一种热塑性聚烯烃土工复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种热塑性聚烯烃土工复合材料及其制备方法，属于水电工程技术领域，其可解决现有的防渗材料无法长期用于水电工程的问题。本发明专利技术的热塑性聚烯烃土工复合材料中包括复合的热塑性聚烯烃层和土工织物层，该复合材料兼具橡胶的高柔韧性、延伸性和耐久性以及热塑性塑料优异的熔融加工特性，该复合材料中不含任何增塑剂，其耐紫外光老化性能优异、抗穿刺强度高、耐顶破强度高、耐静水压高、热焊接性能优异，能够承受200m以上水压冲击，其可直接暴露应用于大坝、水库、堤岸、围堰、水渠、隧道、核电站等新建和维修水电水利工程防渗，且应用寿命与建筑同寿命。

Thermoplastic polyolefin geotextile composite material and preparation method thereof

The invention provides a thermoplastic polyolefin geotechnical composite material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of hydropower engineering, and can solve the problem that the existing impervious material can not be used for a long time. The invention relates to a Thermoplastic Polyolefin Geosynthetics including composite thermoplastic polyolefin layer and geotextile layer, the rubber composite material with high flexibility, extension and durability as well as thermoplastic plastic with excellent melt processing characteristics, the composite material does not contain any plasticizer. The ultraviolet aging resistance performance, high strength, anti puncture resistant bursting strength, high hydrostatic pressure, high heat welding performance, can withstand more than 200m pressure shock, which can be applied to the direct exposure of dam, reservoir and embankment, cofferdam, canals, tunnels, nuclear power plant construction and maintenance seepage of water conservancy and hydropower project. And the application of life and construction with life.

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性聚烯烃土工复合材料及其制备方法
本专利技术属于水电工程
，具体涉及一种热塑性聚烯烃土工复合材料及其制备方法。
技术介绍
在水电工程领域，土石坝、堆石坝、拱坝等坝体防渗的优劣对水电工程结构稳定和长期运行效益具有重要作用。当前，我国水电工程坝体防渗主要采用高厚混凝土面板层防渗技术为主，也有混凝土面板/土工膜复合防渗结构，但现有的复合防渗结构在基层沉降变形工程中混凝土面板易开裂、产生渗漏。根据我国能源行业标准NB/T35027-2014《水电工程土工膜防渗技术规范》，对于防渗水头低于70m的水电工程防渗中，可采用聚氯乙烯(PVC)土工膜、高密度聚乙烯(HDPE)土工膜、线性低密度聚乙烯(LLDPE)土工膜，通常还需要另设覆盖层。在大量工程的应用中，专利技术人发现上述防渗材料存在诸多问题，不能满足应用需求。例如，PVC土工膜材料在长期使用过程中面临着增塑剂迁移、变硬等影响制品服役寿命的问题，并且PVC本体结构含有氯(Cl)及添加加工助剂含量铅等有毒元素，环保性较差；HDPE模量高，硬度大，柔韧性差，施工性能偏差，同时在长期应用过程中易产生环境应力，因此也存在易开裂的问题；LLDPE土工膜相比HDPE柔韧性得以改善，但该薄膜平整性差、施工性能低，且存在环境应力开裂问题，并且上述材料且不能直接外露应用。
