透系數(shù)為5.03 mm/s，而PP/ES非織造土工布的有效孔徑為0118 mm，垂直滲透系數(shù)為4.32 mm/s，均低于PP短纖維針刺土工布。分析認(rèn)為這是由于熱加固工藝增加了PP/ES非織造土工布的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的部分熱黏合點(diǎn)，導(dǎo)致土工布結(jié)構(gòu)更加緊密，從而使其有效孔徑和相應(yīng)的垂直滲透系數(shù)均隨之降低。

2） 添加抗老化母粒的PP/ES土工布的有效孔徑為0.116 mm，垂直滲透系數(shù)為4.24 mm/s，與未添加抗老化母粒的PP/ES土工布相比無太大變化。這說明抗老化母粒的添加并未影響非織造土工布的有效孔徑大小，以及對垂直滲透性能并未造成明顯影響。

3） 負(fù)載TiO2后的PP/ES土工布的有效孔徑為0.12 mm，垂直滲透系數(shù)為4.29 mm/s。與未經(jīng)過后整理的土工布相比，有效孔徑和垂直滲透性能均未出現(xiàn)下降的情況，這表明經(jīng)TiO2后整理也并未影響非織造土工布的有效孔徑大小和垂直滲透性能。

4） 添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2的PP/ES土工布的有效孔徑為0.117 mm，垂直滲透系數(shù)為4.3 mm/s，與PP/ES土工布相比差別不大。這是因?yàn)榭估匣噶５奶砑雍蚑iO2后整理均未對土工布的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成影響，不會(huì)造成土工布的有效孔徑和垂直滲透性能的損失。

2.3 不同抗老化工藝對土工布抗紫外老化性能的影響

2.3.1 老化前后形貌對比

圖3為不同類型的非織造土工布經(jīng)過10 d紫外老化前后的SEM表面圖像。

由圖3可以得出：

1） 由圖3（a）可知，PP短纖維針刺土工布在經(jīng)過紫外老化前，纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)雜亂的纏結(jié)狀態(tài)，纖維表面光滑且無裂痕。但在經(jīng)過10 d的紫外老化后，纖網(wǎng)中大部分纖維出現(xiàn)斷裂的情況，且從纖維表面可以看出明顯的裂痕。

2） 由圖3（b）可知，PP/ES非織造土工布未老化前纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)致密，同時(shí)具有針刺纏結(jié)點(diǎn)和熱黏合點(diǎn);在經(jīng)過紫外老化后，其纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)受到劇烈影響，不僅出現(xiàn)纖維斷裂和大幅損傷的情況，熱黏合點(diǎn)也出現(xiàn)被破壞的情況。

3） 由圖3（c）可知，經(jīng)過10 d紫外照射后，土工布中并未出現(xiàn)纖維大規(guī)模斷裂的情況，纖維表面也僅出現(xiàn)部分微小的裂痕，表明加入抗老化母粒能夠有效減緩?fù)凉げ甲贤饫匣蟮睦w維損傷;但與此同時(shí)，纖網(wǎng)中熱黏合點(diǎn)仍然出現(xiàn)被破壞情況，這是因?yàn)闊狃ず宵c(diǎn)的主要成分PE并未加入抗老化母粒，在經(jīng)過紫外老化后仍會(huì)受到劇烈影響。

4） 由圖3（d）可知，經(jīng)過TiO2浸軋后整理之后，土工布表面及纖維表面均出現(xiàn)大量的顆粒物，表明TiO2已經(jīng)成功負(fù)載到PP/ES非織造土工布上;經(jīng)10 d紫外照射后，土工布纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)明顯變化，且熱黏合點(diǎn)也并未被破壞，但纖維表面仍出現(xiàn)少部分裂紋;這就表明TiO2浸軋后整理能夠提高土工布的抗紫外老化性能。

5） 由圖3（e）可知，添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2的PP/ES土工布經(jīng)過紫外老化后，纖網(wǎng)表面未出現(xiàn)顯著變化，纖維表面也幾乎無損傷。由此可見，紫外老化后纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)及纖維受到的影響最小，土工布添加抗老化母粒和經(jīng)過TiO2浸軋后整理后的抗紫外老化性能最佳。

