本發(fā)明涉及土工格柵，特別涉及一種高強土工格柵及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，在道路施工中選用土工格柵鋪設(shè)在土木工程中，土工格柵大多是采用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物經(jīng)熱塑或模壓而成的二維網(wǎng)格狀或具有一定高度的三維立體網(wǎng)格屏柵，土工格柵可以作為高強加筋土工帶，能有效地提高加筋承載面的嵌鎖、咬合作用、極大程度地增強地基的承載力、有效地約束土體的側(cè)向位移，增強地基穩(wěn)固性能。
土工格柵分為塑料土工格柵，是在經(jīng)擠壓制出的聚合物板材上沖孔，然后在加熱條件下施行定向拉伸制成；鋼塑土工格柵是以高強鋼絲與聚乙烯，并添加其他助劑，通過擠出使之成為復(fù)合型高強抗拉條帶，采用特殊強化粘接的熔焊技術(shù)焊接其交接點而成型；玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為材質(zhì)，采用一定的編織工藝并經(jīng)特殊的涂覆處理工藝制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，目前，仍以塑料土工格柵作為主流。
現(xiàn)有專利中申請公布號為CN 104818704A的中國專利公開了一種PBO纖維高強土工格柵，該種格柵采用PBO纖維增強熱塑性聚合物材料制備土工格柵筋條包覆層，使其具有優(yōu)異的強度、耐腐蝕以及抗老化的性能。
但是，上述格柵以及現(xiàn)有技術(shù)中的大部分格柵在鋪設(shè)完成后，需要在48小時之內(nèi)進行填土，否則因陽光暴曬后，土工格柵受紫外線輻射發(fā)生老化、變形、破損。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種受紫外線照射不易發(fā)生老化、形變和破損的高強土工格柵及其制備方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：
一種高強土工格柵，經(jīng)由下列重量份的組分原料加工而成：
通過采用上述技術(shù)方案，該基體樹脂具有較好的強度與韌性，向基體樹脂中加入熱塑性彈性體，增強了基體樹脂的耐候性與耐老化性，同時使格柵的彈性能進一步增強，提高了該格柵的抗沖擊性能；向基體樹脂與熱塑性彈性體的共混物中加入增強填料，使制得的格柵具有優(yōu)異的強度，在道路施工中起到良好的支撐作用，向反應(yīng)體系內(nèi)加入光穩(wěn)定劑、抗氧劑，二者能夠產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠有效抑制基體樹脂與熱塑性彈性體分子鏈中的雙鍵發(fā)生斷裂而產(chǎn)生自由基，自由基與氧氣反應(yīng)引起進一步地破壞，使制備的格柵能夠抵抗因陽光照射發(fā)生老化，避免因老化對格柵造成變形、破損；鄰苯二甲酸酯增塑劑是一種可顯著增強樹脂的流動性的增塑劑，對樹脂和彈性體均有良好的相容性，同時兼具毒性低、電性能好、揮發(fā)性小、氣味小、耐候性好的優(yōu)點，將它與抗氧劑共同作用時，可促進抗氧劑對紫外線的吸收，更加減緩了受紫外線照射發(fā)生老化，造成該格柵的變形、破損，經(jīng)該配方制備的土工格柵具有優(yōu)異的強度、抗沖擊性能、耐陽光輻射、耐老化的特性，可延長鋪設(shè)土工格柵完成后填土的時間，同時保持土工格柵良好的支撐強固作用。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述基體樹脂為PE、PP、PVC、HIPS中的一種或幾種與酚醛樹脂的混合物，所述酚醛樹脂在PE、PP、PVC、HIPS中的一種或幾種與酚醛樹脂的混合物中的重量百分比為20～30％。
