解井坤，李建新，褚兆晶(浩陽環(huán)境股份有限公司，山東 德州 251200)

無紡?fù)凉げ寄退釅A性探究

解井坤，李建新，褚兆晶(浩陽環(huán)境股份有限公司，山東 德州 251200)

以滌綸長絲無紡?fù)凉げ?、滌綸短纖無紡?fù)凉げ家约氨]短纖無紡?fù)凉げ紴檠芯繉ο螅疾炝瞬煌琾H(酸堿)條件下滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉哪透g性，時間對無紡?fù)凉げ寄透g性的影響，不同克重(每平方米)的滌綸長絲和滌綸短纖無紡?fù)凉げ嫉哪透砸约氨]短纖和滌綸短纖無紡?fù)凉げ嫉哪透g性比較。結(jié)果表明：在pH=2～10的酸堿環(huán)境中，滌綸長絲和滌綸短纖無紡?fù)凉げ季哂辛己玫哪褪苄裕辉趐H≥12的環(huán)境中，滌綸長絲無紡?fù)凉げ级虝r間內(nèi)其斷裂拉伸性能即完全喪失，滌綸短纖無紡?fù)凉げ驾^之滌綸長絲有較好的耐受性；丙綸短纖無紡?fù)凉げ紵o論在強酸和強堿環(huán)境中都具有良好的耐受性，而且其在強酸環(huán)境中的性能優(yōu)于滌綸短纖無紡?fù)凉げ肌?/p>

無紡?fù)凉げ迹?耐酸堿性； 滌綸長絲； 滌綸短纖

1 前言

無紡?fù)凉げ际峭ㄟ^纖維成網(wǎng)和固結(jié)的方法制成，纖維呈三維結(jié)構(gòu)，具有良好的延伸性和力學(xué)性能，可選用不同的原料和工藝，設(shè)計成具有廣泛結(jié)構(gòu)特征與不同性能的織物[1]。由于其性能優(yōu)異、加工簡單、成本較低等特點，已成為當(dāng)今世界土工布發(fā)展的主要方向，占土工布市場份額的60%以上[2]。非織造土工布用途多種多樣，在工程中的應(yīng)用功能可以概括為加強、防護、排水、過濾和隔離5種[3]。目前廣泛應(yīng)用于公路和鐵路的路基加強，海岸、河岸的保護，水土流失的控制，橋墩、隧道、巖洞、抗洪救災(zāi)工程以及垃圾填埋場、危險廢物填埋場、礦山尾礦庫的防滲工程[4]。

不同填埋場中的固體廢棄物種類各異，各種礦山所產(chǎn)生的礦渣也各不相同，從而使得填埋場和尾礦庫產(chǎn)生的滲濾液具有不同的酸堿特性。例如垃圾衛(wèi)生填埋場由于有機物的降解往往產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)使得其所產(chǎn)生的滲濾液呈現(xiàn)酸性[5]；赤泥尾礦庫由于在氧化鋁的冶煉過程中使用強堿氫氧化鈉作為溶出劑，使得所產(chǎn)生的赤泥及其附液具有強堿性[6]，此外，金尾礦的pH為10～12[7]，磷石膏的pH為1.5～4.5[8]。工程應(yīng)用中，不同的酸堿暴露環(huán)境往往引起無紡?fù)凉げ嫉奈锢砘瘜W(xué)性能不同程度的下降，從而對整個工程的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

目前，人們對無紡?fù)凉げ嫉哪透g性還只是籠統(tǒng)的認識，無法給工程設(shè)計、材料選擇提供準確充足的數(shù)據(jù)支持，從而對工程的實際效果產(chǎn)生影響。因此本文從以下4個方面進行了研究：①不同pH(酸堿)條件下的無紡?fù)凉げ寄透g性；②不同暴露時間下的無紡?fù)凉げ寄透g性；③不同克重的長絲和短纖無紡?fù)凉げ嫉哪透g性；④不同種類的無紡?fù)凉げ嫉哪透詫Ρ?。通過本次研究能夠為無紡?fù)凉げ嫉哪透g性提供系統(tǒng)全面的數(shù)據(jù)支持，同時為無紡?fù)凉げ荚诠こ讨械膽?yīng)用選擇提供理論和技術(shù)支持。

