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?duì)象，考察了不同pH(酸堿)條件下滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉哪透g性，時(shí)間對(duì)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?；在pH≥12的環(huán)境中，滌綸長絲無紡?fù)凉げ级虝r(shí)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(qiáng)酸和強(qiáng)堿環(huán)境中都具有良好的耐受性，而且其在強(qiáng)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(jì)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(diǎn)，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(chǎng)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(qiáng)、防護(hù)、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(qiáng)，海岸、河岸的保護(hù)，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(chǎng)、危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)、礦山尾礦庫的防滲工程[4]。

不同填埋場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)由于有機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

目前，人們對(duì)無紡?fù)凉げ嫉哪透g性還只是籠統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，無法給工程設(shè)計(jì)、材料選擇提供準(zhǔn)確充足的數(shù)據(jù)支持，從而對(duì)工程的實(shí)際效果產(chǎn)生影響。因此本文從以下4個(gè)方面進(jìn)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(shí)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?duì)比。通過本次研究能夠?yàn)闊o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(shí)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(yàn)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(yàn)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(jì)(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(yàn)的拉伸性能以斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率表示(斷裂強(qiáng)力為在規(guī)定條件下進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)過程中，試樣被拉斷記錄的最大力為斷裂強(qiáng)力。斷裂伸長率為對(duì)應(yīng)于斷裂強(qiáng)力的伸長率)。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 不同pH對(duì)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(duì)無紡?fù)凉げ嫉慕]，并分別對(duì)其編號(hào)；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(dòng)或攪動(dòng)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(cè)定每個(gè)樣品的拉伸性能。

2.2.2 時(shí)間對(duì)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(cè)定其拉伸性能(取平均值作為計(jì)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(gè)pH值配置6個(gè)試驗(yàn)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(cè)定其拉伸性能(取平均值作為計(jì)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(gè)pH設(shè)置一個(gè)試驗(yàn)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(cè)其拉伸性能(取平均值作為計(jì)算數(shù)值)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同pH對(duì)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(jìn)而針對(duì)不同酸堿環(huán)境的垃圾填埋場(chǎng)、危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)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(cè)提供指導(dǎo)。本試驗(yàn)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(cè)得的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率繪制pH—斷裂強(qiáng)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(qiáng)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(gè)較高的水平，如斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的原始數(shù)值為9.76kN/m和78.2%，在pH=6時(shí)斷裂強(qiáng)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(shí)間的酸堿環(huán)境對(duì)滌綸無紡?fù)凉げ嫉睦煨阅苡绊戄^小，另外在pH=2時(shí)，滌綸無紡?fù)凉げ急Ｓ休^大的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率，而在pH=12時(shí)，滌綸無紡?fù)凉げ家鸦救芙猓淅煨阅芡耆珕适?，說明滌綸無紡?fù)凉げ寄蛷?qiáng)酸性能較好，有一定的耐堿性，但耐強(qiáng)堿能力較差，所以對(duì)滌綸無紡?fù)凉げ荚趶?qiáng)堿環(huán)境中的應(yīng)用應(yīng)慎重。

圖1 不同pH對(duì)無紡?fù)凉げ祭煨阅艿挠绊?/p>

3.2 時(shí)間對(duì)無紡?fù)凉げ寄透g性的影響

為了探究應(yīng)用于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿環(huán)境中的無紡?fù)凉げ计淅煨阅茈S時(shí)間的變化，本試驗(yàn)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(qiáng)力和斷裂伸長率隨時(shí)間的變化曲線如圖2。從圖2中可以看出無論是強(qiáng)酸和強(qiáng)堿條件下，滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長率都隨著時(shí)間的增長而降低，但在強(qiáng)酸環(huán)境中，斷裂強(qiáng)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(qiáng)力和斷裂伸長率分別下降了25.7%和17.14%，然而在強(qiáng)堿環(huán)境中，滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長率都隨時(shí)間的增長迅速下降，浸沒5d的斷裂強(qiáng)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(jìn)一步驗(yàn)證了滌綸長絲無紡?fù)凉げ疾荒蛷?qiáng)堿，但具有良好的耐強(qiáng)酸性能，并且在長時(shí)間的強(qiáng)酸環(huán)境中能較好的保持其強(qiáng)力和拉伸性能，而對(duì)于強(qiáng)堿環(huán)境，滌綸長絲無紡?fù)凉げ级虝r(shí)間內(nèi)即喪失其強(qiáng)力和拉伸性能。

