具有导电性能的土工合成粘土衬垫制造技术

一种导电土工合成粘土衬垫，其包含导电织物石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有导电性能的土工合成粘土衬垫
本专利技术涉及土工合成材料及其制造领域。特别地，本专利技术涉及一种土工合成粘土衬垫，其包括具有导电性能的土工织物。
技术介绍
土工合成膜是在建造保水设施(例如水坝和池塘)或引水设施(例如排水系统和水道)时广泛用作屏障层的防水层。这些膜可以大规模部署，并且可能覆盖数千平方米。这些保护层通常被称为“土工合成材料”，并且可以是防水塑料膜和/或含有粘土的复合材料。粘土衬里是保水设施的传统防水方法。粘土和土工织物的现代复合材料被称为“土工合成粘土衬垫”或“GCL”。与传统的粘土土方相比，它们具有更好的性能，可用于水库和垃圾填埋场。GCL通常包括至少三层：即，两个土工合成层和夹在两个土工合成层之间的粘土层。用于夹持粘土的两个土工合成层可以是织造或非织造土工织物、土工格栅、土工网或土工膜的任何组合。例如，该结构可包括土工格栅或土工网的增强层或背衬层以及非织造土工织物。增强层可以是织造织物或网。粘土通常是膨润土并且可以含有添加剂，例如聚合物粘合剂和/或稳定剂。通过使用纤维将每个土工合成层通过粘土中间体固定到另一个上，可以赋予夹层结构以坚固性。在一些情况下，纤维来自非织造土工织物，其中纤维通过粘土针刺或水力缠结到另一土工合成织物。通过熔融、胶合和本领域已知的其他方法将土工织物纤维粘合到背衬层而将其固定到背衬层上是有利的。在其他情况下，夹层可以缝合在一起。在某些情况下，胶水用于将土工合成材料固定到粘土上。为了在胶合GCL中提供更大的稳健性，可以将粘合剂混合到粘土中。在其他情况下，仅使用一种土工合成材料，并且用粘合剂将粘土固定在其自身和土工合成材料上。这些已知的GCL结构的组合是可能的，并且可以设想到其他结构。防水层，例如池塘衬垫和GCL，必须保持其屏障性能并且能够进行测试以确保它们保持其屏障性能。即使仅仅一个衬垫上的小孔也会导致严重的漏水，特别是随着时间的推移。在某些情况下，例如在收集采矿废物时，水被污染并被保存或引导以达到保护环境的目的，即使少量的泄漏也很重要并且其可能造成严重的环境危害，并且可能会产生很大的成本来进行整改。在这样的应用中，衬垫的完整性是至关重要的，因为能够始终确定完整性。在诸如保存水以供进一步使用的其它应用中，水的损失具有成本，这值得投资以确保屏障完整性。在许多情况下，在准备好的土方工程的基础上使用一层GCL，然后将一层塑料防水土工膜直接铺设在GCL上或在某些情况下在两者之间具有间隔和/或保护层。在某些情况下，土工膜是GCL的一部分。检测(通常是电绝缘的)防水土工膜屏障的完整性可以包括电检测，其中电压施加到绝缘屏障的表面，并且在正确的条件下，通过屏障材料中的任何缺陷都可以形成电路。对于要形成的电路，需要在屏障的相对侧上施加电压的导电机制。屏障下面存在电解质，即使是非常弱的电解质的地方，也可以携带足够的电流以形成穿过缺陷和检测设备的电路。例如，由于其盐和水含量，粘土通常是充分的电解质。图1说明了这种类型的电路。为了有助于形成导电通路，可以使用水作为结构的一部分，以便于检测过程。在粘土干燥的情况下，它不起电解质的作用，因此导电检测机制变得不可靠。在屏障层中存在多层绝缘体的情况下，不存在用于形成电路的可靠机制。为了克服这种可靠性问题，本领域先前已提出了几种方法，以将可靠的导电性引入组件中。其中一个涉及到结合金属线。这已经通过以下方式进行过尝试：将电线结合到织物中；将它们夹在两层织物之间；以及，将它们放在织物上。然后将织物结合到屏障层的结构中，通常在防水土工膜下面。另一种方法是将防水土工膜衬垫制成双层，其表面(水面侧)是电绝缘的，而相对侧是导电的，例如通过两层塑料的层压，相对侧层含有炭黑以提供电传导。类似地，可以在屏障层中使用三层或更多层。然而，所有这些方法都存在以下问题中的至少一个：各层的制造；各层的安装；或组件的检测。因此，本专利技术的一个目的是提供一种土工合成粘土衬垫，其改善了至少一些与现有技术相关的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种土工合成粘土衬垫，其包含导电织物。所述织物可以包含导电纤维或涂有导电涂层。导电纤维优选含有石墨烯，或者涂覆有石墨烯，或者织物本身可以涂覆石墨烯。在一些实施例中，导电纤维含有或涂有其他导电物质，例如金属或其他碳的同素异形体。因此，导电织物为所述土工合成粘土衬垫提供导电性。石墨烯是单独的石墨层，可以通过许多技术形成，包括“自上而下”的方法，例如石墨的机械或电化学剥离，石墨的化学氧化和剥离为氧化石墨烯，然后部分或完全还原成石墨烯；和“自下而上”的方法，例如从基质或催化剂上的气体或等离子体生长。