通過采用上述技術(shù)方案，PE、PP、PVC和HIPS是常用的熱塑性塑料體，可大量使用作為該土工格柵的基體樹脂，同時，基體樹脂中包含酚醛樹脂，酚醛樹脂具有優(yōu)異的耐弱酸和弱堿性，適合在戶外天氣中使用，具有優(yōu)異的耐候性、耐老化性與抗腐蝕性，在基體樹脂中酚醛樹脂的添加量在20～30％時，酚醛樹脂與熱塑性塑料體產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠使基體樹脂保持優(yōu)異的抗沖擊強度、良好的硬度與耐老化性能。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述熱塑性彈性體為三元乙丙與丁苯橡膠的混合物，其中三元乙丙橡膠在三元乙丙與丁苯橡膠的混合物中的重量百分比為40～60％。
通過采用上述技術(shù)方案，三元乙丙橡膠是乙烯、丙烯和非共軛二烯烴的共聚物，密度在0.86～0.9kg/m3，是密度最輕的常用橡膠，能夠吸收大量的填料和油性填料而影響不大，沖擊回彈性好，其主鏈?zhǔn)怯苫瘜W(xué)穩(wěn)定的飽和烴組成，側(cè)鏈中合有不飽和雙鍵，具有優(yōu)異的耐酸堿、有機溶劑的特性；丁苯橡膠是聚苯乙烯和丁二烯共聚物，兼具聚苯乙烯的硬度和丁二烯的柔性，具有優(yōu)異的彈性以及耐磨性；將三元乙丙橡膠與丁苯橡膠共混，增加了共混物中有機基團的多樣性，二者實現(xiàn)優(yōu)勢互補，使抗沖擊強度得到大幅度提高，同時可彌補基體樹脂的耐老化性差的特性，當(dāng)三元乙丙橡膠在共混物中的重量百分比為40～60％時，共混物具有最佳的回彈性，抗沖擊強度達到最大；同時，該共混物以上述比例混合時，還可填充大量的其他組分，具有優(yōu)異的可填充性。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述增強填料為納米碳酸鈣、納米二氧化硅、滑石粉中的一種或幾種與碳納米管的混合物，所述碳納米管在納米碳酸鈣、納米二氧化硅、滑石粉中的一種或幾種與碳納米管的混合物中的重量百分比為5～10％。
通過采用上述技術(shù)方案，納米碳酸鈣又稱為超微細(xì)碳酸鈣，可改善塑料制品加工過程中的流動性，提高其成型性，還具有優(yōu)異的分散性能可均勻分散在基體樹脂與熱塑性彈性體的共混物中；滑石粉為白色微細(xì)無砂性的粉末，具有優(yōu)良的潤滑性、抗黏性、抗酸性、化學(xué)穩(wěn)定性、良好的遮蓋力和柔軟性，在基體樹脂與熱塑性彈性體的共混體系中充當(dāng)增強增韌的作用，增加產(chǎn)品形狀的穩(wěn)定性，增加張力強度、剪切強度，減小變形伸張率和熱膨脹系數(shù)，可均勻分散在基體樹脂與熱塑性彈性體的共混物中；納米二氧化硅是超細(xì)納米級的白色粉末，可均勻分散在熱塑性彈性體與基體樹脂共混物的空隙中，提高該共混物的抗拉強度與抗沖擊強度，同時，能夠改善共混物的加工流動性，使加工的復(fù)合材料質(zhì)地均勻，強度較高；碳納米管是指呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管，其中碳原子以sp2雜化為主，使其具有高模量和高強度，在增強填料中碳納米管的添加量為5～10％時，碳納米管與其他填料具有最優(yōu)的復(fù)配比，制得的土工格柵具有最佳的力學(xué)強度與柔韌性；同時六角型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在一定程度的彎曲，形成空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，p軌道彼此交疊在碳納米管層外形成高度離域的大π鍵，具有較好的光屏蔽作用，π鍵有利于碳納米管與其他帶雙鍵的填料構(gòu)成共軛結(jié)構(gòu)，起到增強作用的同時又提高了該共混材料的光穩(wěn)定性。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：還包括0～20份纖維填料，所述纖維填料為碳纖維、玻璃纖維、鋼纖維中的一種或幾種的任意組合。
