聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布應用前景分析

姜瑞明，錢競芳

(1.天鼎豐非織造布有限公司，山東 德州 251500； 2.東華大學，上海 201620)

聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布應用前景分析

姜瑞明1，錢競芳2

(1.天鼎豐非織造布有限公司，山東 德州 251500； 2.東華大學，上海 201620)

文章在比較了聚酯及聚丙烯非織造土工布耐堿性和力學性能的基礎上，分析了聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布的應用領域和生產現狀，指出了我國目前生產聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布存在的問題。

土工布；針刺非織造布；聚丙烯；紡粘法

土工布作為土工合成材料的一種，在堤壩坡岸、公路建設、鐵路建設、工業與民用建筑、農業、環保等領域有著廣泛的應用，它的發展對促進各行業的科技進步，對國家經濟建設起著重大的作用。因此，對土工布的開發應用具有重要的社會價值和可觀的經濟價值。

1 非織造土工布概述

按照加工和生產方法的不同，土工布可分為機織土工布、編織土工布和非織造土工布三種。其中，機織土工布具有較高的抗拉強度，一般用于各種強力要求較高的地方，但機織土工布對角拉伸強度較低，且紗線的位移會改變土工布的孔徑大小，從而影響過濾性能，因此機織土工布適用于加固建工材料，一般不用于隔層和濾水材料。編織土工布縱橫向一般都具有相當強的抗拉強度，穩定性能好，但因其各向同向性差、孔隙穩定性差、強力相對較低等特點，在土工材料中的使用相對較少[1]。非織造土工布具有良好的延伸性、力學性能和水平滲透過濾性能等，具有排水、過濾、隔離、加筋、防滲、防護六大功能，以及加工簡單、生產效率較高、成本較低等特點，因此被廣泛應用于水利、電力、公路、鐵路、機場、港口、圍墾、環保、抗洪以及各種地下、水下等各種土木工程領域，雖然起步較晚，但發展非常迅速。目前，世界非織造土工布占全部土工布的70%左右，我國非織造土工布約占全部土工布總量的60%。

在非織造土工布中，按成網和加固方法的不同，可將其分成紡粘法針刺非織造土工布、短纖針刺非織造土工布以及熱熔粘合法非織造土工布等幾種。其中，紡粘法針刺非織造土工布質地均勻，強力高，伸長率好，生產率高，成本最低，已成為主要的非織造土工布；短纖維針刺非織造土工布質地松軟，結構蓬松，吸水滲水性能好，適合于各種滲水、排水系統，也適合做路基，但其強力較差，抗撕裂性差；粘合法非織造土工布，由于粘合點不能產生滑移，布面比較僵直，抗撕拉性較差，因此在土木工程中應用很少。

在非織造土工布中，按所用原料的不同，可將其分成聚酯纖維非織造土工布、聚丙烯纖維非織造土工布、聚酰胺纖維非織造土工布、聚乙烯醇纖維非織造土工布，以及黃麻纖維、聚乙烯纖維、聚乳酸纖維非織造土工布等。其中，應用最普遍的是聚酯和聚丙烯纖維非織造土工布[2]。

聚酯纖維非織造土工布強力高，熔點高，具有優良的韌度和蠕變特性，尤其在抗紫外線、抗老化性能上均能夠滿足工程要求，但缺點是耐堿性能較差；聚丙烯纖維非織造土工布強度較高，耐酸堿性好、耐磨性好，耐腐蝕、耐霉變，耐低溫，具有較好的芯吸效應和滲水性能，且比重輕，價格便宜，使得聚丙烯非織造土工布在土木工程領域獲得廣泛應用，尤其是在地下耐酸堿環境下和高寒等惡劣環境中具有不可替代的關鍵地位。

2 聚酯和聚丙烯非織造土工布比較

2.1 聚酯和聚丙烯非織造土工布耐堿性能比較

圖1、圖2是模擬垃圾填埋場的使用環境，將三種針刺非織造土工布試樣浸泡在不同溫度垃圾填埋場的滲瀝液中180天后，測試得到的結果[3]。

圖1 土工織物經垃圾滲瀝液浸泡180天后拉伸強力保持率(%)

圖2 土工織物經垃圾滲瀝液浸泡180天后延伸率保持率(%)

從圖1、圖2可以看出，聚丙烯短纖針刺土工布在不同溫度下經滲瀝液浸泡180天后，拉伸強力和延伸率都保持在80%以上；再生聚酯短纖針刺土工布經滲瀝液浸泡180天，在20℃環境溫度下，拉伸強力和延伸率的保持率低于50%，在50℃和80℃環境溫度下，拉伸強力幾乎為0，試樣遭到嚴重破壞；聚酯紡粘針刺土工布經滲瀝液浸泡180天，在20℃和50℃環境溫度下，拉伸強力和延伸率的保持率在50%以上，但低于聚丙烯短纖針刺土工布，在80℃環境溫度下，延伸率保持率低于30%。從實驗結果可以得知，聚丙烯土工布完全符合垃圾填埋場的使用要求，聚酯土工布不適用于垃圾填埋場的高溫環境，再生聚酯土工布完全不能適用于垃圾填埋場工程。

