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1、 新兴的学科 重点 应用实例难点 结合应用具体条件 第四章产业用纺织品及其应用 第一节土木 建筑用纺织品 一 土工织物土工织物又称土工布 是应用于土木工程中的纺织品 是土工合成材料的一种 目前 国内外对 土工合成材料 没有统一的分类原则 大体上分为三大类 土工织物 土工合成材料 复合土工合成材料 详细分类如下 土工织物机织土工织物编织土工织物非织造土工织物土工合成材料土工格栅土工网成型板片复合土工合成材料土工膜排水带土工衬垫 1 定义美国材料试验学会 ASTM 给土工布下的定义是 一切和地基 土壤 岩石 泥土或任何其他土建材料一起使用 并作为人造工程 结构 系统的组成部分的纺织物 叫做土工布
2、2 功能 加固 排水 过滤 隔离 防护 防渗等作用 土工布的加固功能是利用土工布的拉伸性能来改善土壤层的机械性能 由于土工织物具有较高的抗拉强度 在土体中可增强地基的承载能力 同时可以改善土体的整体受力情况主要用在软弱地基处理 斜坡 挡土墙等边坡稳定方面 隔离作用将土工织物放在两种不同的材料之间或同一材料不同粒径之间 防止相邻的异质土壤或填充料的相互混合 使各层结构分离 形成稳定的界面 按照要求发挥各自的特性及整体作用 主要用在铁路 机场 公路路基 土石坝工程 软弱基础处理以及河道整治工程 排水是将雨水 地下水或其他流体在土工布或土工布相关产品平面的收集和传输 土工织物是良好的透水材料 无论是
3、织物的法向或水平面 均具有较好的排水能力 能将土体内的水积聚到织物内部形成一排水通道排出土体 主要用在土坝 路基 挡土墙 运动场地下排水及软土基础排水团结等方面 过滤是使流体通过的同时 保持住受液力作用的土壤或其他颗粒 土工织物不仅有良好的透水 透气性能 而且有较小的孔径 孔径又可根据土的颗粒情况在制作时加以调整 因此当水流垂直织物平面方向流过时 可使大部分土颗粒不被水流带走 起到了滤层作用 滤层作用是土工织物的主要功能 主要用在水利 铁路 公路 挡土墙等各项工程中 特别是水利工程中做堤坝基础或边坡反滤层已极为普遍 在砂石料紧缺的地区 用土工织物做反滤层 更显出它的优越性 防护作用 土工织物可
4、以将比较集中的应力扩散开予以减小 也可由一种物体传递到另一物体 使应力分解 防止土体受外力作用破坏 起到对材料的防护作用 防护分两种情况 一是表面防护 二是内部接触面保护 当一种材料受集中应力作用时 而不使另一种材料破坏 主要用于护岸 护坡 河道整治 海岸防潮等工程方面 防渗作用 主要作用是防止水和有毒液体的渗漏 这类用途的土工织物一般都采用涂层土工布或高分子聚合物制成的土工膜 涂层土工布一般在布上涂一层树脂成橡胶等防水材料 土工膜以薄型非织造布与薄膜复合较多 非织造布与薄膜厚度按要求而定 主要应用在水利工程堤坝 水库中起防渗作用 也可用在渠道 蓄水池 污水池 游泳池等作为防渗 防漏 防潮材料
5、 土工织物的应用领域及其相应功能应用领域土工织物功能隔离滤层排水增强防护防渗铺砌好和待铺砌的道路湿 松软的地基 膜片路基 路面重铺 排水 运动场地 控制侵蚀 水力设施 铁路 密封设施 外壳 松软土质上的土堤 增强土墙和坡 隧道 注 主要功能 次要功能 3 土工织物的种类 按原料的种类分类 可分为天然纤维土工布和合成纤维土工布 按形状分类 可分为平面状 管状 带状 格栅状 或网状 蜂窝状 绳索状和其他异形土工布 按加工方法分类 可分为机织土工布 编织土工布和非织造土工布 如纺粘法土工布质地均匀 强力高 伸长率好 门幅宽 生产率高 成本最低 有时候 单一类型的土工布不能满足工程上的性能要求 由两种
