無紡土工布耐酸堿性探究

解井坤，李建新，褚兆晶(浩陽環境股份有限公司，山東 德州 251200)

無紡土工布耐酸堿性探究

解井坤，李建新，褚兆晶(浩陽環境股份有限公司，山東 德州 251200)

以滌綸長絲無紡土工布、滌綸短纖無紡土工布以及丙綸短纖無紡土工布為研究對象，考察了不同pH(酸堿)條件下滌綸長絲無紡土工布的耐腐蝕性，時間對無紡土工布耐腐蝕性的影響，不同克重(每平方米)的滌綸長絲和滌綸短纖無紡土工布的耐腐性以及丙綸短纖和滌綸短纖無紡土工布的耐腐蝕性比較。結果表明：在pH=2～10的酸堿環境中，滌綸長絲和滌綸短纖無紡土工布具有良好的耐受性；在pH≥12的環境中，滌綸長絲無紡土工布短時間內其斷裂拉伸性能即完全喪失，滌綸短纖無紡土工布較之滌綸長絲有較好的耐受性；丙綸短纖無紡土工布無論在強酸和強堿環境中都具有良好的耐受性，而且其在強酸環境中的性能優于滌綸短纖無紡土工布。

無紡土工布； 耐酸堿性； 滌綸長絲； 滌綸短纖

1 前言

無紡土工布是通過纖維成網和固結的方法制成，纖維呈三維結構，具有良好的延伸性和力學性能，可選用不同的原料和工藝，設計成具有廣泛結構特征與不同性能的織物[1]。由于其性能優異、加工簡單、成本較低等特點，已成為當今世界土工布發展的主要方向，占土工布市場份額的60%以上[2]。非織造土工布用途多種多樣，在工程中的應用功能可以概括為加強、防護、排水、過濾和隔離5種[3]。目前廣泛應用于公路和鐵路的路基加強，海岸、河岸的保護，水土流失的控制，橋墩、隧道、巖洞、抗洪救災工程以及垃圾填埋場、危險廢物填埋場、礦山尾礦庫的防滲工程[4]。

不同填埋場中的固體廢棄物種類各異，各種礦山所產生的礦渣也各不相同，從而使得填埋場和尾礦庫產生的滲濾液具有不同的酸堿特性。例如垃圾衛生填埋場由于有機物的降解往往產生大量的酸性物質使得其所產生的滲濾液呈現酸性[5]；赤泥尾礦庫由于在氧化鋁的冶煉過程中使用強堿氫氧化鈉作為溶出劑，使得所產生的赤泥及其附液具有強堿性[6]，此外，金尾礦的pH為10～12[7]，磷石膏的pH為1.5～4.5[8]。工程應用中，不同的酸堿暴露環境往往引起無紡土工布的物理化學性能不同程度的下降，從而對整個工程的質量產生不良影響。

目前，人們對無紡土工布的耐腐蝕性還只是籠統的認識，無法給工程設計、材料選擇提供準確充足的數據支持，從而對工程的實際效果產生影響。因此本文從以下4個方面進行了研究：①不同pH(酸堿)條件下的無紡土工布耐腐蝕性；②不同暴露時間下的無紡土工布耐腐蝕性；③不同克重的長絲和短纖無紡土工布的耐腐蝕性；④不同種類的無紡土工布的耐腐性對比。通過本次研究能夠為無紡土工布的耐腐蝕性提供系統全面的數據支持，同時為無紡土工布在工程中的應用選擇提供理論和技術支持。

2 材料與方法

2.1 材料

本試驗所用無紡土工布均為本公司(山東浩陽新型工程材料股份有限公司)檢驗合格的產品，其中包括：200g/m2的滌綸長絲、滌綸短纖、丙綸短纖；400g/m2的滌綸長絲、滌綸短纖；600g/m2的滌綸長絲、滌綸短纖。PH計(PHS- 3C)，電熱恒溫水浴鍋(XMTD- 7000)，氫氧化鈉(分析純)，濃硫酸(分析純)。本試驗的拉伸性能以斷裂強力和斷裂伸長率表示(斷裂強力為在規定條件下進行的拉伸試驗過程中，試樣被拉斷記錄的最大力為斷裂強力。斷裂伸長率為對應于斷裂強力的伸長率)。