石墨烯的特征可以从几乎原子上完美的单层到两层、少层和多层石墨烯一直到很多层，其最终形成类似于超细石墨的大团块。石墨烯具有较高的纵横比，最终仅有一个原子层厚度(小于1纳米)并且在平面方向上通常为数百纳米至数百微米。因此，石墨烯通常被称为二维(2D)材料。石墨烯是一种优良的导电体。专利技术人已经发现石墨烯可以结合到纤维和织物中和上面以形成导电织物，其提供了用于检测保水应用中屏障衬垫的可靠机制，提供了超过其他所提出的检测屏障衬垫方法的显著优点。优选地，所述织物形成电路，其电导性可以在至少1米的距离上测量，有利地在100米或更长的距离上测量。优选地，织物的石墨烯含量在质量上小于或等于20％，或有利地小于或等于10％，或者有利地小于或等于5％。优选地，织物的纤维是聚合物纤维，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含如上所述的导电土工织物的多层结构。多层结构包含粘土，其充当水屏障层和背衬织物或网。三层优选通过将土工织物缠绕在粘土中并固定到背衬织物或网上而形成单个多层夹层。如果需要，可以包含三层以上。这种多层结构可有利地促进原位检测过程以确定水屏障是否完整。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种检测水屏障的完整性的方法，其中所述水屏障包括如上所述的多层结构，所述方法包括以下步骤：向靠近所述导电GCL的绝缘水屏障的一侧施加电压；检测在GCL中是否形成电路。可以通过多种方式记录电阻。对于薄板中的导电，通常使用单位“欧姆/平方”(“欧姆/平方”或“欧姆/D”)并称为“片电阻”。该单元的实际优点在于：无论如何构建被测材料，它都能反映出预期的结果。例如，两片电导体可以具有不同的电阻率，但是如果以不同的厚度存在，则可以提供相同的、期望的片电阻。片电阻通常应用于均匀厚度的薄膜，但也可以应用于非均匀的导体薄片，例如本文所述的织物。有许多测量电阻的方法，包括简单的万用表读数。在存在高电阻的情况下，例如在导电土工织物的一些实施例的情况下，高电压测量是有用的，例如由电绝缘电阻计(通常称为“兆欧表”或由商标名“Megger”或“Meggar”)。工业上经常使用高压“Holiday”探测器来探测绝缘层中的缺陷。诸如特斯拉线圈的简单高压、低电流源也可用于检测非常低水平的电导率。四点电阻表给出了更精确的测量结果。优选地，所述织物的电阻小于2500欧姆/平方，有利地低至50欧姆/平方或更低。优选地，测量方法采用不连续电路，通过固有电容，其中织物的电阻小于500,000欧姆/平方，有利地低至50,000欧姆/平方或更低。现在将通过具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含导电织物的土工合成粘土衬垫(GCL)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.12 AU 20169013551.一种包含导电织物的土工合成粘土衬垫(GCL)。2.根据权利要求1所述的GCL，其中，所述导电织物包含涂有石墨烯的纤维。3.根据权利要求1所述的GCL，其中所述导电织物涂有石墨烯。4.根据权利要求1所述的GCL，其中，所述导电织物由含有石墨烯的纤维制成。5.根据前述权利要求中任一项所述的GCL，其中，由此形成的电路的电导性能够在至少1米的距离上被测量。6.根据权利要求5所述的GCL，其中，所述距离至少为10米7.根据权利要求5所述的GCL，其中，所述距离至少为100米。8.根据前述权利要求中任一项所述的GCL，其中，所述织物的石墨烯含量在质量上小于或等于20％。9.根据权利要求8所述的GCL，其中，所述织物的石墨烯含量在质量上小于或等于10％。10.根据权利要求8所述的GCL，其中，所述织物的石墨烯含量在质量上小于或等于5％。11.根据权利要求8所述的GCL，其中，所述织物的石墨烯含量在质量上小于或等于2％。12.根据前述权利要求中任一项所述的GCL，其中，所述织物的纤维是聚合物纤维。13.根据利要求12所述的GCL，其中，所述织物聚合物是PET、PP或PE。14.一种包含前述权利要求中任一项所述的GCL的多层结构。15.根据权利要求14所述的多层结构，还包括：水屏障层。16.根据权利要求15所述的多层结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·艾奇逊，格兰特·马蒂松，维托·乔治，
申请(专利权)人：畅想智能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU