聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布应用前景分析

姜瑞明，钱竞芳

(1.天鼎丰非织造布有限公司，山东 德州 251500； 2.东华大学，上海 201620)

聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布应用前景分析

姜瑞明1，钱竞芳2

(1.天鼎丰非织造布有限公司，山东 德州 251500； 2.东华大学，上海 201620)

文章在比较了聚酯及聚丙烯非织造土工布耐碱性和力学性能的基础上，分析了聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布的应用领域和生产现状，指出了我国目前生产聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布存在的问题。

土工布；针刺非织造布；聚丙烯；纺粘法

土工布作为土工合成材料的一种，在堤坝坡岸、公路建设、铁路建设、工业与民用建筑、农业、环保等领域有着广泛的应用，它的发展对促进各行业的科技进步，对国家经济建设起着重大的作用。因此，对土工布的开发应用具有重要的社会价值和可观的经济价值。

1 非织造土工布概述

按照加工和生产方法的不同，土工布可分为机织土工布、编织土工布和非织造土工布三种。其中，机织土工布具有较高的抗拉强度，一般用于各种强力要求较高的地方，但机织土工布对角拉伸强度较低，且纱线的位移会改变土工布的孔径大小，从而影响过滤性能，因此机织土工布适用于加固建工材料，一般不用于隔层和滤水材料。编织土工布纵横向一般都具有相当强的抗拉强度，稳定性能好，但因其各向同向性差、孔隙稳定性差、强力相对较低等特点，在土工材料中的使用相对较少[1]。非织造土工布具有良好的延伸性、力学性能和水平渗透过滤性能等，具有排水、过滤、隔离、加筋、防渗、防护六大功能，以及加工简单、生产效率较高、成本较低等特点，因此被广泛应用于水利、电力、公路、铁路、机场、港口、围垦、环保、抗洪以及各种地下、水下等各种土木工程领域，虽然起步较晚，但发展非常迅速。目前，世界非织造土工布占全部土工布的70%左右，我国非织造土工布约占全部土工布总量的60%。

在非织造土工布中，按成网和加固方法的不同，可将其分成纺粘法针刺非织造土工布、短纤针刺非织造土工布以及热熔粘合法非织造土工布等几种。其中，纺粘法针刺非织造土工布质地均匀，强力高，伸长率好，生产率高，成本最低，已成为主要的非织造土工布；短纤维针刺非织造土工布质地松软，结构蓬松，吸水渗水性能好，适合于各种渗水、排水系统，也适合做路基，但其强力较差，抗撕裂性差；粘合法非织造土工布，由于粘合点不能产生滑移，布面比较僵直，抗撕拉性较差，因此在土木工程中应用很少。

在非织造土工布中，按所用原料的不同，可将其分成聚酯纤维非织造土工布、聚丙烯纤维非织造土工布、聚酰胺纤维非织造土工布、聚乙烯醇纤维非织造土工布，以及黄麻纤维、聚乙烯纤维、聚乳酸纤维非织造土工布等。其中，应用最普遍的是聚酯和聚丙烯纤维非织造土工布[2]。

聚酯纤维非织造土工布强力高，熔点高，具有优良的韧度和蠕变特性，尤其在抗紫外线、抗老化性能上均能够满足工程要求，但缺点是耐碱性能较差；聚丙烯纤维非织造土工布强度较高，耐酸碱性好、耐磨性好，耐腐蚀、耐霉变，耐低温，具有较好的芯吸效应和渗水性能，且比重轻，价格便宜，使得聚丙烯非织造土工布在土木工程领域获得广泛应用，尤其是在地下耐酸碱环境下和高寒等恶劣环境中具有不可替代的关键地位。

2 聚酯和聚丙烯非织造土工布比较

2.1 聚酯和聚丙烯非织造土工布耐碱性能比较

图1、图2是模拟垃圾填埋场的使用环境，将三种针刺非织造土工布试样浸泡在不同温度垃圾填埋场的渗沥液中180天后，测试得到的结果[3]。

图1 土工织物经垃圾渗沥液浸泡180天后拉伸强力保持率(%)

图2 土工织物经垃圾渗沥液浸泡180天后延伸率保持率(%)