2.2 試驗方法

2.2.1 不同pH對無紡土工布性能的影響

①配制pH為2、4、6、8、10、12的溶液，滿足對無紡土工布的浸沒，并分別對其編號；②取相同規格的滌綸長絲土工布(200g/m2，20cm×8cm)，向①中配制的每種pH溶液中浸沒兩塊無紡土工布(結果取其平均值)，用保鮮膜將燒杯密封；③將燒杯放入60℃恒溫水浴鍋中，每天晃動或攪動燒杯一次使其充分均勻；④7d后取出樣品用清水沖洗干凈，常溫下自然干燥，測定每個樣品的拉伸性能。

2.2.2 時間對無紡土工布性能的影響

①配制pH為2和12的溶液如上面2.2.1中①；②取相同規格的滌綸長絲無紡土工布10塊(200g/m2，20cm×8cm)，向pH為2和14的溶液中分別浸入12塊，用保鮮膜密封；③分別在3、5、7、10、15、20d后各取出兩塊試樣，用清水沖洗干凈后，常溫自然干燥，測定其拉伸性能(取平均值作為計算數值)，過程中注意觀察pH的變化并修正。

2.2.3 不同克重的滌綸長絲無紡布和滌綸短纖無紡布耐酸堿性分析

①配置pH為2和14的溶液見2.2.1中①，每個pH值配置6個試驗組；②取200g/m2的長絲無紡土工布2塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取200g/m2的短纖無紡土工布2塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取400g/m2的長絲無紡土工布2塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取400g/m2的短纖無紡土工布2塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取600g/m2的長絲無紡土工布2塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取600g/m2的短纖無紡土工布2塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；③用保鮮膜將燒杯密封，7d后將樣品取出，用清水沖洗干凈，恒溫干燥后測定其拉伸性能(取平均值作為計算數值)。

2.2.4 滌綸短纖和丙綸短纖無紡土工布耐酸堿性比較

①配制pH為2和14的溶液，見2.2.1中①，每個pH設置一個試驗組；②取相同規格的PP短纖無紡土工布(200g/m2，20cm×8cm)4塊，向pH為2和12的溶液中分別加入2塊；取相同規格的滌綸短纖無紡土工布(200g/m2，20cm×8cm)4塊，向pH為2和12的溶液中分別加入2塊；③用保鮮膜密封燒杯，7d后取出樣品，用清水清洗干凈，常溫自然干燥后測其拉伸性能(取平均值作為計算數值)。

3 結果與分析

3.1 不同pH對無紡土工布性能的影響

通過配制不同pH的溶液來模擬無紡土工布在自然界所處的不同酸堿環境，用以探究無紡土工布在不同酸堿條件下的性能變化，進而針對不同酸堿環境的垃圾填埋場、危險廢物填埋場以及礦山尾礦庫工程的無紡土工布的選擇應用和應用檢測提供指導。本試驗采用同一批次的相同規格的滌綸長絲無紡土工布(200g/m2，20cm×8cm)在不同pH溶液中浸沒7d，根據所測得的斷裂強力和斷裂伸長率繪制pH—斷裂強力—斷裂伸長率關系曲線，如圖1。從圖1中可以看出經過7d不同pH的浸沒，在pH=2～10范圍內斷裂強力和斷裂伸長率較之原始數值都有所下降，但都保持一個較高的水平，如斷裂強力和斷裂伸長率的原始數值為9.76kN/m和78.2%，在pH=6時斷裂強力和斷裂伸長率最低分別為8.09kN/m和68.50%，較之原始數據分別下降了17.1%和12.4%。說明在pH=2～10范圍內，短時間的酸堿環境對滌綸無紡土工布的拉伸性能影響較小，另外在pH=2時，滌綸無紡土工布保有較大的斷裂強力和斷裂伸長率，而在pH=12時，滌綸無紡土工布已基本溶解，其拉伸性能完全喪失，說明滌綸無紡土工布耐強酸性能較好，有一定的耐堿性，但耐強堿能力較差，所以對滌綸無紡土工布在強堿環境中的應用應慎重。