圖2 時(shí)間對(duì)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(yàn)分別對(duì)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(jìn)行了7d的強(qiáng)酸強(qiáng)堿浸漬試驗(yàn)，對(duì)不同克重的長絲和短纖無紡?fù)凉げ荚趶?qiáng)酸和強(qiáng)堿環(huán)境的強(qiáng)力和拉伸性能進(jìn)行了分析探討，見圖3和圖4。

圖3 斷裂強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)力和斷裂伸長率的關(guān)系圖，從圖3中可以看出，在強(qiáng)酸環(huán)境中(pH=2)，200、400、600g/m2滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長率在浸漬后都處在一個(gè)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)力并非同比例和同趨勢(shì)變化。在強(qiáng)堿環(huán)境中(pH=12)，200、400、600g/m2滌綸長絲無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長率在浸漬后都出現(xiàn)了明顯的下降，其斷裂強(qiáng)力下降順序?yàn)?00%(200g/m2)>89.1%(600g/m2)>85.6%(400g/m2)，斷裂伸長率下降順序?yàn)?00%(200g/m2)>35.6%(600g/m2)>33.2%(400g/m2)，如表1所示。說明在強(qiáng)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(qiáng)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(jì)損失。

表1 滌綸長絲斷裂強(qiáng)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(qiáng)力和斷裂伸長率的關(guān)系圖，從圖4中可以看出，在強(qiáng)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?，斷裂?qiáng)力和斷裂伸長率在浸漬后都處在一個(gè)較高的水平，如表2所示。在強(qiáng)堿環(huán)境中(pH=12)，200、400、600g/m2滌綸短纖無紡?fù)凉げ嫉臄嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長率在浸漬后也出現(xiàn)了下降，其斷裂強(qiáng)力下降順序?yàn)?3.3%(200g/m2)>62%(400g/m2)>52.1%(600g/m2)，斷裂伸長率下降順序?yàn)?1.9%(600g/m2)>37.6%(200g/m2)>24%(400g/m2)，如表2所示。說明滌綸短纖在強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(yàn)對(duì)比了滌綸短纖和PP短纖無紡?fù)凉げ荚趶?qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境中的斷裂拉伸性能，其結(jié)果如圖5所示。在強(qiáng)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?qiáng)力明顯高于滌綸短纖無紡?fù)凉げ肌Ｔ趶?qiáng)堿環(huán)境中(pH=12)，PP短纖無紡?fù)凉げ冀n后，斷裂強(qiáng)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(qiáng)力和斷裂伸長率都出現(xiàn)了明顯的下降，尤其是斷裂強(qiáng)力下降了73.3%。說明了PP短纖具有優(yōu)良的耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿特性，并且在強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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?shì)；在強(qiáng)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?duì)其耐受性能的改善并不明顯，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(qiáng)酸和強(qiáng)堿環(huán)境中都具有良好的耐受性，而且其在強(qiáng)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(duì)于不同酸堿環(huán)境的填埋場(chǎng)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(hù)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(shí)，可選擇滌綸長絲、滌綸短纖或者丙綸無紡?fù)凉げ?，?dāng)酸堿環(huán)境為強(qiáng)堿時(shí)即pH≥12時(shí)，短時(shí)間的應(yīng)用可選擇滌綸短纖或者丙綸無紡?fù)凉げ?，?dāng)長時(shí)間應(yīng)用時(shí)應(yīng)選擇丙綸無紡?fù)凉げ肌?/p>

由于不同填埋場(chǎng)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(huì)對(duì)無紡?fù)凉げ嫉男阅墚a(chǎn)生一定的影響，需要進(jìn)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(zhǔn)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。