2.3.2 紅外光譜分析

紅外光譜是一種以用于研究聚合物材料的結(jié)構(gòu)和分子振動(dòng)模式的分析技術(shù)，在紫外老化過程中，土工布會(huì)受到紫外線的照射，從而導(dǎo)致其分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的變化。通過對比老化前后的紅外光譜，可以觀察到土工布在老化過程中的化學(xué)穩(wěn)定性及可能產(chǎn)生的降解或交聯(lián)反應(yīng)。圖4為不同類型的非織造土工布經(jīng)過10 d紫外老化前后的紅外光譜圖。由圖4可知：

1） 這五種土工布在紫外老化后，其紅外光譜曲線均出現(xiàn)位于1 733 cm^-1處的羰基吸收峰。這是因?yàn)樵诶匣^程中，分子鏈中的碳—?dú)滏I逐漸斷裂，形成自由基和羰基^［16］;并且隨著老化程度的加深，羰基等老化產(chǎn)物的含量也逐漸增加，羰基吸收峰的強(qiáng)度同樣變大。因此，羰基吸收峰的強(qiáng)度在一定程度上可以表明土工布的老化程度。

2） 在五種土工布中，未作抗紫外老化處理的PP土工布和PP/ES土工布在經(jīng)過紫外老化后的羰基吸收峰強(qiáng)度最高，表明這兩種土工布的老化程度最深;PP/ES土工布添加抗老化母粒后，羰基等老化產(chǎn)物明顯減少，表明添加抗老化母粒能夠有效減緩?fù)凉げ嫉淖贤饫匣M(jìn)程，因?yàn)榭估匣噶Ｄ軌蛞种乒庋醴磻?yīng)的進(jìn)行;負(fù)載TiO2的土工布老化后的羰基吸收峰強(qiáng)度明顯低于PP/ES土工布，表明TiO2后整理可以降低土工布的紫外老化程度，這是由于TiO2能夠反射和吸收紫外線，經(jīng)過TiO2后整理后土工布能夠有效抵抗紫外線的侵蝕。而同時(shí)添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2的PP/ES土工布老化后的羰基吸收峰最弱，表明該土工布抗紫外老化的能力最強(qiáng)。

2.3.3 熱穩(wěn)定性分析

在土工布使用過程中，會(huì)遭受到陽光紫外線的照射從而導(dǎo)致土工布的老化。熱穩(wěn)定性是指土工布在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性能，具有良好的熱穩(wěn)定性的土工布能夠更好地抵抗紫外線的侵蝕和老化，從而延長土工布的使用壽命。因此，進(jìn)行土工布熱穩(wěn)定性能的分析，對于評估其抗紫外老化性能具有非常重要的意義。不同類型的非織造土工布經(jīng)過10 d紫外老化前后的TG曲線和數(shù)據(jù)如圖5和表1所示。由圖5和表1可知：

1） PP/ES非織造土工布的T5%為398.75 ℃，Tmax為47285 ℃，PP短纖維針刺土工布的熱穩(wěn)定性能與之相似;PP/ES非織造土工布加入抗老化母粒后，土工布的熱分解溫度下降，T5%為382.84 ℃，這可能是由于抗老化母粒中的抗氧化劑等化學(xué)物質(zhì)可以與土工布中的聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低土工布的熱穩(wěn)定性能;但當(dāng)PP/ES非織造土工布經(jīng)過TiO2浸軋后整理后，T5%為418.96 ℃，Tmax為482.56 ℃，土工布的熱穩(wěn)定性出現(xiàn)一定的提升，因?yàn)門iO2本身具有較高的熱穩(wěn)定性，通過浸軋后整理將TiO2均勻地分布在土工布中，可以提高土工布整體的熱穩(wěn)定性;而添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2的PP/ES土工布T5%為411.95 ℃，Tmax為481.62 ℃，相較于未經(jīng)過處理的土工布熱穩(wěn)定性能同樣有所提升，這主要是TiO2浸軋后整理所帶來的影響。