圖1 不同pH對無紡土工布拉伸性能的影響

3.2 時間對無紡土工布耐腐蝕性的影響

為了探究應用于強酸和強堿環境中的無紡土工布其拉伸性能隨時間的變化，本試驗取同一批次相同規格的滌綸無紡土工布(200g/m2，20cm×8cm)在pH=2和pH=12的溶液中分別浸沒3、5、7、10、15、20d，得到了斷裂強力和斷裂伸長率隨時間的變化曲線如圖2。從圖2中可以看出無論是強酸和強堿條件下，滌綸長絲無紡土工布的斷裂強力和斷裂伸長率都隨著時間的增長而降低，但在強酸環境中，斷裂強力和斷裂伸長率的下降速率較慢，浸沒5d后分別下降了2.1%和9.56%，浸沒20d后斷裂強力和斷裂伸長率分別下降了25.7%和17.14%，然而在強堿環境中，滌綸長絲無紡土工布的斷裂強力和斷裂伸長率都隨時間的增長迅速下降，浸沒5d的斷裂強力和斷裂伸長率分別下降86.4%和41.8%，7d后的滌綸無紡土工布已經完全喪失拉伸性能。進一步驗證了滌綸長絲無紡土工布不耐強堿，但具有良好的耐強酸性能，并且在長時間的強酸環境中能較好的保持其強力和拉伸性能，而對于強堿環境，滌綸長絲無紡土工布短時間內即喪失其強力和拉伸性能。

圖2 時間對無紡土工布耐酸堿性的影響

3.3 不同克重的滌綸長絲無紡布和滌綸短纖無紡布耐酸堿性分析

本試驗分別對200、400、600g/m2的滌綸長絲無紡土工布和滌綸短纖無紡土工布進行了7d的強酸強堿浸漬試驗，對不同克重的長絲和短纖無紡土工布在強酸和強堿環境的強力和拉伸性能進行了分析探討，見圖3和圖4。

圖3 斷裂強力和斷裂伸長率與克重(每平方米)之間的關系(滌綸長絲)

圖4 斷裂強力和斷裂伸長率與克重(每平方米)之間的關系(滌綸短纖)

圖3為滌綸長絲無紡土工布浸漬7d后克重與斷裂強力和斷裂伸長率的關系圖，從圖3中可以看出，在強酸環境中(pH=2)，200、400、600g/m2滌綸長絲無紡土工布的斷裂強力和斷裂伸長率在浸漬后都處在一個較高的水平，如表1所示。200g/m2試樣浸漬后較空白樣的斷裂強力有微小的增長，可能是由于浸漬樣品和空白樣品之間的不同而產生的誤差，對于400、600g/m2試樣的斷裂伸長率的增長說明斷裂伸長率和斷裂強力并非同比例和同趨勢變化。在強堿環境中(pH=12)，200、400、600g/m2滌綸長絲無紡土工布的斷裂強力和斷裂伸長率在浸漬后都出現了明顯的下降，其斷裂強力下降順序為100%(200g/m2)>89.1%(600g/m2)>85.6%(400g/m2)，斷裂伸長率下降順序為100%(200g/m2)>35.6%(600g/m2)>33.2%(400g/m2)，如表1所示。說明在強堿環境中，滌綸無紡土工布的耐受性較差，克重的增大并不能很好地增大其斷裂強力和斷裂拉伸性能，由此可以避免不良的選擇而造成不必要的經濟損失。

表1 滌綸長絲斷裂強力和斷裂伸長率下降百分比

圖4為滌綸短纖無紡土工布浸漬7d后克重與斷裂強力和斷裂伸長率的關系圖，從圖4中可以看出，在強酸環境中(pH=2)，200、400、600g/m2滌綸短纖無紡土工布和滌綸長絲無紡土工布類似，斷裂強力和斷裂伸長率在浸漬后都處在一個較高的水平，如表2所示。在強堿環境中(pH=12)，200、400、600g/m2滌綸短纖無紡土工布的斷裂強力和斷裂伸長率在浸漬后也出現了下降，其斷裂強力下降順序為73.3%(200g/m2)>62%(400g/m2)>52.1%(600g/m2)，斷裂伸長率下降順序為41.9%(600g/m2)>37.6%(200g/m2)>24%(400g/m2)，如表2所示。說明滌綸短纖在強堿環境中的耐受性也不是很好，但較之滌綸長絲有明顯的改善，且克重的增加也使得其斷裂強力增大，而斷裂伸長率的變化規律并不依附于克重的變化。

