本發(fā)明屬于防滲材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

混凝土碾壓堆石壩在建設(shè)或運(yùn)行過(guò)程中，不可避免的存在落石或異型尖銳凸起物，這些落石或異型尖銳凸起物均會(huì)刺破直接暴露在其上使用的土工復(fù)合防滲材料，導(dǎo)致防滲結(jié)構(gòu)破壞。

高密度聚乙烯(hdpe)土工膜材料具有優(yōu)異的耐穿刺性能、極低的水蒸氣透過(guò)性能和良好耐化學(xué)腐蝕性能，但是這種制品模量高，偏硬，對(duì)基層平整性要求高，同時(shí)hdpe土工膜不可直接外露應(yīng)用。pvc土工膜柔韌性較好，適應(yīng)凸起物變形特性好，但是pvc土工膜內(nèi)部含有大量增塑劑，長(zhǎng)期暴露應(yīng)用中增塑劑極易遷移，應(yīng)用壽命較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的防滲材料柔韌性不夠，不可直接暴露應(yīng)用于大壩防滲的問(wèn)題，提供一種柔韌性良好，耐穿刺性能優(yōu)異，適用于大壩、水庫(kù)、堤岸、圍堰、水渠、隧道、核電站等新建和維修水電水利工程的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料及其制備方法。

解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料，包括熱塑性聚烯烴復(fù)合層和土工織物層；所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層包括交叉層壓聚烯烴層和熱塑性聚烯烴層。

優(yōu)選的是，所述防滲復(fù)合材料可以包括兩層土工織物層，一層熱塑性聚烯烴復(fù)合層，所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層設(shè)于兩層土工織物層之間。

更優(yōu)選的是，所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層包括兩層熱塑性聚烯烴層和一層交叉層壓聚烯烴層，所述交叉層壓聚烯烴層設(shè)于兩層所述熱塑性聚烯烴層之間。最優(yōu)選的是，每層所述土工織物層克重為100～1000g/m²。

其中，土工織物層的作用是保護(hù)熱塑性聚烯烴層抵擋應(yīng)用環(huán)境的基層中不規(guī)則凸起物、滾石以及施工不規(guī)范等外界因素產(chǎn)生的破壞，同時(shí)也能夠提高熱塑性聚烯烴層的尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、坡度穩(wěn)定性等，還能夠作為排水和排氣通道。

優(yōu)選的是，所述交叉層壓聚烯烴層的寬度為0.8-5m；所述交叉層壓聚烯烴層由厚度0.01-0.3mm的薄膜經(jīng)經(jīng)緯編織層壓而成；或者由厚度0.01-0.3mm的薄膜共擠交叉層壓而成。

優(yōu)選的是，所述交叉層壓聚烯烴層的原料包括含有聚乙烯結(jié)構(gòu)單元的聚合物，所述含有聚乙烯結(jié)構(gòu)單元的聚合物包括但不限于聚乙烯、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯、乙烯-丙烯-辛烯共聚物、共聚聚丙烯、聚烯烴彈性體(poe，polyolefinelastomer)中的任意一種或幾種的混合物。其中，poe是指以茂金屬為催化劑的具有窄相對(duì)分子質(zhì)量分布和均勻的短支鏈分布的熱塑性彈性體。具體的，poe可選自dow化學(xué)公司的poe產(chǎn)品。

其中，交叉層壓聚烯烴層的作用在于賦予制品更高的抗沖擊強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、抗穿刺強(qiáng)度以及耐沖擊強(qiáng)度和各向均一性等。

優(yōu)選的是，所述交叉層壓聚烯烴層的原料還包括第一助劑、光穩(wěn)定劑，所述含有聚乙烯鏈結(jié)構(gòu)單元的聚合物、第一助劑、光穩(wěn)定劑的重量份數(shù)比例為：(91-99)：(0.3-4)：(0-5)。