2） 經(jīng)過紫外老化后，非織造土工布的T5%均表現(xiàn)出下降的情況，表明紫外老化使大分子鏈斷裂，纖維更加容易受熱分解，從而導(dǎo)致土工布熱穩(wěn)定性能降低;其中PP短纖維針刺土工布與PP/ES非織造土工布紫外老化后熱穩(wěn)定性下降最多，T5%下降約126 ℃，表明這兩種土工布的抗紫外老化性能最差;PP/ES非織造土工布加入抗老化母粒及進(jìn)行TiO2浸軋后整理后，紫外老化后熱分解溫度下降趨勢均有所好轉(zhuǎn)，表明抗老化母粒的添加和TiO2后整理的加入都會(huì)延緩?fù)凉げ甲贤饫匣倪M(jìn)程;添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2后PP/ES土工布熱分解行為變化最小，T5%僅下降4.73 ℃，添加抗老化母粒的同時(shí)并負(fù)載TiO2，對土工布的熱穩(wěn)定性變化不大，這說明此時(shí)土工布的抗紫外性能最佳。

3） 經(jīng)過TiO2后整理后，土工布的殘留質(zhì)量有所提升，這是由于TiO2熔點(diǎn)較高，在高溫下也難以分解。而老化后的土工布?xì)埩糍|(zhì)量比未老化的土工布多，這主要是因?yàn)槔匣瘜?shí)際上是越來越多的氧和氧原子與織物結(jié)合的氧化過程^［18-20］。

2.3.4 拉伸斷裂強(qiáng)度保留率和斷裂伸長率保留率分析

不同類型的非織造土工布縱向和橫向拉伸斷裂強(qiáng)度保留率和斷裂伸長率保留率隨老化時(shí)間變化的曲線如圖6和圖7所示，從中可以得出：

1） 在經(jīng)過8 d的紫外老化后，PP短纖維針刺土工布縱向和橫向的斷裂強(qiáng)度保留率僅為2.56%和2.51%，縱向和橫向的斷裂伸長率保留率僅為3.33%和2.45%，表明此時(shí)土工布力學(xué)性能已經(jīng)顯著下降，這是因?yàn)樽贤庹丈涫雇凉げ贾欣w維受到劇烈損傷，隨著照射時(shí)間的延長，纖維損傷情況更加嚴(yán)重，從而影響到土工布的強(qiáng)力。

2） 紫外照射8 d后PP/ES非織造土工布縱向和橫向的斷裂強(qiáng)度保留率分別為1.31%和2.10%，縱向和橫向的斷裂伸長率保留率分別為1.95%和3.36%，表明PP/ES非織造土工布抗紫外老化性能同樣很差，在紫外老化后基本性能極易損失。并且相較于PP非織造土工布，其斷裂強(qiáng)度保留率下降速度更快，這是因?yàn)槔匣^程中同時(shí)出現(xiàn)纖維損傷斷裂和熱黏合點(diǎn)被破壞的情況，導(dǎo)致PP/ES非織造土工布纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)損傷情況更加嚴(yán)重。

3） 添加抗老化母粒的PP/ES土工布經(jīng)過10 d紫外老化

后，縱橫向的斷裂強(qiáng)度保留率分別為59.64%和56.87%，縱橫向的斷裂伸長率保留率分別為61.14%和56.74%，表明抗老化母粒的添加能夠有效減緩?fù)凉げ甲贤饫匣倪M(jìn)程;這是由于抗老化母粒還具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效地抵抗光氧老化過程中產(chǎn)生的氧化自由基等有害物質(zhì)對土工布的破壞。

4） PP/ES土工布經(jīng)過TiO2浸軋后整理之后，在10 d紫外老化后縱橫向斷裂強(qiáng)度保留率為63.47%和61.24%，縱橫向斷裂伸長率保留率為66.45%和60.12%，表明TiO2后整理能有效提高土工布的抗紫外老化性能;這是因?yàn)門iO2是一種優(yōu)秀的紫外線吸收劑，能夠吸收和屏蔽紫外線輻射，通過浸軋后整理使得TiO2均勻分布在土工布上，從而賦予土工布優(yōu)異的抗紫外老化性能。