通過采用上述技術(shù)方案，碳纖維是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，具有較高的比強度、比剛性，輕量化效果十分顯著，耐疲勞性好、熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性、耐腐蝕性好；玻璃纖維是性能優(yōu)異的無機非金屬材料，具有優(yōu)異的絕緣性，抗腐蝕性，機械強度高，但存在著性脆的缺陷，與上述碳納米管復(fù)配使用后，可彌補該玻璃纖維存在的性脆的缺陷，使該土工格柵具有優(yōu)異的抗沖擊性；鋼纖維是以切斷細(xì)鋼絲法、冷軋帶鋼剪切、鋼錠銑削或鋼水快速冷凝法制成長徑比為40～80的纖維，可與基體樹脂與熱塑性彈性體的共混物進行混合，提高該共混物的硬度，在道路施工中起到優(yōu)異的支撐強固作用。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述纖維填料的長度為1～5mm。
通過采用上述技術(shù)方案，采用短切纖維添加到基體樹脂與熱塑性彈性體的共混物中，長度為1～5mm，可保證纖維填料與共混物之間共混更加均勻，使共混后的復(fù)合材料具有優(yōu)異的強度性能，而長度大于5mm的纖維則不容易均勻分散在共混物中，混合不均勻?qū)е略搹?fù)合材料的強度降低。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述光穩(wěn)定劑選用2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、鄰羥基苯并三唑、水楊酸-4-叔丁基苯酯中的一種。
通過采用上述技術(shù)方案，2-羥基-4-正辛氧基二苯甲銅與大多數(shù)聚合物相容，特別是與聚烯烴有很好的相容性，揮發(fā)性低，具有優(yōu)異的吸收紫外線的性能，且能吸收300～375nm的紫外線；鄰羥基苯并三唑能夠較強烈地吸收310～385nm的紫外光，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，揮發(fā)性小，有抗氧作用，與其他樹脂的相容性較好；水楊酸-4-叔丁基苯酯是較廉價的紫外線吸收劑，與各種樹脂的相容性好，性能良好，可用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及熱塑性彈性體中，能夠吸收波長為350nm以下的紫外線，同時，具有優(yōu)異的耐候性，可應(yīng)用于戶外建筑施工中。
本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述抗氧劑選用二苯胺或者對苯二胺。
通過采用上述技術(shù)方案，二苯胺和對苯二胺都是具有較好的抗氧化作用的抗氧劑，能夠抑制或者延緩聚合物分子鏈斷裂產(chǎn)生自由基的物質(zhì)，在與光穩(wěn)定劑共同作用時，由于合有芳烴結(jié)構(gòu)，對光具有屏蔽作用，可顯著提高該復(fù)合材料耐光照輻射的作用，從而延緩?fù)凉じ駯诺哪屠匣阅堋?/p>
本發(fā)明還提供了一種高強土工格柵的制備方法，包括如下步驟：
(1)將增強填料、纖維填料在100℃烘箱內(nèi)進行干燥處理；
(2)按基體樹脂100份、熱塑性彈性體20～30份、增強填料20～40份、光穩(wěn)定劑5～10份、抗氧劑1～5份、鄰苯二甲酸酯增塑劑1～3份、交聯(lián)劑1～3份進行稱料，將基體樹脂、熱塑性彈性體、增強填料、纖維填料加入到高速混合機中，高速混合5～10min；再向共混機中加入光穩(wěn)定劑、抗氧劑、鄰苯二甲酸酯增塑劑和交聯(lián)劑，高速混合10～20min；
