一种基于碳纤维的土工格栅复合体及其制造方法与流程

本发明涉及土工材料技术领域，尤其涉及到一种用于基础设施建设的土工合成材料，具体为一种基于碳纤维的土工格栅复合体及其制造方法。

背景技术：

土工格栅和土工布是常见的土工材料，被广泛应用于路面、路基和堤坝护坡等领域。中国专利公开号cn206570632u于2017年10月20日公开了一种玻纤复合格栅，其技术特征在于：提供一种玻纤复合格栅，通过在原有玻纤格栅的基础上设计改造，通过在格栅本体上添加边框、连接件，提高格栅拼接和固定的效率和稳定性，通过改造格条的内部结构以及在格栅本体上端设置有无纺布层，增强格栅的抗撕裂能力、整体的强度和其过滤性能，进一步提高其使用寿命。该玻纤复合格栅包括由格条垂直编织相交构成的格栅本体，格条由内向外依次包括玻纤编织层、防腐层、防撕裂层、覆盖层。玻纤编织层设置于防腐层内，防腐层与防撕裂层之间设置有加强筋，加强筋的下端与玻纤编织层相连；格栅本体中设置有透气孔，格栅本体的四周设置有边框，边框与透气孔的相交处设置有连接件。

上述专利的方案通过玻璃纤维与土工布的复合，使格栅同时具备了两种产品的优点，但是其结构复杂，复合工艺复杂，而且其所用到复合材料玻璃纤维和土工布的性能限制了产品整体性能的提升。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于碳纤维的土工格栅复合体，重量轻、结构和复合工艺简单，而且易于制造。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种基于碳纤维的土工格栅复合体，包括自上而下依次设置的上层聚丙烯长丝纺粘土工布、碳纤维土工格栅和下层聚丙烯长丝纺粘土工布，所述的上层聚丙烯长丝纺粘土工布、碳纤维土工格栅和下层聚丙烯长丝纺粘土工布通过粘结固定为一体。

本方案采用“二布一格栅”的结构，将两层聚丙烯长丝纺粘土工布与碳纤维土工格栅结合，利用碳纤维格栅的比重小、高强度、高抗冲击性、低延伸率特点提高复合体整体的抗冲击性、抗拉能力，同时减轻重量、降低断裂伸长率；利用聚丙烯长丝纺粘土工布过滤、隔离作用保护内部碳纤维格栅，提高整体抗撕裂能力，同时增强了反虑效果；上层聚丙烯长丝纺粘土工布、碳纤维土工格栅和下层聚丙烯长丝纺粘土工布通过粘结固定为一体，避免了三者之间发生移位。

作为优化，所述碳纤维土工格栅包括编织在一起的若干横纤维带和若干竖纤维带，相邻的两横纤维带和相邻的两竖纤维带围成格栅孔，所述横纤维带包括四条相互平行的横碳纤维束，同一横纤维带中相邻的两横碳纤维束之间设置有条带孔；还包括辅助膜体，所述辅助膜体与竖纤维带固接，可以是缝制连接，也可是粘接，辅助膜体朝向条带孔的侧面上设有伸至条带孔中的气泡，气泡的高度与横碳纤维束的厚度一致。本优化方案的碳纤维土工格栅编织工艺简单，通过在横纤维带中设置条带孔，方便设置辅助膜体；本优化方案的辅助膜体通过设置气泡，提高了格栅的挂胶能力，为后续压合时的牢固粘结提供保证，气泡在压合时受压破损，以避免影响格栅与土工布的粘合。

作为优化，辅助膜体远离条带孔的侧面上设有若干条凹槽，凹槽的延伸方向与竖纤维带延伸方向一致。本优化方案通过设置凹槽，增加了辅助膜体远离条带孔侧面的挂胶效果，从而进一步保证了粘结效果，将凹槽的延伸方向设置为与竖纤维带延伸方向一致，与其两侧的横碳纤维束形成两个方向的挂胶，进一步增强挂胶效果。

作为优化，竖纤维带包括四条相互平行的竖碳纤维束，同一竖纤维带中的四条竖碳纤维束依次贴合设置。本优化方案的设置，在选择辅助膜体与竖纤维带通过粘结固定时，方便在竖纤维带上集中抹胶对辅助膜体进行固定，避免了由于竖碳纤维束之间存在缝隙而导致的胶体分散问题。