5） 添加抗老化母粒及負(fù)載TiO2的PP/ES土工布經(jīng)過10 d紫外老化后，縱向和橫向的斷裂強(qiáng)度保留率僅下降2655%和26.76%，縱向和橫向的斷裂伸長率保留率僅下降27.87%和26.19%，是其中力學(xué)性能損失最少的土工布，表明添加抗老化母粒和TiO2浸軋后整理兩種工藝共同作用的抗紫外老化效果最好。

3 結(jié) 論

通過添加抗老化母粒及TiO2浸軋后整理制備三種具有抗老化性能的非織造土工布。通過拉伸力學(xué)性能、有效孔徑和垂直滲透性能等方法探討了抗老化工藝的加入對非織造土工布的影響。并且采用SEM、FTIR、TG、拉伸力學(xué)性能等方法研究了各種非織造土工布的抗老化性能。得出如下結(jié)論：

1） 與未經(jīng)過抗老化處理的PP/ES土工布相比，抗老化母粒的加入會(huì)降低非織造土工布的力學(xué)性能;TiO2浸軋后整理能夠提高非織造土工布的力學(xué)性能。但兩種抗老化工藝的加入均未對非織造土工布的有效孔徑和垂直滲透系數(shù)造成影響。

2） PP短纖維非織造土工布和PP/ES非織造土工布的抗老化性能較差，在紫外照射的情況下極易出現(xiàn)纖維斷裂和纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)破壞的情況，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都會(huì)大幅降低。并且在人工加速老化8 d后基本喪失其力學(xué)性能，難以保持其基本性能。

3） 經(jīng)過10 d紫外照射后，添加抗老化母粒的土工布中纖維斷裂和熱穩(wěn)定性下降的情況有效緩解，但熱黏合點(diǎn)依舊被大幅破壞;而土工布經(jīng)過TiO2浸軋后整理之后，纖維表面出現(xiàn)大量TiO2顆粒，纖維斷裂、熱穩(wěn)定性降低和熱黏合點(diǎn)破壞的情況都大幅好轉(zhuǎn)。而同時(shí)添加抗老化母粒和TiO2后整理的土工布則表現(xiàn)出纖維損傷最少、熱穩(wěn)定性和抗紫外性能最優(yōu)，其縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度保留率僅下降26.55%和2676%，縱、橫向的斷裂伸長率保留率僅下降27.87%和2619%。

參考文獻(xiàn)：

［1］何倩倩， 裴生， 楊廣超. 非織造土工布的性能對比及應(yīng)用分析［J］. 產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2018， 36（2）： 30-34.

HE Q Q， PEI S， YANG G C. Performance comparison and application analysis of nonwoven geotextiles［J］. Technical Textiles， 2018， 36（2）： 30-34.

［2］王超， 張宇菲， 丁彬， 等. 聚丙烯非織造土工布的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景［J］. 產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2021， 39（1）： 1-7.

WANG C， ZHANG Y F， DING B， et al. Research progress and application prospect of polypropylene nonwoven geotextile［J］. Technical Textiles， 2021， 39（1）： 1-7.

［3］鄭曉國， 陳隆杰. 低溫環(huán)境下短纖針刺土工布頂破性能與機(jī)理研究［J］. 中外公路， 2020， 40（2）： 204-207.

ZHENG X G， CHEN L J. Research on top-breaking performance and mechanism of staple fibre needled geotextile under low temperature environment［J］. Journal of China & Foreign Highway， 2020， 40（2）： 204-207.

［4］孫彤彤. 我國聚丙烯土工布的生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展前景［J］. 非織造布， 2001（4）： 29-35.

SUN T T. Production application and development prospect of PP geo textiles in China［J］. Nonwovens， 2001（4）： 29-35.

［5］LIN J H， HSIEH J C， HUANG C H， et al. Effects of needle punching and hot pressing on mechanical properties of composite geotextiles［J］. Journal of Industrial Textiles， 2017， 47（4）： 522-534.

