高密度聚乙烯土工膜性能及其受到聚乙烯原料的影響分析

夏 璐

(江西省建筑材料工業科學研究設計院,江西 南昌 330001)

引言

聚乙烯土工膜具有非常低的滲透性,一般情況下都用在土木工程的防滲中。和普通的防水材料對比,其具有強度大、滲透系數低以及連接性優越等多方面的顯著優勢,所以其在水土保持、環境整改、綠化環境和避免土地沙漠化等工程中也扮演著關鍵角色。按照原料構成進行分類,可以分為高密度的、低密度的以及線性低密度等三種,其中高密度的防滲透性能及強度最佳,使用最為普遍。

1 高密度聚乙烯土工膜性能

聚乙烯土工膜的成型工藝主要有兩種類型,第一種是壓延成型工藝,第二種是吹塑成型工藝。前者簡單明了,不過對三輥壓光機輥筒的光潔度要求極高,制作出來的土工膜橫向厚度均勻性極差。而后者則能夠有效規避這一漏洞,憑借對風壓以及牽引速度的調控,每個方向都可以拉伸土工膜,所以成品力學性能較為理想[1]。

投入于施工中的高密度聚乙烯土工膜,必須具有良好的抗壓性,極強的沖擊強度和焊接性能,并且還需具備耐低溫、防滲透以及卓越的耐環境應力開裂性。高密度聚乙烯的牌號豐富多樣,現階段普遍用于制造土工膜的有K360、TR400以及3721C等。

2 聚乙烯原料對高密度聚乙烯土工膜主要性能的影響

本次實驗使用吹塑成型工藝,使用FB1350、3721C、K306、TR400、TR480AT以及9455F等牌號的聚乙烯作為樹脂材料,制造編號A～H等八種厚度為2mm的雙光面HDPE土工膜,配方密度分別為0.9506、0.9525、0.9525、0.9525、0.9601、0.9696、0.9559以及0.9661。

2.1 對力學性能的影響

從下表1中不難發現,密度最低的A只有屈服強度不夠理想,其他力學性能都不錯,并且其斷裂伸長率是所有試樣中最大的。這主要是因為制造A的FB1350為優化之后的樹脂,分子量分布中,雙峰性突出,不僅具備低分子量樹脂的柔韌性,同時也具有高分子量樹脂的極高強度。

B、C及D三者的密度一致,而且屈服、撕裂以及穿刺的強度均和E相近,并且斷裂強度超過了F,這主要是因為它們的聚乙烯樹脂均是由α烯烴單體和乙烯單體集聚而成的。在分子鏈當中,α烯烴的基團產生長支鏈,讓它們的力學性能都得到了優化[2]。因為α烯烴的類型和含量方面的差異,致使三者的力學性能相差不大。

G與H的生產原料來自于K306和9455F的混合物質,后者成分中的9455F含量多于前者。將C、F、G以及H進行對比發現,9455F含量越高,那么土工膜的斷裂強度越低,二則為負相關關系。原因在于9455F含量越高,那么高分子量鏈組分的含量就會增多,混合物的分子柔順性便會下滑,導致屈服強度大于斷裂強度。和C相比,F的屈服強度更加理想,不難發現,隨著9455F含量的提升,土工膜的屈服強度也會隨之強化。

表1 2毫米雙光面高密度聚乙烯土工膜力學性能

2.2 對焊接性能的影響

保持同等的焊接溫度(420℃)、壓力(1200牛)以及時間,使用相同的焊接機,對各種不同成分的高密度聚乙烯土工膜展開焊接,隨后借助于便攜式拉力機,對焊接剝離斷裂值展開測定。

表2 2mm雙光面高密度聚乙烯土工膜焊接剝離斷裂值

縱觀表2可以發現,所有的高密度聚乙烯土工膜的剝離斷裂之均滿足GM19以及GB/T17643-2011的標準。如果材料不一樣,那么焊接剝離斷裂值也會存在差異。

不僅焊接的穩定、壓力以及時間會影響高密度聚乙烯土工膜的剝離強度,聚乙烯樹脂的分子構造同樣也是影響因素之一。所以在實施焊接時,焊接條件應當視高密度聚乙烯土工膜的材質而定,進而實現最理想的焊接效果,保障剝離斷裂值達到最高。

2.3 耐環境應力開裂性能

環境應力開裂指的是材料于環境和應力雙重因素的共同作用之下出現的開裂。K360、3720C以及TR400均超過3000小時,主要是由于在分子鏈之中,存在α烯烴產生的長支鏈,所以時間遠超過GM13以及GB/T17643-2011的標準規范,耐環境應力開裂性能非常理想。而TR480AT雖然耐環境應力開裂性能也不錯,但是因為密度較高,所以單位面積所需耗費量更大的材料,施工成本較高[3]。至于9455F,并未達到GM13以及GB/T17643-2011的標準規范,所以必須進行改性,才可以投入土工膜的生產當中。

3 結語

總的來說,中密度聚乙烯的綜合性能較為理想,這主要源于其特殊的分子結構,比方說α烯烴長支鏈。在實施焊接的過程中,焊接條件應當視高密度聚乙烯土工膜的材質而定,進而實現最理想的焊接效果。密度較低的中密度乙烯的耐環境應開力性能和力學性能都不是非常理想,但是用來制造同規格聚乙烯土工膜,所耗費的材料量很低,適合用來制造高質量的高密度聚乙烯土工膜。