涤纶纺黏与涤纶短纤维针刺土工布的性能研究

涤纶纺黏与涤纶短纤维针刺土工布的

性能研究

崔

凯

靳向煜

（东华大学纺织学院，201620）上海，

摘要：测试了涤纶纺黏针刺土工布和涤纶短纤维针刺土工布的各项力学性能指标，研究了两种土工布在拉

CBＲ顶破强力、梯形撕裂强力、握持强力及伸长率等力学性能上的差异，为在伸断裂强度及伸长率、

实际生产以及岩土工程设计中合理选择土工布提供参考。

关键词：涤纶纺黏针刺土工布，涤纶短纤维针刺土工布，力学性能

+

中图分类号：TS176．5

文献标志码：A文章编号：1004－7093（2014）05－0014－04

土工布可分为机织类、针织类（主要指经编类

［1］

产品）、非织造类及复合类。尽管工艺类型不

预针刺→主针刺→修面针刺→切边成卷。

同，但总体上均具有一定的物理性能和水力学性能，能够应用于岩土工程、水利和市政建设等领域。本文以目前广泛应用的涤纶纺黏针刺土工布和涤纶短纤维针刺土工布为例，研究了两者在拉伸断裂CBＲ顶破强力、强度及伸长率、梯形撕裂强力、握持强力及伸长率等力学性能指标上的差异实际工程设计提供理论指导。

［2］

2

2．1

性能测试

拉伸断裂强度及伸长率

采用YT010型土工布综合强力机，按照标准

GB/T15788—2005方法测试。

测试条件：环境温度20℃，相对湿度65%；试样尺寸200mm×200mm；夹持隔距100mm，拉伸速度100mm/min。纵横向取样数量分别为10个。2．2

梯形撕裂强力

采用YT010型土工布综合强力机，按照标准

，为

1

1．1

试样

涤纶纺黏针刺土工布

涤纶纺黏针刺土工布试样的面密度分别为

GB/T13763—2010方法测试。

测试条件：环境温度20℃，相对湿度65%；试拉伸速样尺寸200mm×75mm；夹持隔距25mm，度50mm/min。纵横向取样数量分别为10个。2．3

CBＲ顶破强力

采用YT010型土工布综合强力机，按照标准GB/T14800—2010方法测试。

测试条件：环境温度20℃，相对湿度65%；试样为Ф300mm的圆形试样；顶压速度50mm/min。取样数量10个。2．4

握持强力

采用YT010型土工布综合强力机，按照标准SL235—2012方法测试。

测试条件：环境温度20℃，相对湿度65%；试

100、200、300和400g/m2，其生产工艺是：

聚酯切片→结晶干燥→螺杆挤压→熔体过滤→纺丝→侧吹风冷却→气流牵伸→摆丝铺网→预针刺→主针刺→储布→切边成卷。1．2

涤纶短纤维针刺土工布

涤纶短纤维针刺土工布试样的面密度分别为100、200、300和400g/m2，其生产工艺是：

纤维包→混合开松→精开松→梳理→铺网→

收稿日期：2013－10－28

1987年生，作者简介：崔凯，男，在读硕士研究生。主要研究方向是聚酯纺黏针刺土工布工艺及产品性能。

—14—

2014年第5期产业用纺织品研究报告

样尺寸200mm×100mm；夹具面钳口尺寸为宽25mm，长50mm；试样长边平行于荷载作用方向，试样计量长度75mm，在长度方向上试样两端应伸出夹具至少10mm；拉伸速度300mm/min。纵横向取样数量分别为10个。

