Армирующая нетканая сетка и способ ее изготовления

Армирующая нетканая сетка и способ ее изготовления

Реферат

Изобретение относится к нетканым рулонным материалам и может быть использовано в промышленности стройматериалов для армирования слоев, связанных, например, с помощью битумов и асфальтобетонов. Изобретение может быть использовано в объектах, где предъявляются повышенные требования к прочности материала, когда изделие эксплуатируется в сложном напряженном состоянии при действии значительных циклических нагрузок в регионах с суровыми климатическими условиями и высокими колебаниями температур.

В отличие от текстильных материалов, которые изготавливают ткачеством или вязанием пряжи, нетканые материалы относительно недороги в изготовлении, однако для них характерно неравномерное распределение по различным направлениям нитей в материале, т.е. значительная неоднородность плотности материала. Это приводит не только к проблеме неоднородности механических свойств плоского материала по различным направлениям, но и к недостаточной стабильности свойств во времени. Нетканый материал может быть необратимо деформирован в результате приложения к нему значительных циклических нагрузок, что обуславливает в случае его использования в качестве армирующего строительного покрытия неудовлетворительную стабильность. Изготовление основы материала ткачеством придает материалу однородность по различным направлениям, которой недостает нетканым материалам, обладающим в высокой степени дискретным расположением нитей в основе. Однако методы ткачества достаточно сложные, медленные и непригодны для формирования протяженных армирующих изделий.

Длительное время используют армирующий мат, сплетенный из продольных проволок и снабженный укрепляющими элементами, проходящими в поперечном направлении для укрепления верхнего слоя грунта, состоящего из битума, асфальта или подобного материала, содержащего углеводород (RU, 2169811). Испытания известного материала показали низкую эффективность укрепления дороги с целью предотвращения образования трещин в регионах с суровыми климатическими условиями.

Анализ литературных данных показал, что в многочисленных изданиях западноевропейских стран раскрывается применение решеток в асфальтобетоне, преимущественно из полимера. Все же обнаружилось, что особенно в регионах с суровыми климатическими условиями и высокими колебаниями температур известные материалы обладают невысокой сопротивляемостью при образовании трещин в асфальтобетоне.

Известен армодренажный композитный геотекстильный материал (патент RU, 2103439), включающий матрицу из нетканого иглопробивного материала и армирующие элементы, выполненные в виде полос из ровингового стекложгута и пропитанные термопластовым клеем. Армирующие элементы размещены на нетканом материале с постоянным шагом и скреплены с ним посредством воздействия на них температуры и давления. Армирование нетканого материала стекложгутом способствует повышению прочностных характеристик, однако существенно увеличивает его себестоимость.

В патенте RU, 2123549 раскрыт волокнистый армирующий материал, выполненный в виде пропитанного органическим связующим сетчатого полотна из боросиликатных стекловолокон, основные и уточные ровинги которого скреплены прошивными нитями с образованием ячеек. Каждый основной стеклоровинг полотна скреплен с уточным стеклоровингом тремя прошивными стеклонитями. Выработка полотна происходит за счет наложения нитей основы на уточные нити и скрепления их между собой прошивной нитью до получения поверхностной плотности материала 180-320 г/м².

Из патента RU, 2166019 известна текстильная сетка с крупными ячейками для армирования слоев, связанных с помощью битумов, которая состоит из двух комплектов параллельных, воспринимающих нагрузки нитей, причем один комплект нитей проходит в продольном направлении сетки, а другой комплект нитей проходит поперек продольного направления сетки. Нити состоят из стекловолокна или химических волокон, например, полимерных волокон и уложены рашельным способом на нетканый материал, причем соединительные рашельные связующие нити охватывают проходящие в продольном направлении нити сетки и фиксируют проходящие поперек нити.

К сожалению, использование иглопробивных средств приводит к разрыву некоторых из волокон. Необходимость проведения операции сшивания для формирования материала создает проблемы, касающиеся структурной прочности материала и производительности способа его изготовления. Наличие швов увеличивает вероятность снижения механической прочности материала, представляющего собой композитную структуру, получаемую путем пропитки уложенных нитей в виде двухмерной формы затвердевающими связующими, например затвердевающими смолами. Имеется потребность в более простом способе предварительного формирования плоских форм из материалов без применения сшивания. Такие швы, как отмечалось выше, могут приводить к риску снижения прочности композитных структур.