其中，交叉層壓聚烯烴層中光穩(wěn)定劑的作用在于改善聚乙烯層的耐候性；所述的第一助劑的作用在于改善加工性能、抗腐蝕性能。所述第一助劑包括抗氧劑、抗菌助劑等。

優(yōu)選的是，所述熱塑性聚烯烴層的原料包括熱塑性聚烯烴樹(shù)脂，所述熱塑性聚烯烴樹(shù)脂的彎曲模量為：2-300mpa，邵氏硬度為：10-50邵d。

所述熱塑性樹(shù)脂包括熱塑性組份和彈性組份；所述熱塑性組份包括均聚聚丙烯、聚丙烯與乙烯-丙烯共聚物的聚合共混物、聚丙烯共混合金、乙丙橡膠中的一種或幾種的混合，所述彈性組份包括乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-α烯烴共聚物，其中所述熱塑性聚烯烴層的紅外吸收光譜在波數(shù)2800-3000cm^-1和1300-1500cm^-1處有振動(dòng)吸收峰。

其中，熱塑性聚烯烴層是復(fù)合材料的防滲主體層，不僅賦予復(fù)合層優(yōu)異的，而且賦予復(fù)合層優(yōu)異的耐高低溫性能(-50℃仍保持柔韌性)以及加工性能和焊接施工性能，使得材料能夠較好適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境的變形并實(shí)現(xiàn)抵抗凸起頂破特性。

優(yōu)選的是，所述熱塑性聚烯烴層的原料還包括填料、第二助劑、光穩(wěn)定劑，所述熱塑性聚烯烴樹(shù)脂、填料、第二助劑、光穩(wěn)定劑的重量份數(shù)比例為：(70-90)：(8-30)：(0.5-5)：(0.1-5)。

優(yōu)選的是，所述土工織物層包括聚丙烯基土工織物、聚酯土工織物、聚酰胺土工織物中的任意一種或幾種。

優(yōu)選的是，所述熱塑性聚烯烴層的寬度為0.8-5m；所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層的厚度為0.5-10mm；且所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層的寬度大于所述土工織物層的寬度，其中所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層的邊緣未復(fù)合土工織物層的位置處為搭接邊，所述搭接邊的寬度為5-15cm。

本發(fā)明還提供一種上述的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將交叉層壓聚烯烴層的原料置于第一螺桿擠出機(jī)組中熔融擠出后，經(jīng)編織機(jī)、拉伸機(jī)、層壓復(fù)合機(jī)得到交叉層壓聚烯烴層；

(2)將熱塑性聚烯烴層的原料置于第二螺桿擠出機(jī)組中熔融擠出得到熱塑性聚烯烴層；

(3)將交叉層壓聚烯烴層、熱塑性聚烯烴層共同輸送至同一呈斜l型排列的三輥壓光機(jī)中，原位復(fù)合層壓，得到熱塑性聚烯烴復(fù)合層；

(4)將土工織物與熱塑性聚烯烴復(fù)合層復(fù)合，形成熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料。

優(yōu)選的是，所述步驟(2)中還包括采用第三螺桿擠出得到熱塑性聚烯烴層；所述步驟(3)中原位復(fù)合層壓時(shí)還包括將第三螺桿擠出得到熱塑性聚烯烴層一并進(jìn)行復(fù)合。

本發(fā)明的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料中，包括由交叉層壓聚烯烴層、熱塑性聚烯烴層復(fù)合而成的熱塑性聚烯烴復(fù)合層和土工織物層。該復(fù)合材料具有優(yōu)異耐高低溫性能、耐穿刺性能、耐頂破強(qiáng)度高、耐靜水壓高、各向均一性能、熱焊接性能優(yōu)異，能夠承受200m以上水壓沖擊，滿足高防滲水頭水電工程應(yīng)用。本發(fā)明的復(fù)合材料中不含任何增塑劑，且具有類似橡膠材料的柔韌性，可直接暴露使用，服役壽命長(zhǎng)。此外，本發(fā)明提供的復(fù)合材料加工工藝簡(jiǎn)單、施工便捷，可用于大壩、水庫(kù)、堤岸、圍堰、水渠、隧道、人工湖、垃圾填埋場(chǎng)、核電站等新建和維修水電水利工程防滲。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例5的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例2的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料的熱塑性聚烯烴層的紅外吸收光譜圖；