技术实现思路
本专利技术针对现有的防渗材料无法长期且直接暴露应用于水电工程中的问题，提供一种新型坝体防渗用热塑性聚烯烃土工复合材料。本专利技术的热塑性聚烯烃土工复合材料可直接暴露应用于大坝、水库、堤岸、围堰、水渠、隧道、核电站等新建和维修水电水利工程防渗。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：一种热塑性聚烯烃土工复合材料，包括复合的热塑性聚烯烃层和土工织物层；所述热塑性聚烯烃层的厚度为0.1-10mm，所述热塑性聚烯烃层的宽度为0.8-5m，且所述热塑性聚烯烃层的宽度大于所述土工织物层的宽度，其中所述热塑性聚烯烃层的边缘未复合土工织物层的位置处为搭接边，所述搭接边的宽度为5-15cm。其中，搭接边的作用是焊接施工时使相邻材料搭接，以确保热塑性聚烯烃在坝体面层形成连续的密封体。优选的是，所述土工织物层可以为短纤针刺或/和长纤土工布；更优选的是，所述土工织物层为聚丙烯土工织物、聚酯土工织物、聚酰胺土工织物中的任意一种或几种。其中，土工织物层的作用是保护热塑性聚烯烃层抵挡应用环境的基层中不规则凸起物、滚石以及施工不规范等外界因素产生的破坏，同时也能够提高热塑性聚烯烃层的尺寸稳定性、机械强度、坡度稳定性等，还能够作为排水和排气通道。优选的是，所述复合材料包括两层土工织物层，所述热塑性聚烯烃层设于所述两层土工织物层之间，每层所述土工织物层克重为100～1000g/m2。更优选的是，每层所述土工织物层克重为100～800g/m2。优选的是，所述热塑性聚烯烃层的原料包括热塑性聚烯烃树脂，所述热塑性聚烯烃树脂的弯曲模量为：2-300MPa，邵氏硬度为：10-50邵D。优选的是，所述复合材料的红外吸收光谱在波数2800-3000cm-1和1300-1500cm-1处有振动吸收峰，前者有3-4个吸收峰，后者有2-3个吸收峰，属于树脂特征结构峰。优选的是，所述热塑性聚烯烃树脂的聚合物中包括刚性链段(塑料相)和柔性链段(橡胶相)，所述柔性链段占聚合物的重量百分含量大于或等于35％，所述刚性链段为具有有序结构的聚丙烯或/和聚乙烯结构单元，所述柔性链段为乙烯-丙烯和/或乙烯-丙烯-α-烯烃结构单元。其中，柔性链段均匀地分散在连续的刚性链段中，以实现材料模量和柔韧性的平衡，同时赋予复合材料优异的耐高低温性能(-50℃仍保持柔韧性)以及加工性能和焊接施工性能，使得材料能够较好适应应用环境的变形并实现抵抗凸起顶破特性，此外，还能适应不同气候环境下工程对材料低温性能的要求。优选的是，所述热塑性聚烯烃树脂包括热塑性聚丙烯基弹性体、热塑性聚烯烃弹性体、聚丙烯、聚丙烯共混合金、聚乙烯、乙丙橡胶中的一种或几种的混合。优选的是，所述热塑性聚烯烃层的原料还包括加工助剂、光稳定剂、填料、颜料；其中，所述热塑性聚烯烃层的原料的重量份数为：热塑性聚烯烃树脂65～100份，加工助剂0.1～5份，光稳定剂0.1～5份，填料0.1～35份，颜料0.1～5份。优选的是，所述光稳定剂包括炭黑、钛白粉、邻羟基二苯甲铜类、苯并三唑类、水杨酸酯类、受阻胺类光稳定剂中的任意一种或几种的混合；所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂中的任意一种或两种；所述填料包括碳酸钙、滑石粉、云母、氢氧化镁中的任意一种或几种的混合；所述填料粒径为800～3000目。其中，填料粒径在800～3000目范围内可以提高复合材料的抗渗性能。加工助剂的作用是进一步改善热塑性聚烯烃树脂的加工性能、复合材料产品的耐久性及服役寿命。本专利技术还提供一种上述的热塑性聚烯烃土工复合材料的制备方法，包括以下步骤：将热塑性聚烯烃层的原料置于200-240℃的螺杆挤出机中熔融后挤出得到熔体层；将土工织物与挤出的所述熔体层在经过改良具有液压冷却功能且呈0-70角度排列的三辊轧光机中复合，形成热塑性聚烯烃土工复合材料，该工艺解决了传统加工过程中的粘辊问题。其中，上述步骤的复合包括采用高温热压复合或采用粘结剂粘接复合。还包括将挤出的熔体层冷却后，在对熔体层表面涂覆高温热熔胶层，然后与土工织物热压复合。