本發(fā)明涉及土工材料加工。更具體地說，本發(fā)明涉及一種復(fù)合土工布的制備方法。

背景技術(shù)：

1、在土木工程領(lǐng)域，復(fù)合土工布廣泛應(yīng)用于防滲、隔離、加固等工程場景。傳統(tǒng)復(fù)合土工布多采用單層針刺或熱壓復(fù)合工藝，但存在層間結(jié)合力不足、滲透穩(wěn)定性差等問題。尤其在水利工程中，由于長期承受水壓和土體應(yīng)力作用，現(xiàn)有產(chǎn)品常出現(xiàn)高分子膜與織物分層現(xiàn)象，導(dǎo)致防滲性能急劇下降。分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)針刺工藝采用單向單次針刺，無法形成有效三維結(jié)合結(jié)構(gòu)，針刺深度與密度的單一設(shè)置難以適應(yīng)不同區(qū)域應(yīng)力分布差異，導(dǎo)致薄弱區(qū)域過早失效。此外，熱定型工序參數(shù)控制粗放，溫度場分布不均易引起材料收縮變形，影響最終產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性。現(xiàn)有技術(shù)嘗試通過增加針刺密度或采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)改善性能，但過度針刺會(huì)破壞高分子膜連續(xù)性，反而降低防滲效果。如何在保證高分子膜完整性的前提下實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度結(jié)合，同時(shí)兼顧不同區(qū)域力學(xué)性能需求，成為亟待解決的技術(shù)難題。生產(chǎn)過程中，由于針刺工藝參數(shù)與成品性能間存在復(fù)雜非線性關(guān)系，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)式參數(shù)設(shè)定方式難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率不足70%。現(xiàn)有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用單一傳感器進(jìn)行離線檢測(cè)，無法實(shí)時(shí)反饋調(diào)整工藝參數(shù)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種復(fù)合土工布的制備方法，解決傳統(tǒng)復(fù)合土工布制備過程中針刺工藝單一，導(dǎo)致層間結(jié)合強(qiáng)度不足、滲透穩(wěn)定性差，無法滿足不同工程區(qū)域差異化力學(xué)性能需求的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)合土工布的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟一、選用兩層單位面積質(zhì)量為100~300?g/m2、斷裂強(qiáng)度大于15?kn/m的合成纖維土工織物，以及厚度為0.5~3.0?mm、滲透系數(shù)小于1×10?13cm/s的高分子土工膜；

4、步驟二、將兩層合成纖維土工織物分別疊合在高分子土工膜的上下表面，然后送至梯度針刺機(jī)，采用雙工位梯度針刺工藝，從上下兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行粗針針刺預(yù)加固，針刺深度為高分子土工膜厚度的50~60%，再從上下兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行細(xì)針針刺精整，針刺深度為高分子土工膜厚度的70~80%，針刺密度根據(jù)高分子土工膜不同區(qū)域的受力需求預(yù)設(shè)，且在針刺復(fù)合過程中，通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整針刺參數(shù)；

5、步驟三、對(duì)針刺復(fù)合后的土工布進(jìn)行熱定型處理，熱定型溫度控制在120~140℃，時(shí)間為8~12?min，然后對(duì)熱定型后的土工布進(jìn)行表面處理，最終獲得復(fù)合土工布。

6、優(yōu)選的是，所述合成纖維土工織物的材質(zhì)為聚酯纖維，所述高分子土工膜的材質(zhì)為高密度聚乙烯。

7、優(yōu)選的是，所述步驟二中，針刺密度的預(yù)設(shè)值為：

8、將高分子土工膜劃分為核心受力區(qū)、邊緣加強(qiáng)區(qū)、薄弱敏感區(qū)及常規(guī)區(qū)域；其中，

9、所述核心受力區(qū)的針刺密度預(yù)設(shè)值為35~45針/cm2，采用正交交叉針刺路徑；

10、所述邊緣加強(qiáng)區(qū)的針刺密度預(yù)設(shè)值為50~60針/cm2，采用螺旋式遞進(jìn)針刺路徑；

11、所述薄弱敏感區(qū)的針刺密度預(yù)設(shè)值為60~70針/cm2，采用環(huán)形加密針刺路徑；

12、所述常規(guī)區(qū)域?yàn)槌鲜鎏厥鈪^(qū)域外的主體部分，占高分子土工膜總面積的60~70%，針刺密度預(yù)設(shè)值為20~30針/cm2，采用均勻平行針刺路徑。

13、優(yōu)選的是，所述正交交叉針刺路徑的針距為5~8?mm，角度為90°；所述螺旋式遞進(jìn)針刺路徑的針距為3~5?mm，螺旋半徑遞增；所述環(huán)形加密針刺路徑的環(huán)形半徑為1~2?mm；所述均勻平行針刺路徑的針距為10~15?mm。

14、優(yōu)選的是，所述動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括安裝在針刺機(jī)的針刺針座側(cè)面用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)針刺深度的位移傳感器、安裝于針刺機(jī)正上方通過圖像識(shí)別算法檢測(cè)針刺點(diǎn)分布密度的工業(yè)相機(jī)、以及安裝在高分子土工膜輸送輥軸兩端用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膜材張力的張力傳感器。