本方案还提供一种土工格栅复合体的制造方法，包括如下工艺流程：

1、将设有辅助膜体的碳纤维土工格栅卷放置于放卷架上，恒张力放卷，碳纤维土工格栅经胶料槽涂胶后进入立窑初步烘干；

2、初步烘干后的碳纤维土工格栅进入压敏胶池进行双面浸胶，然后进入平窑烘干定型，烘干定型后的碳纤维土工格栅进入储布架；

3、在储布架后方设置上放卷架和下放卷架，上放卷架上放置上层聚丙烯长丝纺粘土工布卷，下放卷架上放置下层聚丙烯长丝纺粘土工布卷，上放卷架和下放卷架同步放卷，从储布架牵引出的碳纤维土工格栅与上层聚丙烯长丝纺粘土工布、下层聚丙烯长丝纺粘土工布同时进入压合辊组进行压合，压合过程中，气泡受压破损，上层聚丙烯长丝纺粘土工布和下层聚丙烯长丝纺粘土工布分别位于碳纤维土工格栅的两侧；

4、压合后形成的复合体由收卷装置进行收卷。

作为优化，压敏胶池与平窑之间设置有压辊组，所述压辊组包括箱体和转动设置在箱体内的上压辊和下压辊，以及驱动上压辊和下压辊转动的驱动电机，箱体的前侧面开设有格栅进口，箱体的后侧面开设有格栅出口，碳纤维土工格栅经格栅进口进入箱体内，并绕过下压辊的底部，然后穿过上压辊与下压辊之间的格栅通道后绕制上压辊顶部，最后经格栅出口引出。本优化方案通过设置压辊组，即实现了对格栅的张紧，同时也给格栅的移动提供了一定动力，是格栅进料更平稳；通过上、下压辊的设置，对浸胶后的碳纤维土工格栅上粘设的胶体进行初步平整，提高碳纤维土工格栅两侧胶料厚度的均匀性，有利于提高复合体质量。

作为优化，所述格栅出口与上压辊的顶部位于同一高度。本优化方案将格栅出口与上压辊的顶部设置在同一高度，便于碳纤维土工格栅水平进入平窑，使碳纤维土工格栅与上、下加热源之间的距离一致，有利于提高烘干的均匀性。

本发明的有益效果为：将碳纤维土工格栅与聚丙烯长丝纺粘土工布复合，使本合成体兼具碳纤维土工格栅和聚丙烯长丝纺粘土工布的优点，碳纤维土工格栅复合聚丙烯长丝纺粘土工布很低的延伸率及较高的抗拉强度，可有效清除路面结合处或裂缝处的应力集中，降低裂缝在路面中的扩展和向上反射，延缓了反射裂缝的产生。

附图说明

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为制造本发明土工格栅合成体的设备结构示意图；

图3为本发明实施例二结构示意图；

图中所示：

1、上层聚丙烯长丝纺粘土工布，2、碳纤维土工格栅，3、下层聚丙烯长丝纺粘土工布，4、格栅放卷架，5、立窑，6、胶料槽，7、压敏胶池，8、压辊组，9、平窑，10、储布架，11、上放卷架，12、压合辊组，13、下放卷架，14、支撑台，15、收卷设备。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

实施例一

如图1所示一种基于碳纤维的土工格栅复合体，由复合体制造设备制成，为“二布一格栅”的结构，具体的，基于碳纤维的土工格栅复合体包括自上而下依次设置的上层聚丙烯长丝纺粘土工布1、碳纤维土工格栅2和下层聚丙烯长丝纺粘土工布3，所述的上层聚丙烯长丝纺粘土工布、碳纤维土工格栅和下层聚丙烯长丝纺粘土工布通过粘结固定为一体。

碳纤维土工格栅包括编织在一起的若干横纤维带和若干竖纤维带，相邻的两横纤维带和相邻的两竖纤维带围成格栅孔，竖纤维带包括四条相互平行的竖碳纤维束，同一竖纤维带中的四条竖碳纤维束依次贴合设置；所述横纤维带包括四条相互平行的横碳纤维束，同一横纤维带中相邻的两横碳纤维束之间设置有条带孔。

还包括辅助膜体，所述辅助膜体与竖纤维带固接，辅助膜体朝向条带孔的侧面上设有伸至条带孔中的气泡，气泡的高度与横碳纤维束的厚度一致。辅助膜体远离条带孔的侧面上设有若干条凹槽，凹槽的延伸方向与竖纤维带延伸方向一致。