В рамках данной заявки решается проблема получения армирующей нетканой сетки, обладающей повышенной структурной линейностью, прочностью и жесткостью, а также стабильностью механических свойств в регионах с суровыми климатическими условиями. Существует потребность в простом способе, посредством которого можно изготавливать нетканые структуры материалов путем дискретной укладки нитей, расположенных в настиле так, чтобы обеспечить заданные физико-механические свойства при значительных циклических нагрузках. Существует потребность в достижении стабильной прочности материала при сохранении гибкости его нитей в условиях резких перепадов температур.

Данная армирующая нетканая сетка содержит две группы дискретно расположенных под прямым углом друг к другу в продольном и поперечном направлениях волокон, удерживаемых с помощью связующего и отдаленных в каждой группе одно от другого с регулярным шагом, причем указанные две группы волокон образуют трехслойную структуру так, что группа поперечных волокон расположена между разделенными на верхнюю и нижнюю подгруппы продольными волокнами, при этом волокна каждой группы выполнены из стеклоровинга с линейной плотностью не менее 400 текс.

Предпочтительно, чтобы волокна были выполнены из алюмоборосиликатного стеклоровинга с относительным удлинением не более 5%.

Данный способ изготовления нетканой сетки для армирования слоев, связанных битумом и/или асфальтобетоном, включает дискретное укладывание под прямым углом друг к другу двух групп волокон в продольном и поперечном направлениях, пропитку их связующим и термообработку, в которой в качестве волокон используют стеклоровинг с линейной плотностью не менее 400 текс, при этом предварительно перед укладыванием волокон, группу продольных волокон разделяют на верхнюю и нижнюю подгруппы, создают контролируемое натяжение волокон в этих подгруппах, пропитывают, по крайней мере, одну из подгрупп продольных волокон связующим, затем группу поперечных волокон укладывают между верхней и нижней подгруппами продольных волокон, после этого проводят термообработку при температуре 150-180°С с последующей повторной пропиткой волокон связующим и сушкой до достижения остаточной влажности волокон не более 0,5 мас.%.

Предпочтительно сушку проводить в интервале температур 150-220°С, а в качестве волокон использовать стеклоровинг с относительным удлинением не более 5%.

Сущность изобретения состоит в установлении причинно-следственной связи между физико-механическими свойствами нетканого материала в виде сетки для армирования слоев, связанных битумом и/или асфальтобетоном и его структурой, полученной на основе используемого материала волокон в рамках заданной последовательности действий и режимов их выполнения. Для выявления этой взаимообусловленности было изучено экспериментально в условиях циклических нагрузок поведение нетканой сетки, изготовленной данным способом с использованием в качестве волокон стеклоровинга с линейной плотностью не менее 400 текс. При отсутствии известности общего уравнения, связывающего физико-механическое состояние нетканой сетки при циклических нагрузках с материалом волокон, авторами экспериментально были найдены те оптимальные значения величины линейной плотности стеклоровинга, которые позволяют сформировать стабильную структуру материала.

Пропитка одной из подгрупп продольных волокон и термообработка при температуре 150-180°С необходимы для создания требуемой жесткости структуры материала. После такой термообработки продольные и поперечные волокна удерживаются друг около друга до тех пор, пока сформированную структуру не подвергнут повторной пропитке связующим и сушке в режиме контролируемого натяжения волокон до достижения требуемой степени остаточной влажности.

Пример.