2 材料與方法

2.1 材料

本試驗所用無紡?fù)凉げ季鶠楸竟?山東浩陽新型工程材料股份有限公司)檢驗合格的產(chǎn)品，其中包括：200g/m2的滌綸長絲、滌綸短纖、丙綸短纖；400g/m2的滌綸長絲、滌綸短纖；600g/m2的滌綸長絲、滌綸短纖。PH計(PHS- 3C)，電熱恒溫水浴鍋(XMTD- 7000)，氫氧化鈉(分析純)，濃硫酸(分析純)。本試驗的拉伸性能以斷裂強力和斷裂伸長率表示(斷裂強力為在規(guī)定條件下進行的拉伸試驗過程中，試樣被拉斷記錄的最大力為斷裂強力。斷裂伸長率為對應(yīng)于斷裂強力的伸長率)。

2.2 試驗方法

2.2.1 不同pH對無紡?fù)凉げ夹阅艿挠绊?/p>

①配制pH為2、4、6、8、10、12的溶液，滿足對無紡?fù)凉げ嫉慕]，并分別對其編號；②取相同規(guī)格的滌綸長絲土工布(200g/m2，20cm×8cm)，向①中配制的每種pH溶液中浸沒兩塊無紡?fù)凉げ?結(jié)果取其平均值)，用保鮮膜將燒杯密封；③將燒杯放入60℃恒溫水浴鍋中，每天晃動或攪動燒杯一次使其充分均勻；④7d后取出樣品用清水沖洗干凈，常溫下自然干燥，測定每個樣品的拉伸性能。

2.2.2 時間對無紡?fù)凉げ夹阅艿挠绊?/p>

①配制pH為2和12的溶液如上面2.2.1中①；②取相同規(guī)格的滌綸長絲無紡?fù)凉げ?0塊(200g/m2，20cm×8cm)，向pH為2和14的溶液中分別浸入12塊，用保鮮膜密封；③分別在3、5、7、10、15、20d后各取出兩塊試樣，用清水沖洗干凈后，常溫自然干燥，測定其拉伸性能(取平均值作為計算數(shù)值)，過程中注意觀察pH的變化并修正。

2.2.3 不同克重的滌綸長絲無紡布和滌綸短纖無紡布耐酸堿性分析

①配置pH為2和14的溶液見2.2.1中①，每個pH值配置6個試驗組；②取200g/m2的長絲無紡?fù)凉げ?塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取200g/m2的短纖無紡?fù)凉げ?塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取400g/m2的長絲無紡?fù)凉げ?塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取400g/m2的短纖無紡?fù)凉げ?塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取600g/m2的長絲無紡?fù)凉げ?塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；取600g/m2的短纖無紡?fù)凉げ?塊分別加入一組pH為2和12的溶液中；③用保鮮膜將燒杯密封，7d后將樣品取出，用清水沖洗干凈，恒溫干燥后測定其拉伸性能(取平均值作為計算數(shù)值)。

2.2.4 滌綸短纖和丙綸短纖無紡?fù)凉げ寄退釅A性比較

①配制pH為2和14的溶液，見2.2.1中①，每個pH設(shè)置一個試驗組；②取相同規(guī)格的PP短纖無紡?fù)凉げ?200g/m2，20cm×8cm)4塊，向pH為2和12的溶液中分別加入2塊；取相同規(guī)格的滌綸短纖無紡?fù)凉げ?200g/m2，20cm×8cm)4塊，向pH為2和12的溶液中分別加入2塊；③用保鮮膜密封燒杯，7d后取出樣品，用清水清洗干凈，常溫自然干燥后測其拉伸性能(取平均值作為計算數(shù)值)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同pH對無紡?fù)凉げ夹阅艿挠绊?/p>