从图1、图2可以看出，聚丙烯短纤针刺土工布在不同温度下经渗沥液浸泡180天后，拉伸强力和延伸率都保持在80%以上；再生聚酯短纤针刺土工布经渗沥液浸泡180天，在20℃环境温度下，拉伸强力和延伸率的保持率低于50%，在50℃和80℃环境温度下，拉伸强力几乎为0，试样遭到严重破坏；聚酯纺粘针刺土工布经渗沥液浸泡180天，在20℃和50℃环境温度下，拉伸强力和延伸率的保持率在50%以上，但低于聚丙烯短纤针刺土工布，在80℃环境温度下，延伸率保持率低于30%。从实验结果可以得知，聚丙烯土工布完全符合垃圾填埋场的使用要求，聚酯土工布不适用于垃圾填埋场的高温环境，再生聚酯土工布完全不能适用于垃圾填埋场工程。

2.2 聚酯和聚丙烯非织造土工布拉伸强力比较

表1是聚酯与聚丙烯非织造土工布拉伸强力的比较。从表1可以看出，短纤针刺非织造土工布强力明显低于纺粘法针刺非织造土工布，聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布强力明显高于聚酯纺粘法针刺非织造土工布。

表1 聚酯与聚丙烯非织造土工布拉伸强力比较

*注： GSM =g/m2(gram per square meter)

3 聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布应用领域

根据聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布的特性，其应用领域主要包括：

3.1 防渗工程

如污水处理厂、垃圾填埋场、污染物储存池、环保及水工结构防渗、建筑防渗领域以及农业领域，作为与防渗土工膜结合使用的垫衬，非织造土工布要求耐高温、抗冷冻、耐腐蚀、抗拉强度高，耐酸碱性能好，使用寿命长，因此，聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布具有非常好的应用前景。按照我国土工膜环保工程防渗材料需求的预测，2016年将需要聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布15万吨。

3.2 粉煤灰堆场

粉煤灰的主要成分是酸性氧化物，但是粉煤灰加水后．溶液的pH值瞬时增加，且随着时间的延长pH值增加，最大可达12以上，呈强碱性，因此在建设粉煤灰堆场时必须使用聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布。

目前根据我国火力发电和现代煤化工行业的发展，预计“十二五”末粉煤灰年产生量将达到6.82亿吨，按照粉煤灰综合利用率为70%计算，每年将有约2亿吨粉煤灰需要长期堆放，约需3000万平方米的防渗土工膜，其中高强聚丙烯土工布约需1.8万吨。

3.3 尾矿库堆场

大多数金属尾矿库，如金、铅、铜、氧化铝、汞、镉、铬和钼等金属尾矿库的渗沥液基本呈碱性，有的呈强碱性。所以必须采用耐酸碱的聚丙烯土工布防护防渗膜，辅助采用聚丙烯土工布复合的排水网，起加固、排水和反滤作用。

我国是一个矿业大国，数量惊人的尾矿对环境造成了严重的污染。随着我国环保法规的健全和对环保要求的提高,尾矿库的环保防渗问题日益受到重视，对聚丙烯土工布的需求也越来越多。

3.4 矿山堆浸场

中国矿产资源总量丰富，但具有品位低、矿石复杂难处理等显著特点，因此，堆浸采矿技术在我国矿冶界得到广泛应用，但选矿厂浸出液渗漏后会污染地下水及土壤，破坏环境。北京高能时代环境技术股份有限公司推出的湿法堆浸渗漏阻隔技术，采用土工膜、钠基膨润土垫、土工布和土工排水网等土工合成材料，有效地阻止了浸出液渗漏[4]。同样，由于金属堆浸液呈碱性，选用的土工布必须是聚丙烯土工布。

3.5 高铁无碴轨道滑动层

高铁无碴轨道的轨道结构，从上到下依次为：钢轨、扣件、道床板、滑动层。滑动层位于道床板与桥面之间,由两布一膜材料组成。由于底座混凝土板呈碱性，因此高铁滑动层要求使用聚丙烯纺粘法针刺土工布。

据估算，每公里高铁单轨无碴轨道需要使用聚丙烯纺粘针刺非织造土工布约2500 m2。根据中国中长期铁路网规划方案，到2020年，中国高速铁路里程将超过30,000公里，因此对聚丙烯纺粘针刺非织造土工布也将有具有巨大的需求。

3.6 生态袋

生态袋是由以聚丙烯为原料制成的高强度、平面稳定的针刺非织造土工布加工而成的袋子，耐腐蚀性强,抗紫外线,不降解并可以抵抗虫害的侵蚀，抗老化，抗酸碱盐侵蚀及微生物分解，具有透水不透土的功能，既能防止袋内填充物(土壤及营养材料混合物)流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，植物生长所需的水分得到了有效的保持和及时的补充，植物能通过袋体自由生长，根系进入工程基础土壤中，形成袋体与主体坡面间的再次稳固作用,是荒山、矿山修复、高速公路边坡绿化、河岸护坡、内河整治中重要的施工方法之一，是最新型的边坡构件材料。