其中，附圖標(biāo)記為：1、熱塑性聚烯烴層；2、交叉層壓聚烯烴層；3、土工織物層；4、搭接邊。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供一種熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料，如圖1所示，包括熱塑性聚烯烴復(fù)合層和土工織物層3；所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層包括交叉層壓聚烯烴層2和的熱塑性聚烯烴層1。

本實(shí)施例的熱塑性聚烯烴復(fù)合層寬度1m，土工織物層3為克重100g/m²的無(wú)紡聚丙烯土工布，土工織物層3一端離熱塑性聚烯烴層兩端邊緣5cm作為搭接邊4。

本實(shí)施例的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料的制備方法如下：

(1)將交叉層壓聚烯烴層2的原料置于第一螺桿擠出機(jī)組、第二螺桿擠出機(jī)中，在螺桿轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/min下，第一螺桿擠出機(jī)組熔融擠出寬度為5mm、厚度為0.1mm的經(jīng)緯聚烯烴薄膜，再經(jīng)經(jīng)緯編織、拉伸、層壓復(fù)合而成寬度1m的交叉層壓聚烯烴層2。

(2)將熱塑性聚烯烴層1的原料置于第二擠出機(jī)熔融擠出獲得厚度為5mm熱塑性聚烯烴層1。

其中，交叉層壓聚烯烴層2的原料重量份數(shù)為：聚乙烯樹(shù)脂(生產(chǎn)廠家dow，牌號(hào)versify2300)91份，抗氧劑10104份，光穩(wěn)定劑20205.0份。

熱塑性聚烯烴層1的原料重量份數(shù)為：反應(yīng)釜聚合型聚丙烯合金(生產(chǎn)廠家利安德巴塞爾、樹(shù)脂型號(hào)hifaxc721)75份，碳酸鈣(800目)25份，抗氧劑10101.0份，光穩(wěn)定劑20201.0份。

(3)將步驟(1)、(2)制備的交叉層壓聚烯烴層2、熱塑性聚烯烴層1共同輸送至同一呈斜l型排列的三輥壓光機(jī)中，原位復(fù)合層壓，得到熱塑性聚烯烴復(fù)合層。

(4)將克重100g/m²的無(wú)紡聚丙烯土工布與熱塑性聚烯烴復(fù)合層復(fù)合，形成熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例提供一種熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料，如圖2所示，包括熱塑性聚烯烴復(fù)合層和上、下兩層土工織物層3；所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層包括交叉層壓聚烯烴層2和熱塑性聚烯烴層1，熱塑性聚烯烴層的紅外吸收光譜圖見(jiàn)圖4。

本實(shí)施例的上層土工織物層3為克重500g/m²的無(wú)紡針刺聚酯土工布，下層土工織物層3為克重1000g/m²的有紡聚丙烯長(zhǎng)纖土工布；熱塑性聚烯烴復(fù)合層厚度2.5mm，寬度2m；土工織物層3兩端離熱塑性聚烯烴層一端邊緣10cm作為搭接邊4。

本實(shí)施例的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料的制備方法如下：

(1)將交叉層壓聚烯烴層2的原料置于第一螺桿擠出機(jī)組，螺桿轉(zhuǎn)速350轉(zhuǎn)/min，熔融擠出厚度0.01mm的二層聚烯烴薄膜，經(jīng)雙向拉伸、層壓復(fù)合得到寬度為2m的交叉層壓聚烯烴層2；

(2)本實(shí)施例中包括兩層熱塑性聚烯烴層1，在此分別將每層熱塑性聚烯烴層1的原料置于第二螺桿擠出機(jī)組和第三螺桿擠出機(jī)組中，分別熔融擠出獲得熱塑性聚烯烴層1；

其中，交叉層壓聚烯烴層2的原料重量份數(shù)為：聚乙烯樹(shù)脂99份，抗氧劑10100.3份；每層熱塑性聚烯烴層1的原料重量份數(shù)為：共混型聚丙烯/熱塑性彈性體合金90份，碳酸鈣(800目)8份，抗氧劑10105份，光穩(wěn)定劑20205份，鈦白粉1.5份。

(3)將交叉層壓聚烯烴層2、第一螺桿擠出機(jī)組制備的熱塑性聚烯烴層1共同輸送至同一呈斜l型排列自動(dòng)調(diào)溫的三輥壓光機(jī)中(溫度為50/60/70℃)，原位復(fù)合層壓，隨后在經(jīng)第三螺桿擠出機(jī)組中熱塑性聚烯烴層復(fù)合得到熱塑性聚烯烴復(fù)合層。

(4)將克重500g/m²的無(wú)紡針刺聚酯土工布經(jīng)放卷、調(diào)偏等工序送入到壓延輥間，與步驟(3)得到的熱塑性聚烯烴復(fù)合層共同經(jīng)熱壓復(fù)合，待冷卻后，再在熱塑性聚烯烴層1上涂覆熱熔膠，并與克重1000g/m²的有紡聚丙烯土工布粘接復(fù)合，隨后經(jīng)冷卻、裁剪、測(cè)厚、收卷等工藝制熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例提供一種熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料，包括熱塑性聚烯烴復(fù)合層和土工織物層3；所述熱塑性聚烯烴復(fù)合層包括交叉層壓聚烯烴層2和熱塑性聚烯烴層1。

本實(shí)施例的熱塑性聚烯烴復(fù)合層寬度2m，土工織物層3為克重1000g/m²的無(wú)紡針刺聚酯土工布，土工織物層3兩端離熱塑性聚烯烴層一端邊緣15cm作為搭接邊4。

本實(shí)施例的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料的制備方法如下：

(1)將交叉層壓聚烯烴層2的原料置于第一螺桿擠出機(jī)組中，螺桿轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/min，熔融擠出寬度1.8m、厚度0.3mm的聚烯烴薄膜、經(jīng)雙向拉伸、層壓復(fù)合得到寬度為2m的交叉層壓聚烯烴層2；

(2)本實(shí)施例中包括兩層熱塑性聚烯烴層1，在此分別將每層熱塑性聚烯烴層1的原料置于第二螺桿擠出機(jī)組和第三螺桿擠出機(jī)組中，分別熔融擠出獲得熱塑性聚烯烴層1；

其中，交叉層壓聚烯烴層2的原料重量份數(shù)為：聚乙烯樹(shù)脂(dow的versify2400)92份，抗氧劑10103份，光穩(wěn)定劑20204份；每層熱塑性聚烯烴層1的原料重量份數(shù)為：熱塑性彈性體70份，滑石粉(1250目)30份，抗氧劑b2250.5份，光穩(wěn)定劑b870.1份，炭黑1份。

(3)將交叉層壓聚烯烴層2、第一螺桿擠出機(jī)組熱塑性聚烯烴層1共同輸送至同一呈斜l型排列自動(dòng)調(diào)溫的三輥壓光機(jī)中(溫度為70/80/90℃)，原位復(fù)合層壓，隨后在經(jīng)第三螺桿擠出機(jī)組中熱塑性聚烯烴層復(fù)合得到熱塑性聚烯烴復(fù)合層。

(4)將克重1000g/m²的無(wú)紡針刺聚酯土工布與熱塑性聚烯烴復(fù)合層復(fù)合，形成熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例提供一種熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料，其具有與實(shí)施例1的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料類似的結(jié)構(gòu)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于，所述熱塑性聚烯烴樹(shù)脂的彎曲模量為：300mpa，邵氏硬度為：50邵d，熱塑性聚烯烴復(fù)合層厚度6mm，寬度0.8m，土工織物層3為克重500g/m²的無(wú)紡針刺聚酯土工布，土工織物層3一端離熱塑性聚烯烴層一端邊緣7cm。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例提供一種熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料，如圖3所示，包括熱塑性聚烯烴復(fù)合層和土工織物層3；其中的熱塑性聚烯烴復(fù)合層含兩層熱塑性聚烯烴層1，交叉層壓聚烯烴層2設(shè)于兩層熱塑性聚烯烴層1之間。其與實(shí)施例3的區(qū)別在于，所述熱塑性聚烯烴樹(shù)脂的彎曲模量為：100mpa，邵氏硬度為：20邵d，熱塑性聚烯烴復(fù)合層厚度10mm，寬度5m，土工織物層3為克重500g/m²的無(wú)紡針刺聚酯土工布，土工織物層3一端離熱塑性聚烯烴層一端邊緣10cm。

將實(shí)施例1-5的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

測(cè)試條件及如下：

1硬度根據(jù)gb/t2411-2008塑料和硬橡膠使用硬度計(jì)測(cè)定壓痕硬度測(cè)試，5s讀數(shù)；

2斷裂強(qiáng)度和3延伸率按照gb/t328.9-2007《建筑防水卷材試驗(yàn)方法第5部分：高分子防水卷材拉伸性能》中的方法a進(jìn)行試驗(yàn)；拉伸速率100mm/min，試樣條數(shù)5條，取平均值；

4撕裂強(qiáng)度按照gb/t1376-2010《土工合成材料梯形撕破強(qiáng)力的測(cè)定》，拉伸速率50mm/min；

5產(chǎn)品相鄰搭接邊采用熱風(fēng)焊接成密實(shí)的整體，焊接溫度500℃、速率2.5m/min，以最大剝離力記作材料的接縫剝離強(qiáng)度，測(cè)試方法采用gb/t328.21建筑防水卷材試驗(yàn)方法第21部分高分子防水卷材接縫剝離強(qiáng)度測(cè)試，拉伸速率100mm/min；

6垂直滲透系數(shù)按照gb19979.2-2006《土工合成材料防滲性能第2部分：滲透系數(shù)的測(cè)定》；

7漲破形變率采用可調(diào)壓力的壓力容器測(cè)試，孔徑75mm，壓力2.5mpa、30min，用于模擬制品水頭高度作用下制品的變形特性；

8抗靜水壓按照gb/t19979.1-2005土工合成材料防滲性能第1部分：耐靜水壓測(cè)定，用于模擬制品抵抗水頭高度；

9頂破強(qiáng)度按照gb/t14800-2010土工布頂破強(qiáng)力試驗(yàn)方法測(cè)試，速率50mm/min；

10低溫彎折性能按照gb/t328.15建筑防水卷材試驗(yàn)方法第15部分高分子防水卷材低溫彎折性測(cè)試，試驗(yàn)條—50℃；

11熱老化性能采用熱老化試驗(yàn)箱，溫度115℃±2℃、老化224天；

12人工氣候加速老化測(cè)試按照astmg151方法測(cè)試。

表1

由表1數(shù)據(jù)可知，實(shí)施例1-5的熱塑性聚烯烴防滲復(fù)合材料具有優(yōu)異的柔韌性，表現(xiàn)在較低的邵氏硬度(28-35邵d)和較高的延伸率，達(dá)550％以上。人工氣候老化和熱老化性能是制品耐久性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)施例1-5無(wú)論是熱老化(115℃/224天)還是人工氣候老化(10080kj/m²輻照量)性能保持率均在90％以上且在-50℃低溫彎折無(wú)裂紋，具有優(yōu)異的耐久性、應(yīng)用壽命和耐低溫柔韌性。

本實(shí)施例具有更高的耐水壓性能，如在2.5mp壓力下無(wú)滲水，且漲破多向變形率高達(dá)400％，2.5mp壓力相當(dāng)于250m的水頭高度產(chǎn)生的壓力，這充分表明實(shí)施例能夠抵抗200m以上水頭的沖擊力，能夠適應(yīng)壩高在200m以上的大壩防滲技術(shù)要求。

顯然，上述各實(shí)施例的具體實(shí)施方式還可進(jìn)行許多變化；例如：各原料的具體份數(shù)可以根據(jù)情況進(jìn)行改變，具體制備時(shí)的工藝參數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。