通過配制不同pH的溶液來模擬無紡?fù)凉げ荚谧匀唤缢幍牟煌釅A環(huán)境，用以探究無紡?fù)凉げ荚诓煌釅A條件下的性能變化，進而針對不同酸堿環(huán)境的垃圾填埋場、危險廢物填埋場以及礦山尾礦庫工程的無紡?fù)凉げ嫉倪x擇應(yīng)用和應(yīng)用檢測提供指導(dǎo)。本試驗采用同一批次的相同規(guī)格的滌綸長絲無紡?fù)凉げ?200g/m2，20cm×8cm)在不同pH溶液中浸沒7d，根據(jù)所測得的斷裂強力和斷裂伸長率繪制pH—斷裂強力—斷裂伸長率關(guān)系曲線，如圖1。從圖1中可以看出經(jīng)過7d不同pH的浸沒，在pH=2～10范圍內(nèi)斷裂強力和斷裂伸長率較之原始數(shù)值都有所下降，但都保持一個較高的水平，如斷裂強力和斷裂伸長率的原始數(shù)值為9.76kN/m和78.2%，在pH=6時斷裂強力和斷裂伸長率最低分別為8.09kN/m和68.50%，較之原始數(shù)據(jù)分別下降了17.1%和12.4%。說明在pH=2～10范圍內(nèi)，短時間的酸堿環(huán)境對滌綸無紡?fù)凉げ嫉睦煨阅苡绊戄^小，另外在pH=2時，滌綸無紡?fù)凉げ急Ｓ休^大的斷裂強力和斷裂伸長率，而在pH=12時，滌綸無紡?fù)凉げ家鸦救芙?，其拉伸性能完全喪失，說明滌綸無紡?fù)凉げ寄蛷娝嵝阅茌^好，有一定的耐堿性，但耐強堿能力較差，所以對滌綸無紡?fù)凉げ荚趶妷A環(huán)境中的應(yīng)用應(yīng)慎重。

圖1 不同pH對無紡?fù)凉げ祭煨阅艿挠绊?/p>

3.2 時間對無紡?fù)凉げ寄透g性的影響

為了探究應(yīng)用于強酸和強堿環(huán)境中的無紡?fù)凉げ计淅煨阅茈S時間的變化，本試驗取同一批次相同規(guī)格的滌綸無紡?fù)凉げ?200g/m2，20cm×8cm)在pH=2和pH=12的溶液中分別浸沒3、5、7、10、15、20d，得到了斷裂強力和斷裂伸長率隨時間的變化曲線如圖2。從圖2中可以看出無論是強酸和強堿條件下，滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟娏蛿嗔焉扉L率都隨著時間的增長而降低，但在強酸環(huán)境中，斷裂強力和斷裂伸長率的下降速率較慢，浸沒5d后分別下降了2.1%和9.56%，浸沒20d后斷裂強力和斷裂伸長率分別下降了25.7%和17.14%，然而在強堿環(huán)境中，滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟娏蛿嗔焉扉L率都隨時間的增長迅速下降，浸沒5d的斷裂強力和斷裂伸長率分別下降86.4%和41.8%，7d后的滌綸無紡?fù)凉げ家呀?jīng)完全喪失拉伸性能。進一步驗證了滌綸長絲無紡?fù)凉げ疾荒蛷妷A，但具有良好的耐強酸性能，并且在長時間的強酸環(huán)境中能較好的保持其強力和拉伸性能，而對于強堿環(huán)境，滌綸長絲無紡?fù)凉げ级虝r間內(nèi)即喪失其強力和拉伸性能。

圖2 時間對無紡?fù)凉げ寄退釅A性的影響

3.3 不同克重的滌綸長絲無紡布和滌綸短纖無紡布耐酸堿性分析

本試驗分別對200、400、600g/m2的滌綸長絲無紡?fù)凉げ己蜏炀]短纖無紡?fù)凉げ歼M行了7d的強酸強堿浸漬試驗，對不同克重的長絲和短纖無紡?fù)凉げ荚趶娝岷蛷妷A環(huán)境的強力和拉伸性能進行了分析探討，見圖3和圖4。