(3)將上述共混物放入擠出機中進行熔融擠出，擠出機料筒溫度為192～212℃，擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為180～220r/min；
(4)將上述熔體通過三輥壓延機成型板材，再經(jīng)沖壓機使用模具進行沖孔，經(jīng)孔板升溫到82～102℃后拉伸即可。
通過采用上述技術(shù)方案，制得的土工格柵具有優(yōu)異的耐光照輻射，延緩因光照輻射造成自身材質(zhì)的老化，同時，該土工格柵具有優(yōu)異的硬度、抗沖擊強度和良好的回彈性能。
綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：
1、基體樹脂中采用熱塑性樹脂與熱固性酚醛樹脂進行共混，制得的基體樹脂具有優(yōu)異的耐候性、耐老化性以及抗沖擊性；同時，將基體樹脂與熱塑性彈性體進行混合，具有優(yōu)異的抗沖擊性能、耐老化與耐腐蝕性能；
2、光氧化劑與抗氧劑起到協(xié)同作用，二者實現(xiàn)優(yōu)勢互補，可增強復(fù)合材料抵抗紫外線的能力，延緩復(fù)合材料發(fā)生老化、變形等；
3、鄰苯二甲酸酯增塑劑可提高共混體系的加工流動性，同時，鄰苯二甲酸酯增塑劑可促進抗氧劑的抗氧作用，能夠抑制聚合物分子鏈產(chǎn)生自由基；
4、選用納米填料與碳納米管復(fù)配進行增強，可顯著提高該復(fù)合材料的柔韌性，增強該復(fù)合材料的回彈性能，同時，碳納米管具有高度離域的大π鍵，π鍵有利于碳納米管與其他帶雙鍵的填料形成共軛結(jié)構(gòu)，起到了該復(fù)合材料的光穩(wěn)定性。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
檢測方法：
(1)拉伸及彎曲性能參照ASTM D238標(biāo)準(zhǔn)在INSTRON-1121型拉伸彎曲試驗機上進行測定；
(2)沖擊性能參照ASTM D256標(biāo)準(zhǔn)在JJ-20型沖擊試驗機上進行測定；
(3)耐光老化：選用美國ATLAS公司生產(chǎn)的Ci300+氙氣老化試驗箱對紫外性能進行檢測，光源采用4500w水冷氙燈，波長范圍300～400nm，輻照度為90w/m2，相對濕度10％，測試樣品與光源距離為500mm。
實施例一：
(1)將20份納米碳酸鈣、1份碳納米管在100℃烘箱內(nèi)進行干燥處理；
(2)稱取80份PE、20份酚醛樹脂、10份三元乙丙橡膠、15份丁苯橡膠、20份納米碳酸鈣、1份碳納米管加入到高速混合機中，高速混合10min；再向高速混合機中加入5份2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、1份二苯胺、1份鄰苯二甲酸二異辛酯和1份交聯(lián)劑，高速混合20min；
(3)將上述共混物放入擠出機中進行熔融擠出，擠出機料筒溫度為192℃，擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為180r/min；
(4)將上述熔體通過三輥壓延機成型板材，再經(jīng)沖壓機使用模具進行沖孔，經(jīng)孔板升溫到82℃后拉伸即可。
實施例二：
(1)將25份納米二氧化硅、1.2份碳納米管、5份碳纖維在100℃烘箱內(nèi)進行干燥處理；
(2)稱取77份PP、23份酚醛樹脂、12份三元乙丙橡膠、12份丁苯橡膠、25份納米二氧化硅、1.2份碳納米管和5份碳纖維加入到高速混合機中，高速混合10min；再向高速混合機中加入6份鄰羥基苯并三唑、2份對苯二胺、1.5份鄰苯二甲酸二異辛酯和1份交聯(lián)劑，高速混合20min；
(3)將上述共混物放入擠出機中進行熔融擠出，擠出機料筒溫度為192℃，擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為180r/min；