本发明的复合体与现有技术相比比，具有结构简单，易于复合制造，高抗拉强度，低延伸率，纵横向变形均匀，抗撕裂强度高，耐磨性能优良，透水性高，反滤性强，没有长期蠕变性，综合性能优异的特点。

如图2所示，复合体制造设备包括沿碳纤维土工格栅2输送方向依次设置的格栅放卷架4、胶料槽6、立窑5、压敏胶池7、平窑9、储布架10、压合辊组12和收卷设备15，收卷设备15安装在支撑台14上，立窑5位于胶料槽的上方。在压合辊组12一侧设置上放卷架11，用于上层聚丙烯长丝纺粘土工布卷放卷，另一侧设置下放卷架13，用于下层聚丙烯长丝纺粘土工布卷放卷。胶料槽6中的胶料包含但不限于改性沥青、pvc糊树脂、化纤胶等涂覆材料；胶池7内的粘结剂包含但不限于压敏胶类、热熔胶类、乳胶类。本发明的产品结构简单，复合工艺易于实施，复合效果好。

压敏胶池与平窑之间设置有压辊组8，所述压辊组包括箱体和转动设置在箱体内的上压辊和下压辊，以及驱动上压辊和下压辊转动的驱动电机，箱体的前侧面开设有格栅进口，箱体的后侧面开设有格栅出口，格栅出口与上压辊的顶部位于同一高度，碳纤维土工格栅经格栅进口进入箱体内，并绕过下压辊的底部，然后穿过上压辊与下压辊之间的格栅通道后绕制上压辊顶部，最后经格栅出口引出。

本实施例土工格栅复合体的制造方法，包括如下工艺流程：

s1、将设有辅助膜体的碳纤维土工格栅卷放置于放卷架上，恒张力放卷，碳纤维土工格栅经胶料槽涂胶后进入立窑初步烘干；

s2、初步烘干后的碳纤维土工格栅进入压敏胶池进行双面浸胶，然后进入平窑烘干定型，烘干定型后的碳纤维土工格栅进入储布架；

s3、在储布架后方设置上放卷架和下放卷架，上放卷架上放置上层聚丙烯长丝纺粘土工布卷，下放卷架上放置下层聚丙烯长丝纺粘土工布卷，上放卷架和下放卷架同步放卷，从储布架牵引出的碳纤维土工格栅与上层聚丙烯长丝纺粘土工布、下层聚丙烯长丝纺粘土工布同时进入压合辊组进行压合，压合过程中，气泡受压破损，上层聚丙烯长丝纺粘土工布和下层聚丙烯长丝纺粘土工布分别位于碳纤维土工格栅的两侧；

s4、压合后形成的复合体由收卷装置进行收卷。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的土工格栅复合体为“一布一格栅”的结构，仅在碳纤维土工格栅2的底面设置聚丙烯长丝纺粘土工布，结构进一步简化，适合要求较低的场合使用，以便节省成本。

碳纤维（carbonfiber）是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，是一种综合性能优异的新材料。具有强度高、耐热性好、抗热冲击性好、热膨胀系数低、热容量小、比重小、抗腐蚀与辐射性能好、抗蠕变性能好、寿命长等诸多优点。由碳纤维制成的土工格栅抗拉强度高、断裂延伸率低、抗蠕变性能好、耐酸、耐碱、耐紫外老化等特点。

聚丙烯长丝纺粘土工布是由用聚丙烯原料经纺丝、牵伸、铺网、针刺加固而成的透水性土工合成材料，具有隔离、反滤、排水、保护、稳固、加筋等功能。其纤维排列成三维结构，透水性好，抗腐蚀、抗老化，能适应凹凸不平的基层，能抵抗施工外力破坏，蠕变小，长期荷载下仍能保持原有的功能，具有优良的力学功能，是优良的土工增强材料。

本发明通过碳纤维土工格栅复合聚丙烯长丝纺粘土工布形成复合体，使得复合体具有很低的延伸率及较高的抗拉强度，可有效清除路面结合处或裂缝处的应力集中，降低裂缝在路面中的扩展和向上反射，延缓了反射裂缝的产生。与沥青混合料层复合后可明显提高其抗低温缩裂，耐高温车辙、抗疲劳开裂、延缓反射性裂缝，因此可以用于沥青路面、水泥路面及路基的增强和铁路路基、堤坝护坡、机场跑道、防沙治沙等，也可用于土木建筑、桥梁、隧道、混凝土构造的抗震、抗剪和抗弯加固等重要工程项目。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

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