表2 滌綸短纖斷裂強力和斷裂伸長率下降百分比

3.4 滌綸短纖和PP短纖無紡土工布耐酸堿性比較

本試驗對比了滌綸短纖和PP短纖無紡土工布在強酸強堿環境中的斷裂拉伸性能，其結果如圖5所示。在強酸環境中(pH=2)，PP短纖和滌綸短纖無紡土工布浸漬后都保持較好的斷裂拉伸性能，斷裂伸長率處于同一水平，但是PP短纖無紡土工布的斷裂強力明顯高于滌綸短纖無紡土工布。在強堿環境中(pH=12)，PP短纖無紡土工布浸漬后，斷裂強力和斷裂伸長率和空白樣品基本處于同一水平，而滌綸短纖無紡土工布浸漬后，斷裂強力和斷裂伸長率都出現了明顯的下降，尤其是斷裂強力下降了73.3%。說明了PP短纖具有優良的耐強酸強堿特性，并且在強酸環境中的斷裂拉伸性能較之滌綸短纖更好。

圖5 PP短纖和滌綸短纖耐酸堿性比較分析

4 結論

(1)在pH=2～10的酸堿環境中，滌綸長絲和滌綸短纖無紡土工布具有良好的耐受性。

(2)在pH≥12的環境中，滌綸長絲無紡土工布短時間內其斷裂拉伸性能即完全喪失，滌綸短纖無紡土工布較之滌綸長絲有較好的耐受性。

(3)在強酸環境中，隨著克重(每平方米)的增加滌綸短纖和滌綸長絲無紡土工布的性能都呈增大趨勢；在強堿環境中，隨著克重(每平方米)的增大滌綸長絲無紡土工布對其耐受性能的改善并不明顯，而滌綸短纖無紡土工布的耐受性能則逐漸增大。

(4)丙綸短纖無紡土工布無論在強酸和強堿環境中都具有良好的耐受性，而且其在強酸環境中的性能優于滌綸短纖無紡土工布。

因此，對于不同酸堿環境的填埋場和礦山尾礦庫，可根據耐酸堿特性選擇不同規格、不同種類的無紡土工布用于防滲工程的反濾材料和膜的保護層以及用于三維復合排水網、膨潤土防水毯(GCL)、復合土工膜的結構組成。例如，當酸堿環境為pH<10時，可選擇滌綸長絲、滌綸短纖或者丙綸無紡土工布，當酸堿環境為強堿時即pH≥12時，短時間的應用可選擇滌綸短纖或者丙綸無紡土工布，當長時間應用時應選擇丙綸無紡土工布。

由于不同填埋場和礦山尾礦庫的滲濾液成分十分復雜，無紡土工布的性能不僅僅受到酸堿環境的影響，往往其他成分也會對無紡土工布的性能產生一定的影響，需要進一步深入探究，以獲得更為完善的數據，為工程的建設提供準確的指導。

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Research on acid and alkali resistance of non-woven fabric

Taking polyester filament non-woven geotextile, polyester staple fiber non-woven geotextile and polypropylene staple fiber non-woven geotextile as the research objects, the corrosion resistance of polyester filament non-woven geotextile under different pH (acid and alkali), the effect of time on the corrosion resistance of non-woven fabric were studied. The corrosion resistance of different weight (per square meter) of polyester filament and polyester staple fiber non-woven geotextiles, and the corrosion resistance of polypropylene staple fiber and polyester staple fiber non-woven geotextiles were compared separately. The result showed that polyester filament and polyester staple fiber non-woven geotextiles had good tolerance when pH=2～10. When pH≥12 the tensile properties of polyester filament non-woven geotextile completely lost within a short time and the tolerance of polyester staple fiber non-woven geotextile was better than polyester filament non-woven geotextile. Polypropylene staple fiber non-woven geotextile had good tolerance both in acid and alkali environment, and in strong acid environment the polypropylene staple fiber non-woven geotextile was superior to polyester staple fiber non-woven geotextile.

non-woven fabric; acid and alkali resistance; polyester filament; polyester staple fiber

TB302

A

解井坤(1989-)，男，山東聊城人，碩士，主要從事固體廢棄物和礦山尾礦庫方面的技術研究工作。