2.2 聚酯和聚丙烯非織造土工布拉伸強力比較

表1是聚酯與聚丙烯非織造土工布拉伸強力的比較。從表1可以看出，短纖針刺非織造土工布強力明顯低于紡粘法針刺非織造土工布，聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布強力明顯高于聚酯紡粘法針刺非織造土工布。

表1 聚酯與聚丙烯非織造土工布拉伸強力比較

*注： GSM =g/m2(gram per square meter)

3 聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布應用領域

根據聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布的特性，其應用領域主要包括：

3.1 防滲工程

如污水處理廠、垃圾填埋場、污染物儲存池、環保及水工結構防滲、建筑防滲領域以及農業領域，作為與防滲土工膜結合使用的墊襯，非織造土工布要求耐高溫、抗冷凍、耐腐蝕、抗拉強度高，耐酸堿性能好，使用壽命長，因此，聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布具有非常好的應用前景。按照我國土工膜環保工程防滲材料需求的預測，2016年將需要聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布15萬噸。

3.2 粉煤灰堆場

粉煤灰的主要成分是酸性氧化物，但是粉煤灰加水后．溶液的pH值瞬時增加，且隨著時間的延長pH值增加，最大可達12以上，呈強堿性，因此在建設粉煤灰堆場時必須使用聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布。

目前根據我國火力發電和現代煤化工行業的發展，預計“十二五”末粉煤灰年產生量將達到6.82億噸，按照粉煤灰綜合利用率為70%計算，每年將有約2億噸粉煤灰需要長期堆放，約需3000萬平方米的防滲土工膜，其中高強聚丙烯土工布約需1.8萬噸。

3.3 尾礦庫堆場

大多數金屬尾礦庫，如金、鉛、銅、氧化鋁、汞、鎘、鉻和鉬等金屬尾礦庫的滲瀝液基本呈堿性，有的呈強堿性。所以必須采用耐酸堿的聚丙烯土工布防護防滲膜，輔助采用聚丙烯土工布復合的排水網，起加固、排水和反濾作用。

我國是一個礦業大國，數量驚人的尾礦對環境造成了嚴重的污染。隨著我國環保法規的健全和對環保要求的提高,尾礦庫的環保防滲問題日益受到重視，對聚丙烯土工布的需求也越來越多。

3.4 礦山堆浸場

中國礦產資源總量豐富，但具有品位低、礦石復雜難處理等顯著特點，因此，堆浸采礦技術在我國礦冶界得到廣泛應用，但選礦廠浸出液滲漏后會污染地下水及土壤，破壞環境。北京高能時代環境技術股份有限公司推出的濕法堆浸滲漏阻隔技術，采用土工膜、鈉基膨潤土墊、土工布和土工排水網等土工合成材料，有效地阻止了浸出液滲漏[4]。同樣，由于金屬堆浸液呈堿性，選用的土工布必須是聚丙烯土工布。

3.5 高鐵無碴軌道滑動層

高鐵無碴軌道的軌道結構，從上到下依次為：鋼軌、扣件、道床板、滑動層。滑動層位于道床板與橋面之間,由兩布一膜材料組成。由于底座混凝土板呈堿性，因此高鐵滑動層要求使用聚丙烯紡粘法針刺土工布。

據估算，每公里高鐵單軌無碴軌道需要使用聚丙烯紡粘針刺非織造土工布約2500 m2。根據中國中長期鐵路網規劃方案，到2020年，中國高速鐵路里程將超過30,000公里，因此對聚丙烯紡粘針刺非織造土工布也將有具有巨大的需求。

3.6 生態袋

生態袋是由以聚丙烯為原料制成的高強度、平面穩定的針刺非織造土工布加工而成的袋子，耐腐蝕性強,抗紫外線,不降解并可以抵抗蟲害的侵蝕，抗老化，抗酸堿鹽侵蝕及微生物分解，具有透水不透土的功能，既能防止袋內填充物(土壤及營養材料混合物)流失，又能實現水分在土壤中的正常交流，植物生長所需的水分得到了有效的保持和及時的補充，植物能通過袋體自由生長，根系進入工程基礎土壤中，形成袋體與主體坡面間的再次穩固作用,是荒山、礦山修復、高速公路邊坡綠化、河岸護坡、內河整治中重要的施工方法之一，是最新型的邊坡構件材料。