圖3 斷裂強力和斷裂伸長率與克重(每平方米)之間的關(guān)系(滌綸長絲)

圖4 斷裂強力和斷裂伸長率與克重(每平方米)之間的關(guān)系(滌綸短纖)

圖3為滌綸長絲無紡?fù)凉げ冀n7d后克重與斷裂強力和斷裂伸長率的關(guān)系圖，從圖3中可以看出，在強酸環(huán)境中(pH=2)，200、400、600g/m2滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟娏蛿嗔焉扉L率在浸漬后都處在一個較高的水平，如表1所示。200g/m2試樣浸漬后較空白樣的斷裂強力有微小的增長，可能是由于浸漬樣品和空白樣品之間的不同而產(chǎn)生的誤差，對于400、600g/m2試樣的斷裂伸長率的增長說明斷裂伸長率和斷裂強力并非同比例和同趨勢變化。在強堿環(huán)境中(pH=12)，200、400、600g/m2滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟娏蛿嗔焉扉L率在浸漬后都出現(xiàn)了明顯的下降，其斷裂強力下降順序為100%(200g/m2)>89.1%(600g/m2)>85.6%(400g/m2)，斷裂伸長率下降順序為100%(200g/m2)>35.6%(600g/m2)>33.2%(400g/m2)，如表1所示。說明在強堿環(huán)境中，滌綸無紡?fù)凉げ嫉哪褪苄暂^差，克重的增大并不能很好地增大其斷裂強力和斷裂拉伸性能，由此可以避免不良的選擇而造成不必要的經(jīng)濟損失。

表1 滌綸長絲斷裂強力和斷裂伸長率下降百分比

圖4為滌綸短纖無紡?fù)凉げ冀n7d后克重與斷裂強力和斷裂伸長率的關(guān)系圖，從圖4中可以看出，在強酸環(huán)境中(pH=2)，200、400、600g/m2滌綸短纖無紡?fù)凉げ己蜏炀]長絲無紡?fù)凉げ碱愃疲瑪嗔褟娏蛿嗔焉扉L率在浸漬后都處在一個較高的水平，如表2所示。在強堿環(huán)境中(pH=12)，200、400、600g/m2滌綸短纖無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟娏蛿嗔焉扉L率在浸漬后也出現(xiàn)了下降，其斷裂強力下降順序為73.3%(200g/m2)>62%(400g/m2)>52.1%(600g/m2)，斷裂伸長率下降順序為41.9%(600g/m2)>37.6%(200g/m2)>24%(400g/m2)，如表2所示。說明滌綸短纖在強堿環(huán)境中的耐受性也不是很好，但較之滌綸長絲有明顯的改善，且克重的增加也使得其斷裂強力增大，而斷裂伸長率的變化規(guī)律并不依附于克重的變化。

表2 滌綸短纖斷裂強力和斷裂伸長率下降百分比

3.4 滌綸短纖和PP短纖無紡?fù)凉げ寄退釅A性比較

本試驗對比了滌綸短纖和PP短纖無紡?fù)凉げ荚趶娝釓妷A環(huán)境中的斷裂拉伸性能，其結(jié)果如圖5所示。在強酸環(huán)境中(pH=2)，PP短纖和滌綸短纖無紡?fù)凉げ冀n后都保持較好的斷裂拉伸性能，斷裂伸長率處于同一水平，但是PP短纖無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟娏γ黠@高于滌綸短纖無紡?fù)凉げ?。在強堿環(huán)境中(pH=12)，PP短纖無紡?fù)凉げ冀n后，斷裂強力和斷裂伸長率和空白樣品基本處于同一水平，而滌綸短纖無紡?fù)凉げ冀n后，斷裂強力和斷裂伸長率都出現(xiàn)了明顯的下降，尤其是斷裂強力下降了73.3%。說明了PP短纖具有優(yōu)良的耐強酸強堿特性，并且在強酸環(huán)境中的斷裂拉伸性能較之滌綸短纖更好。