3

3．1

结果与分析

拉伸断裂强度及伸长率

土工布的拉伸断裂强度及伸长率通过宽条样

法拉伸试验测出，是土工布力学性能要求中最基本的一项指标。涤纶纺黏与涤纶短纤维针刺土工布的纵横向拉伸断裂强度及伸长率如图1和图2所示。

由图1和图2数据分析可知：

（1）纵横向断裂强度：涤纶纺黏针刺土工布均数值上前者约是后者大于涤纶短纤维针刺土工布，的2倍。

（2）纵向断裂伸长率：面密度低于200g/m2

时，涤纶纺黏针刺土工布＞涤纶短纤维针刺土工

1———涤纶纺黏针刺土工布；2———涤纶短纤维针刺土工布

图2不同面密度土工布的断裂伸长率

22

布；面密度大于200g/m、小于400g/m时，涤纶

纺黏针刺土工布＜涤纶短纤维针刺土工布。

（3）横向断裂伸长率：面密度低于约150g/m2

时，涤纶纺黏针刺土工布＞涤纶短纤维针刺土工

22布；面密度大于150g/m、小于400g/m时，涤纶

纺黏针刺土工布＜涤纶短纤维针刺土工布。

涤纶纺黏针刺土工布的拉伸断裂强度大于涤纶短纤维针刺土工布是因为单纤维的强力起到了主要作用。涤纶纺黏针刺土工布的纤维是由管式

［3］气流牵伸装置牵伸而成，纺丝速度达到5000m/min，

单丝性能类似于化纤纺丝中的全拉伸丝（FDY），因而其强力较高。同时，由于涤纶纺黏针刺土工布在受到外界拉伸时，单纤维强力中的纤维是长丝，

的贡献较短纤维大，且相互间的缠结接触以及摩擦力大，从而使得涤纶纺黏针刺土工布的拉伸强力大于短纤维针刺土工布。

在面密度较低时，涤纶纺黏针刺土工布的尺寸稳定性较差，伸长率较涤纶短纤维针刺土工布大；而面密度高时，涤纶短纤维针刺土工布的伸长率比

1———涤纶纺黏针刺土工布；2———涤纶短纤维针刺土工布

涤纶纺黏针刺土工布大。主要原因是面密度低时，土工布厚度小，加之长丝刚度较大，其纤维间的抱

—15—

图1不同面密度土工布的拉伸强度

研究报告产业用纺织品总第289期

合较短纤维之间的抱合困难；随着面密度的增加，土工布厚度增大，纤维之间的接触增多，长丝与周围纤维有更多的缠结和抱合。3．2

梯形撕裂强力

测试织物撕裂性能的方法有舌形法、梯形法、落锤法和翼形法等，而梯形法撕裂是在土工布测试中较为广泛采用的。涤纶纺黏与涤纶短纤维针刺土工布的梯形撕裂强力如图3所示。

或鼓起扩张而破裂的现象称为顶破。测试织物顶CBＲ顶破、破性能的方法有圆球顶破、气压胀破、液压胀破等，这些方法在土工布的测试中都有应并有相应的测试标准。本文的CBＲ顶破强力用，

是使用直径为50mm的平头圆柱顶杆垂直顶压试样，以过程中的最大顶压力表征。涤纶纺黏与涤纶短纤维针刺土工布的CBＲ顶破强力如图4所示。

1———涤纶纺黏针刺土工布；2———涤纶短纤维针刺土工布

图4不同面密度土工布的CBＲ顶破强力

由图4数据分析可知：涤纶纺黏针刺土工布的CBＲ顶破强力均大于涤纶短纤维针刺土工布，数值上前者约是后者的2倍。针刺土工布被顶破主要是纤维的断裂和纤维网的松散化，顶破口是一个隆起的松散纤维包

［4］

。影响针刺土工布顶破强力

的最直接的因素是其拉伸断裂强度，随着纵横向拉伸断裂强度的增加，顶破强力明显提高。因此，本文两种土工布的CBＲ顶破强力的相对性能与拉伸断裂强度是一致的。

1———涤纶纺黏针刺土工布；2———涤纶短纤维针刺土工布

3．4握持强力及伸长率

握持强力是土工布一项重要的力学性能指标。

图3不同面密度土工布的梯形撕裂强力

由图3数据分析可知：涤纶纺黏针刺土工布的纵横向梯形撕裂强力均大于涤纶短纤维针刺土工布，数值上前者约是后者的2倍。撕裂破坏作用主要是依靠撕裂三角区的局部应力场作用。相对于机织土工布，针刺非织造土工布变形能力大，因而随着撕裂应力集中区的扩大，撕裂的不同时性主作转向大面积的拉伸。就其本质而用明显减弱，言，梯形撕裂法针对针刺土工布的评价主要还是体现了拉伸断裂性能。因此，本文两种土工布的梯形撕裂强力的相对性能与拉伸断裂强度是一致的。3．3

CBＲ顶破强力

土工布在一垂直于其平面的负荷作用下，顶起—16—

［4］

这一指标表示了在特定宽度范围内的土工布在局部被夹持的条件下进行拉伸时所能够承受的最大拉力。握持强力反映的是土工布分散集中应力的能力，即对集中载荷的扩散范围越大，握持强力越大。涤纶纺黏与涤纶短纤维针刺土工布的握持强力及伸长率如图5和图6所示。