生態袋具有廣泛的應用領域，下游市場對生態袋產品的需求量逐年增長。據預測，今后生態袋市場年均增長率為15%～20%，其中歐洲、日本和韓國市場需求量較大，東歐、亞洲(日本除外)和南美市場正在發展，中國最具有開發潛力。

3.7 其它常用非織造布土工布應用領域

聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布幾乎可以用于所有聚酯紡粘法針刺非織造土工布應用領域。此外，隨著我國土壤鹽堿化現象日趨嚴重，聚酯非織造土工布耐堿性較差的問題日顯突出，聚丙烯非織造土工布的競爭優勢日益明顯。

4 聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布生產現狀

目前，國外生產聚丙烯紡粘針刺非織造土工布比較成功的企業主要是隸屬于奧地利TENCAT公司的位于馬來西亞POLYFELT(百利福)公司。近期天鼎豐非織造布有限公司與意大利的FARE(法瑞)公司強強合作、研發高強粗旦聚丙烯紡粘針刺非織造土工布生產技術，并獲得重大突破。表2是最新研制生產的聚丙烯紡粘針刺非織造土工布樣品與百利福公司聚丙烯紡粘針刺非織造土工布標準和我國聚酯紡粘針刺非織造土工布國家標準的比較。

表2 三種紡粘針刺工布檢測標準

從表2可以看到，法瑞公司樣品的拉力遠遠高于百利福產品標準，也遠遠超過我國聚酯紡粘針刺非織造土工布國標；法瑞公司樣品的拉伸強力、撕裂強力和CBR頂破強力也達到了300 g/m2聚酯紡粘針刺非織造土工布的國標要求。但是由于樣品未經過熱定型，其橫向延伸率偏高。

目前，在歐美等發達國家，聚丙烯紡粘針刺非織造土工布占紡粘土工布比例達30%～40%，有的國家甚至達到50%以上。但在我國，紡粘針刺土工布均為聚酯纖維，聚丙烯紡粘針刺非織造土工布幾乎是空白。

2009年，國家發改委與工程部聯合發布的《關于紡織機械工業調整指導意見》中，將聚丙烯紡粘針刺非織造土工布項目列為積極鼓勵和扶持的重點項目，但迄今為止，聚丙烯切片紡粘法氣流拉伸后，單絲的強度不能達到≥3.5 g/d，聚丙烯紡粘針刺土工布的拉伸強度也達不到紡粘針刺非織造土工布的GB/T17639-1998國家標準，聚丙烯紡粘針刺非織造土工布尚未形成產業化生產。

5 結論

聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布具有強度高、耐酸堿、耐腐蝕、耐霉變，耐低溫等優點，是高科技含量、高附加值的產品，在土木工程多領域具有廣泛的應用，尤其是在地下耐酸堿環境和高寒等惡劣環境中具有不可替代的關鍵地位。隨著聚酯長絲非織造土工布耐堿性較差的弊端日漸突出，聚丙烯長絲非織造土工布在我國具有巨大的應用前景。但目前，由于相關生產關鍵技術尚未獲得突破，我國聚丙烯紡粘法針刺非織造土工布尚未形成產業化生產。要滿足市場需求，國內必須加快相關技術和設備的引進和開發，突破粗旦高強聚丙烯纖維的紡絲技術及土工布針刺加工技術。

[1] 熊葳.非織造土工布的發展和應用[J].輕紡工業與技術，2010,(4)：19.

[2] 孫彤彤.我國聚丙烯土工布的生產應用及發展前景[J].非織造布，2001,(4):29—35.

[3] 全漢容.用于垃圾填埋場防護與排水的非織造土工布的耐化學性研究[J].產業用紡織品， 2004，(4):23—26.

[4] 劉勇等.基于濕法堆浸場工藝的多重滲漏阻隔技術應用[J].有色金屬工程, 2013，(2):51—55.

Application Prospect of Polypropylene Spunbond Needle-punched Geotextiles

JiangRuiming1,QianJingfang2

(1.Tiandingfeng Nonwovens Co., Ltd.,Dezhou 251500, China； 2.Donghua University, Shanghai 201620, China)

The differences of alkli resistance and mechanical properties for the polyester nonwoven geotextiles and polypropylene nonwoven geotextiles were compared, then the application prospect and manufacturing status of the polypropylene spunbond needle-punched geotextiles was analysed.The existing problems in manufacturing the polypropylene spunbond needle-punched geotextiles in China were found out.

geotextile； needle-punched nonwoven； polypropylene； spunbond

2015-05-18

姜瑞明(1963—)，男，山東煙臺人，工程師。

F426

A

1009-3028(2015)04-0039-04