圖5 PP短纖和滌綸短纖耐酸堿性比較分析

4 結(jié)論

(1)在pH=2～10的酸堿環(huán)境中，滌綸長絲和滌綸短纖無紡?fù)凉げ季哂辛己玫哪褪苄浴?/p>

(2)在pH≥12的環(huán)境中，滌綸長絲無紡?fù)凉げ级虝r間內(nèi)其斷裂拉伸性能即完全喪失，滌綸短纖無紡?fù)凉げ驾^之滌綸長絲有較好的耐受性。

(3)在強酸環(huán)境中，隨著克重(每平方米)的增加滌綸短纖和滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉男阅芏汲试龃筅厔?；在強堿環(huán)境中，隨著克重(每平方米)的增大滌綸長絲無紡?fù)凉げ紝ζ淠褪苄阅艿母纳撇⒉幻黠@，而滌綸短纖無紡?fù)凉げ嫉哪褪苄阅軇t逐漸增大。

(4)丙綸短纖無紡?fù)凉げ紵o論在強酸和強堿環(huán)境中都具有良好的耐受性，而且其在強酸環(huán)境中的性能優(yōu)于滌綸短纖無紡?fù)凉げ肌?/p>

因此，對于不同酸堿環(huán)境的填埋場和礦山尾礦庫，可根據(jù)耐酸堿特性選擇不同規(guī)格、不同種類的無紡?fù)凉げ加糜诜罎B工程的反濾材料和膜的保護層以及用于三維復(fù)合排水網(wǎng)、膨潤土防水毯(GCL)、復(fù)合土工膜的結(jié)構(gòu)組成。例如，當(dāng)酸堿環(huán)境為pH<10時，可選擇滌綸長絲、滌綸短纖或者丙綸無紡?fù)凉げ迹?dāng)酸堿環(huán)境為強堿時即pH≥12時，短時間的應(yīng)用可選擇滌綸短纖或者丙綸無紡?fù)凉げ迹?dāng)長時間應(yīng)用時應(yīng)選擇丙綸無紡?fù)凉げ肌?/p>

由于不同填埋場和礦山尾礦庫的滲濾液成分十分復(fù)雜，無紡?fù)凉げ嫉男阅懿粌H僅受到酸堿環(huán)境的影響，往往其他成分也會對無紡?fù)凉げ嫉男阅墚a(chǎn)生一定的影響，需要進一步深入探究，以獲得更為完善的數(shù)據(jù)，為工程的建設(shè)提供準確的指導(dǎo)。

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Research on acid and alkali resistance of non-woven fabric

Taking polyester filament non-woven geotextile, polyester staple fiber non-woven geotextile and polypropylene staple fiber non-woven geotextile as the research objects, the corrosion resistance of polyester filament non-woven geotextile under different pH (acid and alkali), the effect of time on the corrosion resistance of non-woven fabric were studied. The corrosion resistance of different weight (per square meter) of polyester filament and polyester staple fiber non-woven geotextiles, and the corrosion resistance of polypropylene staple fiber and polyester staple fiber non-woven geotextiles were compared separately. The result showed that polyester filament and polyester staple fiber non-woven geotextiles had good tolerance when pH=2～10. When pH≥12 the tensile properties of polyester filament non-woven geotextile completely lost within a short time and the tolerance of polyester staple fiber non-woven geotextile was better than polyester filament non-woven geotextile. Polypropylene staple fiber non-woven geotextile had good tolerance both in acid and alkali environment, and in strong acid environment the polypropylene staple fiber non-woven geotextile was superior to polyester staple fiber non-woven geotextile.

non-woven fabric; acid and alkali resistance; polyester filament; polyester staple fiber

TB302

A

解井坤(1989-)，男，山東聊城人，碩士，主要從事固體廢棄物和礦山尾礦庫方面的技術(shù)研究工作。