本专利技术的热塑性聚烯烃土工复合材料中包括复合的热塑性聚烯烃层和土工织物层，该复合材料兼具橡胶的高柔韧性、延伸性和耐久性以及热塑性塑料优异的熔融加工特性，该复合材料中不含任何增塑剂，其耐紫外光老化性能优异、抗穿刺强度高、耐顶破强度高、耐静水压高、热焊接性能优异，能够承受200m以上水压冲击，因此，其可直接暴露应用于大坝、水库、堤岸、围堰、水渠、隧道、核电站等新建和维修水电水利工程防渗，且应用寿命与建筑同寿命。此外，该复合材料中不含任何有毒污染元素，其加工废料可回收，在全寿命周期内绿色环保，且制备工艺简单、可连续化生产等优点；使用时其施工简便、成本低廉。附图说明图1为本专利技术的实施例1的热塑性聚烯烃土工复合材料的结构示意图；图2为本专利技术的实施例1的热塑性聚烯烃土工复合材料红外吸收光谱图；图3为本专利技术的实施例2的热塑性聚烯烃土工复合材料的结构示意图；图4为本专利技术的实施例3的热塑性聚烯烃土工复合材料红外吸收光谱图；其中，附图标记为：1、热塑性聚烯烃层；2、土工织物层；3、搭接边。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：本实施例提供一种热塑性聚烯烃土工复合材料，如图1所示，包括一层复合的热塑性聚烯烃层和一层土工织物层。其中，热塑性聚烯烃层的厚度2.5mm，幅宽1m，土工织物层为克重100g/m2的无纺聚丙烯土工布，土工织物层边缘离热塑性聚烯烃层的边缘预留5cm作为搭接边。本实施例的热塑性聚烯烃土工复合材料的红外吸收光谱图见图2，该复合材料的制备方法如下：将热塑性聚烯烃树脂、碳酸钙填料、抗氧剂及光稳定剂输送至螺杆挤出机喂料装置中，温度200-240℃，螺杆转速200转/min的条件下进行熔融挤出得到挤出物即高温熔体；然后将挤出物输送至具有液压冷却、呈斜L型排列的压延辊间；将克本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热塑性聚烯烃土工复合材料，其特征在于，包括复合的热塑性聚烯烃层和土工织物层；所述热塑性聚烯烃层的厚度为0.1‑10mm，所述热塑性聚烯烃层的宽度为0.8‑5m，且所述热塑性聚烯烃层的宽度大于所述土工织物层的宽度，其中所述热塑性聚烯烃层的边缘未复合土工织物层的位置处为搭接边，所述搭接边的宽度为5‑15cm。

【技术特征摘要】
1.一种热塑性聚烯烃土工复合材料，其特征在于，包括复合的热塑性聚烯烃层和土工织物层；所述热塑性聚烯烃层的厚度为0.1-10mm，所述热塑性聚烯烃层的宽度为0.8-5m，且所述热塑性聚烯烃层的宽度大于所述土工织物层的宽度，其中所述热塑性聚烯烃层的边缘未复合土工织物层的位置处为搭接边，所述搭接边的宽度为5-15cm。2.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃土工复合材料，其特征在于，所述土工织物层包括聚丙烯土工织物、聚酯土工织物、聚酰胺土工织物中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃土工复合材料，其特征在于，所述复合材料包括两层土工织物层，所述热塑性聚烯烃层设于所述两层土工织物层之间，每层所述土工织物层克重为100～800g/m2。4.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃土工复合材料，其特征在于，所述热塑性聚烯烃层的原料包括热塑性聚烯烃树脂，所述热塑性聚烯烃树脂的弯曲模量为：2-300MPa，邵氏硬度为：10-50邵D。5.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃土工复合材料，其特征在于，所述复合材料的红外吸收光谱在波数2800-3000cm-1、1300-1500cm-1处有特征振动吸收峰。6.根据权利要求1所述的热塑性聚烯烃土工复合材料，其特征在于，所述热塑性聚烯烃树脂的聚合物中包括刚性链段和柔性链段，所述柔性链段占聚合物的重量百分含量大于或等于35％，所述刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩忠强，段文锋，楚跃先，宗敦峰，周建平，田凤兰，
申请(专利权)人：北京东方雨虹防水技术股份有限公司，中国电力建设股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11