［6］LI J H， HSIEH J-C， HUANG C H， LOU C W， et al. Needle-punched thermally-bonded eco-friendly nonwoven geotextiles： Functional properties［J］. Materials Letters， 2016（183）： 77-80.

［7］秦維秀， 馬海燕， 顧鑫敏. 聚丙烯抗老化改性方法綜述［J］. 國際紡織導(dǎo)報(bào)， 2019， 47（6）： 11-14.

QIN W X， MA H Y， GU X M. Review on anti-aging modification methods of polypropylene［J］. Melliand China， 2019， 47（6）： 11-14.

［8］段亞明， 錢曉明. 聚丙烯非織造土工布抗老化研究進(jìn)展［J］. 棉紡織技術(shù)， 2024， 52（1）： 79-84.

DUAN Y M， QIAN X M. Research progress on anti-aging of polypropylene nonwoven geotextiles［J］. Cotton Textile Technology， 2024， 52（1）： 79-84.

［9］包偉國， 薛育龍， 楊旭東. 航道用聚丙烯土工織物的老化性能研究［J］. 產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2004（8）： 22-25.

BAO W G， XUE Y L， YANG X D. Study on the durability of polypropylene geo-textiles used in channel regulation project［J］. Technical Textiles， 2004（8）： 22-25.

［10］位華瑞， 王超， 左文靜， 等. 聚丙烯紡黏針刺土工布的力學(xué)和耐光氧老化性能［J］. 產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2021， 39（3）： 39-44.

WEI H R， WANG C， ZUO W J， et al. The mechanical properties and photo-oxidation resistance of polypropylene spunbonded needle-punched geotextiles［J］. Technical Textiles， 2021， 39（3）： 39-44.

［11］CARNEIRO J R， ALMEIDA P J， LOPES M D L. Evaluation of the resistance of a polypropylene geotextile against ultraviolet radiation［J］. Microscopy and Microanalysis， 2018， 25（1）： 196-202.

［12］王坤， 陳琦. 納米二氧化鈦復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用進(jìn)展研究［J］. 聚酯工業(yè)， 2023， 36（6）： 49-52.

WANG K， CHEN Q. Research on preparation and application progress of nano-titanium dioxide composites［J］. Polyester Industry， 2023， 36（6）： 49-52.

［13］周毛毛， 蔣陽， 謝于輝， 等. 納米二氧化鈦的制備、改性及其在聚合物基復(fù)合材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］. 復(fù)合材料學(xué)報(bào)， 2022， 39（5）： 2089-2105.

ZHOU M M， JIANG Y， XIE Y H， et al. Preparation and modification of nano-TiO2 and its application in polymer matrixcomposites research progress［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2022， 39（5）： 2085-2105.

［14］ZHAO X L， WANG C， DING Z Z， et al. Tailoring high anti-UV performance polypropylene based geotextiles with homogeneous waterborne polyurethane-TiO2 composite emulsions［J］. Composites Communications， 2020（22）： 100529.

［15］李合銀， 陳彥模. 高收縮聚丙烯纖維研究Ⅰ. 纖維熱收縮機(jī)理［J］. 合成纖維工業(yè)， 1997， 20（3）： 17-21.

LI H Y， CHEN Y M. High shrinking PP fiber thermal shrinking mechanism［J］. China Synthetic Fiber Industry， 1997， 20（3）： 17-21.

［16］位華瑞. 聚丙烯紡粘針刺土工布的制備及其抗紫外老化性能研究［D］. 上海： 東華大學(xué)， 2020.

WEI H R. Study on Preparation and Ultraviolet Resistance of Polyropylene Spunbonded Needle-Punched Geotextiles［D］. Shanghai： Donghua University， 2020.

［17］張麗. 納米二氧化鈦的制備、表面改性及棉織物抗紫外整理［D］. 天津： 天津工業(yè)大學(xué)， 2008.

ZHANG L. Preparation and Surface Modification of Nano-sized TiO2 and Anti-uv Performance on Fabricas［D］. Tianjin： Tiangong University， 2008.