15、優(yōu)選的是，所述動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集針刺深度、針刺密度和高分子土工膜張力，并定期對(duì)復(fù)合土工布進(jìn)行抽樣檢測(cè)，獲取其斷裂強(qiáng)度、滲透系數(shù)和剝離強(qiáng)度，將這些數(shù)據(jù)與采集到的針刺深度、針刺密度和高分子土工膜張力通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，建立基于?bp?神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型，所述預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練樣本量≥1000?組，r2≥0.95，通過實(shí)時(shí)分析模型輸出結(jié)果預(yù)測(cè)復(fù)合土工布質(zhì)量，當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果超出預(yù)設(shè)的控制范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整針刺參數(shù)。

16、優(yōu)選的是，所述針刺參數(shù)的調(diào)整方法具體為：

17、針刺深度調(diào)整：依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果與控制范圍的偏差，以0.02?mm步長進(jìn)行調(diào)整，且設(shè)置最大調(diào)整范圍為?±0.2?mm，調(diào)整周期為3?min，若預(yù)測(cè)的斷裂強(qiáng)度低于控制下限，將針刺深度增加0.02?mm，若預(yù)測(cè)的滲透系數(shù)低于控制下限，將針刺深度降低0.02?mm；

18、針刺密度調(diào)整：通過變頻器調(diào)節(jié)針刺機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變針刺密度，基于基準(zhǔn)速度調(diào)整范圍為±15%，若預(yù)測(cè)的斷裂強(qiáng)度或剝離強(qiáng)度低于控制下限，提高針刺機(jī)的運(yùn)行速度，提速比例為10%，若預(yù)測(cè)的滲透系數(shù)低于控制下限，降低針刺機(jī)的運(yùn)行速度，降速比例為10%；

19、高分子土工膜張力調(diào)整：按照預(yù)測(cè)結(jié)果與控制范圍的偏差進(jìn)行調(diào)整，若預(yù)測(cè)的剝離強(qiáng)度低于控制下限，則高分子土工膜的張力增加5?n，若預(yù)測(cè)的滲透系數(shù)低于控制下限，則高分子土工膜的張力減少?3n。

20、優(yōu)選的是，所述針刺參數(shù)的調(diào)整方法存在優(yōu)先級(jí)機(jī)制，具體為：設(shè)定滲透系數(shù)的控制下限和上限、斷裂強(qiáng)度的控制下限、剝離強(qiáng)度的控制下限；當(dāng)預(yù)測(cè)的滲透系數(shù)小于控制下限或大于控制上限、預(yù)測(cè)的斷裂強(qiáng)度小于控制下限、預(yù)測(cè)的剝離強(qiáng)度小于控制下限時(shí)，分別判定對(duì)應(yīng)指標(biāo)異常；

21、當(dāng)同時(shí)出現(xiàn)多種異常時(shí)，按照滲透系數(shù)異常＞斷裂強(qiáng)度異常＞剝離強(qiáng)度異常的優(yōu)先級(jí)順序執(zhí)行參數(shù)調(diào)整；

22、若滲透系數(shù)異常，則按照高分子土工膜張力、針刺深度、針刺密度的順序調(diào)整針刺參數(shù)；若滲透系數(shù)無異常，斷裂強(qiáng)度異常，則按照針刺深度、針刺密度、高分子土工膜張力的順序調(diào)整針刺參數(shù)；若滲透系數(shù)、斷裂強(qiáng)度也無異常，剝離強(qiáng)度異常，則按照高分子土工膜張力、針刺密度、針刺深度的順序調(diào)整針刺參數(shù)。

23、優(yōu)選的是，所述針刺參數(shù)的調(diào)整方法存在防沖突機(jī)制，具體為：

24、預(yù)定義針刺深度增加與針刺密度降低的沖突、針刺密度增加與高分子土工膜張力降低的沖突、針刺深度增加與高分子土工膜張力增加的沖突；

25、當(dāng)出現(xiàn)針刺深度增加與針刺密度降低的沖突時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行針刺深度調(diào)整；

26、當(dāng)出現(xiàn)針刺密度增加與高分子土工膜張力降低的沖突時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行高分子土工膜張力調(diào)整；

27、當(dāng)出現(xiàn)針刺深度增加與高分子土工膜張力增加的沖突時(shí)，若滲透系數(shù)異常，則優(yōu)先調(diào)整針刺深度；若滲透系數(shù)無異常，則優(yōu)先調(diào)整高分子土工膜張力。

28、本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明通過梯度針刺工藝分階段控制針刺深度，粗針預(yù)加固形成基礎(chǔ)結(jié)合結(jié)構(gòu)，細(xì)針精整強(qiáng)化界面結(jié)合，結(jié)合深度達(dá)膜厚80%確保三維互鎖效果。分區(qū)預(yù)設(shè)針刺密度實(shí)現(xiàn)差異化增強(qiáng)，核心區(qū)采用中等密度保持膜完整性，邊緣區(qū)高密度增強(qiáng)抗撕裂性。精確控制熱定型溫度和時(shí)間，使高分子鏈段有序排列，消除內(nèi)應(yīng)力，有效提升了產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)控工藝參數(shù)，有效提高了產(chǎn)品合格率。

29、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。