(4)將上述熔體通過三輥壓延機成型板材，再經(jīng)沖壓機使用模具進行沖孔，經(jīng)孔板升溫到82℃后拉伸即可。
實施例三：
(1)將30份滑石粉、1.5份碳納米管、10份玻璃纖維在100℃烘箱內(nèi)進行干燥處理；
(2)稱取75份PVC、25份酚醛樹脂、15份三元乙丙橡膠、10份丁苯橡膠、30份滑石粉、1.5份碳納米管和10份玻璃纖維加入到高速混合機中，高速混合10min；再向高速混合機中加入7份水楊酸-4-叔丁基苯酯、3份二苯胺、2份鄰苯二甲酸二異辛酯和1份交聯(lián)劑，高速混合20min；
(3)將上述共混物放入擠出機中進行熔融擠出，擠出機料筒溫度為192℃，擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為180r/min；
(4)將上述熔體通過三輥壓延機成型板材，再經(jīng)沖壓機使用模具進行沖孔，經(jīng)孔板升溫到82℃后拉伸即可。
實施例四：
(1)將28份納米碳酸鈣、3份碳納米管、15份鋼纖維在100℃烘箱內(nèi)進行干燥處理；
(2)稱取72份HIPS、28份酚醛樹脂、8份三元乙丙橡膠、12份丁苯橡膠、28份納米碳酸鈣、3份碳納米管和15份鋼纖維加入到高速混合機中，高速混合10min；再向高速混合機中加入8份2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、4份對苯二胺、2.5份鄰苯二甲酸二異辛酯和1份交聯(lián)劑，高速混合20min；
(3)將上述共混物放入擠出機中進行熔融擠出，擠出機料筒溫度為192℃，擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為180r/min；
(4)將上述熔體通過三輥壓延機成型板材，再經(jīng)沖壓機使用模具進行沖孔，經(jīng)孔板升溫到82℃后拉伸即可。
實施例五：
(1)將20份納米碳酸鈣、20份納米二氧化硅、3份碳納米管、20份碳纖維在100℃烘箱內(nèi)進行干燥處理；
(2)稱取35份PP、35份PVC、30份酚醛樹脂、10份三元乙丙橡膠、12份丁苯橡膠、20份納米碳酸鈣、3份碳納米管和20份碳纖維加入到高速混合機中，高速混合10min；再向高速混合機中加入10份水楊酸-4-叔丁基苯酯、5份二苯胺、3份鄰苯二甲酸二異辛酯和1份交聯(lián)劑，高速混合20min；
(3)將上述共混物放入擠出機中進行熔融擠出，擠出機料筒溫度為192℃，擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為180r/min；
(4)將上述熔體通過三輥壓延機成型板材，再經(jīng)沖壓機使用模具進行沖孔，經(jīng)孔板升溫到82℃后拉伸即可。
對比例一：與實施例二相比，缺少酚醛樹脂。
對比例二：與實施例二相比，缺少光穩(wěn)定劑。
對比例三：與實施例二相比，缺少抗氧劑。
對比例四：與實施例二相比，缺少光穩(wěn)定劑、抗氧劑。
對比例五：與實施例二相比，缺少碳納米管。
對比例六：與實施例二相比，缺少碳納米管、抗氧劑。
拉伸、彎曲及抗沖擊性能的檢測結(jié)果如下表所示：
由上表可知，按照實施例制得的土工格柵具有優(yōu)異的抗拉強度、彎曲強度和沖擊強度，而基體樹脂中缺少酚醛樹脂的試樣，土工格柵的抗拉強度、彎曲強度和沖擊強度均有下降；缺少碳納米管的試樣，其抗拉強度、彎曲強度和沖擊強度顯著下降。
耐光老化性能的檢測結(jié)果如下表所示：
由上表可知，光穩(wěn)定劑與抗氧劑產(chǎn)生協(xié)同作用，有利于該土工格柵具有較好的耐光照輻射能力，光照84h后，其拉伸強度的保持率為98％左右，同時，試驗驗證了碳納米管能夠促進抗氧劑發(fā)揮抗氧作用。
本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護。