［18］PRAMBAUER M， WENDELER C， WEITZENBOCK J， et al. Biodegradable geotextiles： An overview of existing and potential materials［J］. Geotextiles and Geomembranes， 2019， 47（1）： 48-59.

［19］ZHAI Z， FENG L J， LI G Z， et al. The anti-ultraviolet light （UV） aging property of aluminium particles/epoxy composite［J］. Progress in Organic Coatings， 2016（101）： 305-308.

［20］KALIBOVA J， JACKA L， PETRU J. The effectiveness of jute and coir blankets for erosion control in different field and laboratory conditions［J］. Solid Earth， 2016， 7（2）： 469-479.

Research on the preparation of PP/ES staple fiber high-strength geo-nonwoven fabricand its anti-ageing performance

ZHANG Chi， WANG Xiangrong

HAN Lina1， DUAN Yaming2， DUO Yongchao2， FENG Yan2， QIAN Xiaoming2， XU Qiuge2

（1.Beijing Jinglan Nonwovens Company Limited， Beijing 101200， China; 2.School of Textile Science and Engineering，Tiangong University， Tianjin 300387， China）

Abstract： The nonwoven geotextile has become the main variety of geotextiles due to its simple process， fast production speed， excellent mechanical properties， low cost and wide application. It has the functions of drainage， filtration， separation， reinforcement and protection， and is widely used in the fields of highway， railway， water conservancy and so on. Polypropylene is an inexpensive and excellent raw material with a wide range of sources， and boasts good acid and alkali resistance. Nonwoven geotextiles prepared from polypropylene can be better used in various types of projects， becoming the hot spot of research in the field of geotextiles in recent years. However， polypropylene tends to deteriorate over a long period of time due to external conditions such as light， temperature and oxygen， which reduces the service life of polypropylene nonwoven geotextiles and greatly restricts their popularisation and application in engineering. To improve the aging of polypropylene nonwoven geotextiles and to expand their application areas， it is necessary to conduct anti-aging treatment.

To further improve the aging resistance of nonwoven geotextiles and prolong their service life， this study took ES fibers and PP fibers containing anti-aging masterbatch as raw materials， prepared PP/ES needle-punched nonwoven geotextiles by needle-punching process and PP/ES high-strength nonwoven geotextiles with UV aging resistance by impregnation of TiO2 by post-finishing process， and investigated the effect of the aging-resistance process on the mechanical properties and UV aging resistance of PP/ES geotextiles. The study also investigated the effect of anti-aging process on the mechanical properties， hydrodynamic properties and anti-ultraviolet aging properties of PP/ES geotextiles， and analyzed the effect of adding anti-aging masterbatch and TiO2 on the anti-aging properties of geotextiles by comparing them with pure PP geotextiles.

It was found that the aging resistance of PP short-fiber nonwoven geotextiles and PP/ES nonwoven geotextiles was poor， and the fiber breakage and the decrease of thermal stability in the geotextile with the addition of anti-aging masterbatch were effectively alleviated， but the thermal bonding point was still greatly damaged; after the geotextiles were finished by TiO2 impregnation and rolling， a large number of TiO2 particles appeared on the surface of the fiber， and the situation of fiber breakage， decrease of thermal stability and damage of the thermal bonding point was greatly improved; the geotextile with the addition of anti-aging masterbatch and TiO2 finishing suffered the least damage and had the best thermal stability and UV resistance， and its longitudinal and transverse tensile strength was the best. The situation of fiber breakage， reduced thermal stability and destruction of thermal bonding point were greatly improved; while the geotextile with anti-aging masterbatch and TiO2 finishing suffered the least damage， had the best thermal stability and UV resistance， and its longitudinal and transverse tensile strength retention rates decreased by only 26.55% and 26.76%， respectively， and its longitudinal and transverse elongation retention rates decreased by only 27.87% and 26.19%， respectively.

Key words： PP/ES; anti-ageing masterbatch; TiO2; anti-UV ageing properties; geotextiles; finishing