生态袋具有广泛的应用领域，下游市场对生态袋产品的需求量逐年增长。据预测，今后生态袋市场年均增长率为15%～20%，其中欧洲、日本和韩国市场需求量较大，东欧、亚洲(日本除外)和南美市场正在发展，中国最具有开发潜力。

3.7 其它常用非织造布土工布应用领域

聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布几乎可以用于所有聚酯纺粘法针刺非织造土工布应用领域。此外，随着我国土壤盐碱化现象日趋严重，聚酯非织造土工布耐碱性较差的问题日显突出，聚丙烯非织造土工布的竞争优势日益明显。

4 聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布生产现状

目前，国外生产聚丙烯纺粘针刺非织造土工布比较成功的企业主要是隶属于奥地利TENCAT公司的位于马来西亚POLYFELT(百利福)公司。近期天鼎丰非织造布有限公司与意大利的FARE(法瑞)公司强强合作、研发高强粗旦聚丙烯纺粘针刺非织造土工布生产技术，并获得重大突破。表2是最新研制生产的聚丙烯纺粘针刺非织造土工布样品与百利福公司聚丙烯纺粘针刺非织造土工布标准和我国聚酯纺粘针刺非织造土工布国家标准的比较。

表2 三种纺粘针刺工布检测标准

从表2可以看到，法瑞公司样品的拉力远远高于百利福产品标准，也远远超过我国聚酯纺粘针刺非织造土工布国标；法瑞公司样品的拉伸强力、撕裂强力和CBR顶破强力也达到了300 g/m2聚酯纺粘针刺非织造土工布的国标要求。但是由于样品未经过热定型，其横向延伸率偏高。

目前，在欧美等发达国家，聚丙烯纺粘针刺非织造土工布占纺粘土工布比例达30%～40%，有的国家甚至达到50%以上。但在我国，纺粘针刺土工布均为聚酯纤维，聚丙烯纺粘针刺非织造土工布几乎是空白。

2009年，国家发改委与工程部联合发布的《关于纺织机械工业调整指导意见》中，将聚丙烯纺粘针刺非织造土工布项目列为积极鼓励和扶持的重点项目，但迄今为止，聚丙烯切片纺粘法气流拉伸后，单丝的强度不能达到≥3.5 g/d，聚丙烯纺粘针刺土工布的拉伸强度也达不到纺粘针刺非织造土工布的GB/T17639-1998国家标准，聚丙烯纺粘针刺非织造土工布尚未形成产业化生产。

5 结论

聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布具有强度高、耐酸碱、耐腐蚀、耐霉变，耐低温等优点，是高科技含量、高附加值的产品，在土木工程多领域具有广泛的应用，尤其是在地下耐酸碱环境和高寒等恶劣环境中具有不可替代的关键地位。随着聚酯长丝非织造土工布耐碱性较差的弊端日渐突出，聚丙烯长丝非织造土工布在我国具有巨大的应用前景。但目前，由于相关生产关键技术尚未获得突破，我国聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布尚未形成产业化生产。要满足市场需求，国内必须加快相关技术和设备的引进和开发，突破粗旦高强聚丙烯纤维的纺丝技术及土工布针刺加工技术。

[1] 熊葳.非织造土工布的发展和应用[J].轻纺工业与技术，2010,(4)：19.

[2] 孙彤彤.我国聚丙烯土工布的生产应用及发展前景[J].非织造布，2001,(4):29—35.

[3] 全汉容.用于垃圾填埋场防护与排水的非织造土工布的耐化学性研究[J].产业用纺织品， 2004，(4):23—26.

[4] 刘勇等.基于湿法堆浸场工艺的多重渗漏阻隔技术应用[J].有色金属工程, 2013，(2):51—55.

Application Prospect of Polypropylene Spunbond Needle-punched Geotextiles

JiangRuiming1,QianJingfang2

(1.Tiandingfeng Nonwovens Co., Ltd.,Dezhou 251500, China； 2.Donghua University, Shanghai 201620, China)

The differences of alkli resistance and mechanical properties for the polyester nonwoven geotextiles and polypropylene nonwoven geotextiles were compared, then the application prospect and manufacturing status of the polypropylene spunbond needle-punched geotextiles was analysed.The existing problems in manufacturing the polypropylene spunbond needle-punched geotextiles in China were found out.

geotextile； needle-punched nonwoven； polypropylene； spunbond

2015-05-18

姜瑞明(1963—)，男，山东烟台人，工程师。

F426

A

1009-3028(2015)04-0039-04