Для изготовления трехслойной нетканой сетки, имеющей гибкую структуру для армирования слоев, связанных битумом или асфальтобетоном, с циклической нагрузкой 10 т используют бухты алюмоборосиликатного стеклоровинга с различной линейной плотностью. Бухты стеклоровинга устанавливают на шпулярнике. Со шпулярника первую группу волокон подают на разделительную гребенку, где ее разделяют на верхнюю и нижнюю подгруппы продольных волокон, а затем направляют на натяжное устройство. Создание натяжения верхних и нижних продольных волокон необходимо для защемления между ними другой группы волокон - поперечных. Натяжение верхних продольных волокон поддерживают в пределах 3-8 кг/нить, а натяжение нижних - в пределах 5-10 кг/нить. Поперечные волокна с бухты стеклоровингов подают на раскладчик цепного транспортера, имеющего подвижную несущую поверхность для поддержания структуры формируемого материала. С помощью раскладчика укладывают поперечные волокна на нитедержателе цепного транспортера, обеспечивая при этом перпендикулярное расположение их относительно продольных волокон. Верхние продольные волокна с натяжного устройства направляют в ванну, где их пропитывают клеящим составом, в качестве которого используют битум или асфальтобетон. Формование сетчатой структуры материала производят на формовочном цилиндре, установленном на приводном валу цепного транспортера. На формовочном цилиндре между верхними и нижними продольными волокнами укладывают поперечные, при этом с помощью формовочного устройства в режиме контролируемого натяжения продольных волокон защемляют поперечные волокна между продольными волокнами. После чего производят обрезку концов поперечных волокон отрезным устройством. Скорость укладывания нитей в двух взаимно перпендикулярных направлениях контролируют в процессе формирования материала. Материал со сформированной трехслойной структурой направляют на горячие каландры, где с целью создания жесткости структуры полотна, осуществляют термообработку при температуре в пределах 150-180°С, сопровождающуюся склеиванием продольных волокон стеклоровинга. После повторной пропитки структуры клеящим составом, материал отжимают, а затем сушат при температуре 190°С до остаточной влажности не более 0,5% от массы материала. Готовый материал подают на тянущее устройство, с помощью которого обеспечивают скорость изготовления материала в пределах 0,5-3,5 м/мин. Использование данного способа позволяет получить трехслойную структуру, где волокна обеих групп, продольной и поперечной, образуют дискретный массив и не застилают сплошь поверхность. Получаемая нетканая сетка представляет собой целевой продукт, который может быть изготовлен в виде рулонного материала.

В таблице 1 приведены физико-механические показатели армирующей нетканой сетки, полученной согласно данному способу.

Табл.1
Наименование	Значения показателей армирующей сетки
показателей	1	2	3	4
Масса на единицу площади, г/м2	225±30	320±40	450±50	540±60
Остаточная влажность, не более, % от массы на единицу площади	0,5	0,5	0,5	0,5
Разрывная нагрузка, Кн/м не менее:
продольные нити	50	70	100	120
поперечные нити	48	65	95	115
Удлинение при разрыве, % не более:
по продольным нитям	4,0	4,0	4,0	4,0
по поперечным нитям	4,0	4,0	4,0	4,0
Потеря прочности при проверке морозостойкости (50 циклов замерзания-
оттаивания), % не более	25	25	25	25
Линейная плотность стеклоровинга, текс	400	800	1000	1200
Размеры ячеек, мм	25×25	37,5×37,5	37,5×50	25×50

Изобретение может быть использовано при производстве нетканого рулонного материала на основе стеклоровинга для армирования дорожных и строительных покрытий. Изобретение предусматривает получение изотропного состояния нетканого материала, характеризующегося требуемыми стабильными физико-механическими свойствами. Это приводит к ряду коммерческих преимуществ, включая способность производить по низкой себестоимости в едином технологическом цикле качественное покрытие, характеризующееся структурной прочностью при воздействии циклических нагрузок в суровых климатических условиях.

1. Армирующая нетканая сетка, содержащая две группы дискретно расположенных под прямым углом друг к другу в продольном и поперечном направлениях волокон, удерживаемых с помощью связующего и отдаленных в каждой группе одно от другого с регулярным шагом, в которой обе группы волокон образуют трехслойную структуру так, что группа поперечных волокон расположена между разделенными на верхнюю и нижнюю подгруппы продольными волокнами, при этом волокна каждой группы выполнены из стеклоровинга с линейной плотностью не менее 400 текс.

2. Армирующая нетканая сетка по п.1, характеризующаяся тем, что волокна выполнены из алюмоборосиликатного стеклоровинга с относительным удлинением не более 5%.

3. Способ изготовления армирующей нетканой сетки по п.1, включающий дискретное укладывание под прямым углом друг к другу двух групп волокон в продольном и поперечном направлениях, пропитку их связующим и термообработку, в которой в качестве волокон используют стеклоровинг с линейной плотностью не менее 400 текс, при этом предварительно перед укладыванием волокон группу продольных волокон разделяют на верхнюю и нижнюю подгруппы, создают контролируемое натяжение волокон в этих подгруппах, пропитывают, по крайней мере, одну из подгрупп продольных волокон связующим, затем группу поперечных волокон укладывают между верхней и нижней подгруппами продольных волокон, после этого проводят термообработку при температуре 150-180°С с последующей повторной пропиткой связующим и сушкой до достижения остаточной влажности волокон не более 0,5 мас.%.

4. Способ по п.3, характеризующийся тем, что сушку проводят в интервале температур 150-220°С.

5. Способ по п.3, характеризующийся тем, что в качестве волокон используют алюмоборосиликатный стеклоровинг с относительным удлинением не более 5%.