由图5和图6数据分析可知：

（1）纵横向握持强力：涤纶纺黏针刺土工布均大于涤纶短纤维针刺土工布，数值上前者约是后者的2倍。

（2）纵向握持伸长率：面密度低于250g/m2

时，涤纶纺黏针刺土工布＜涤纶短纤维针刺土工

2014年第5期产业用纺织品研究报告

（3）横向握持伸长率：涤纶短纤维针刺土工布

均大于涤纶纺黏针刺土工布，数值上前者约是后者的1．15倍。

两种土工布的握持强力均小于相应面密度的拉伸断裂强力，这是由于局部夹持造成应力集中，对土工布的破坏性较大。涤纶纺黏针刺土工布易于转移集中应力。

4结论

（1）涤纶纺黏针刺土工布的纵横向拉伸断裂

CBＲ顶破强力和握持强力均梯形撕裂强力、强度、

大于涤纶短纤维针刺土工布，数值上前者的各项力学性能指标均约是后者的2倍。

（2）涤纶纺黏针刺土工布在面密度较低时，其纵横向拉伸断裂伸长率较大；随着面密度的增大，断裂伸长率变化幅度较小。涤纶短纤维针刺土工布与之相反，面密度低时，纵横向断裂伸长率小；随

1———涤纶纺黏针刺土工布；2———涤纶短纤维针刺土工布

着面密度的增大，断裂伸长率增大，即面密度高时，尺寸稳定性不如涤纶纺黏针刺土工布。

（3）面密度较低时，涤纶纺黏针刺土工布的纵向握持伸长率小于涤纶短纤维针刺土工布；面密度

2

增大到250g/m之后，涤纶纺黏针刺土工布的纵

图5不同面密度土工布的握持强力

向握持伸长率大于涤纶短纤维针刺土工布。涤纶纺黏针刺土工布的横向握持伸长率始终小于涤纶短纤维针刺土工布，后者约是前者的1．15倍。

在实际岩土工程等设计中，应综合考虑两种土工布所起的作用或其具体的受力情况，合理选择土上述结论对其具有重要的意义。工布种类和规格，

参

考

文

献

［1］刘玉兰．土工织物发展综述［J］．非织造布，1996（4）：

1-4．

［2］叶栾梁，J］．纺徐朴．土工布的生产技术和性能要求［

2000（3）：36-40．织导报，

［3］柯勤飞，．2版．上海：东华大靳向煜．非织造学［M］

1———涤纶纺黏针刺土工布；2———涤纶短纤维针刺土工布

2010：246-247．学出版社，

［4］于伟东．纺织材料学［M］．北京：中国纺织出版社，

2006：296-297．

图6不同面密度土工布的握持伸长率

2

2

布；面密度大于250g/m、小于400g/m时，涤纶纺黏针刺土工布＞涤纶短纤维针刺土工布。

（下转第22页）

—17—

研究报告产业用纺织品总第289期

［10］NIJ0115．00防刺衣防刺性能测试标准［S］．美国：美

2000．国国家司法研究所，

［11］公安部．GA68—2008警用防刺服［S］．北京：中国标

2008．准出版社，

Designandoptimizationofflexiblestab-resistance

materialsmadebyresinmolding

MaFeifei，XieZhengquan，WangXinhou

Abstract：

（CollegeofTextiles，DonghuaUniversity）

Flexiblestab-resistancematerialshavebeenmadeusingmetalscreenformingprocess．Fivedifferentpropertiespolyesterfabricsforthermosettingresinonstab-resistanceofthecompositeswereinvestigatedinordertoobtainthebestbasefabric．Theresultsrevealthatthemediumwovenplainfabricasbasefabriccouldachievethesuperiorstab-resistanceperformanceforuni-structurePETfabrics．Comparingwithuni-structurestab-resistancelayers，thecompositesamplewhichwasmadewithmediumwovenplainstab-resistancelayersandnonwovenstab-resistancelayersshowsthebeststab-resistanceperform-ance．

Keywords：stab-resistancematerial，stab-resistanceperformance，PETfabric，thermosettingresin，structure櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵（上接第17页）

StudyoncharacteristicsofspunbondPETandPET

staplefiberneedlpunchedgeotextiles

CuiKai，JinXiangyu

Abstract：

（CollegeofTextiles，DonghuaUniversity）

MechanicalpropertiesofPETspunbondneedlepunchedgeotextilesandPETstaplefibercardingneedlepunchedgeotextilesaretested．Also，mechanicaldifferenceofthesetwokindsofgeotextileswasstudied，includingbreakingstrengthandelongationrateatbreakingpoint，trapezoidtearingstrength，CBＲburstingstrength，grabtensilestrengthanditselongationrate，etc．，providingscientificreferenceformaterialsproductionandengineeringdesign．

Keywords：PETspunbondneedlepunchedgeotextile，PETstaplefiberneedlepunchedgeotextile，mechanical

property

种下一棵树收获一片绿阴托起一份希望献出一份爱心—22—