6、或两种以上不同功能 不同种类的土工布或其他材料复合而成的称为复合土工布 复合材料可以是经编布与非织造布的复合 也可以是机织布与非织造布的复合 或者是非织造布与吹塑膜 压延膜 涂膜等复合 4 主要性能与测试土工织物在各项工程中应用时 虽然由于应用目的 工程地质条件 工程结构设计等各种因素不同 对土工织物类型的选择及技术指标要求有所不同 但总的来说对土工布的性能要求不外乎以下几个方面 物理性能与测试 力学性能与测试 水力学性能与测试 其他与使用环境有关的性能 土工布应具有各项同性和均质性 各个方向的强度 刚度 弹性 弹性伸长率 渗透性能等要基本相同 其厚度和单位面积重量等要均匀 1 单位面积质量
7、2 厚度 力学性能与测试土工织物应具有较好的力学性能 其力学性能越好 用途就越广 这些性能主要有抗拉强度 撕裂强度 顶破刺穿强度 抗蠕变 抗磨损等 1 抗拉强度 2 梯形撕裂强度 3 顶破强度 4 刺破强度 5 动态穿孔 6 接头 接缝强度 7 抗磨损性 8 抗伸蠕变和拉伸蠕变断裂性能 水力学性能与测试 1 土工织物的孔径 2 土工布的孔隙率 3 土工布的渗透性能 其他与使用环境有关的性能 1 老化特性 2 抗化学腐蚀测试 3 耐热性 4 摩擦特性的测定 土工布应用技术 杨思让 张家铭编纺织工业出版社1991 6 二 建筑用纺织品在建筑中使用纺织品及纤维材料虽然已有很悠久的历史 但是进入高速发
8、展时期和应用领域的不断拓宽却是近十几年的事 建筑中采用纺织品结构材料有如下一些优点 1 可以极大地缩短建造周期 显著节约建筑材料降低建筑成本 2 能极大减轻结构的重量 织物 外壳 的重量只有砖瓦 泥灰 钢材等常规外壳材料重量的1 30 3 能建造大跨度建筑 这是大型公共场所 体育馆 展览厅 材料设备库房所需要的 4 能较好地承受地震等严重破坏力 不易受机械损伤 一旦受损修补也比较容易 5 可以随意设计各种形状的外观 可灵活安装拆卸 1 纤维增强材料2 屋面防水材料3 建筑用膜结构材料膜结构是用轻质高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成的具有一定刚度的稳定曲面 可承受一定荷载 能够覆盖较大空间的
9、结构形式 膜结构有三种类型 薄膜 网材和织物 水立方 第二节农 林 水产用 一 农 林业用纺织品 现代农业是指应用现代科学技术 现代工业提供的生产手段和现代管理方法的农业生产 1农业用纺织品的作用 1 保温 农业用纺织品通过遮蔽隔断辐射热 减少气体对流散热 限制水分蒸发气化 以及纺织品本身较少的热传导率等多项作用 产生适当的保温 防冻 御寒效果 2 遮光 夏季高温及过多日照超过光饱和 对一些农作物生长不利 使用纺织品后可根据作物生长的需要选择纺织品的遮光率 遮光率一般选择在35 95 之间 控制遮光率一般采用调整织物的结构 经纬密 纱线粗细及颜色等参数来达到 3 防霜 霜冻是作物的一大灾难 应
10、用纺织品保护时 霜结在纺织品上而非直接结在农作物上 由于纺织品的吸湿 吸热作用 对作物没有直接影响 而当用聚乙烯薄膜覆盖时 夜里薄膜内产生水滴并降温结冰 当冰粒融解时就会产生类似霜冻的影响 这是纺织品优于薄膜的一方面 4 防雨 雪 雹 风 纺织品可在透气 透湿的情况下 防止雨 雪 雹对作物的直接冲击 特制的高强防风网还能减轻风力的破坏作用 5 防病虫害 农作物最困难的是一些农药不能解决的病虫害 而在全生长期采用纺织品隧道隔离蚜虫 则可以防止这些病毒 还能消除农药的污染 保障人民的健康 6 水土保护及植被 纺织品还能控制土壤流失 促进植被的建立和生长 与植被一起解决土壤的侵蚀问题 7 无土栽培用
11、载体及排水灌溉用 2 农业用纺织品的应用 保温织物 保温织物顾名思义就是对作物起保温作用的织物 在温室 大棚内加保温帘正适应了新的保护的发展形势 由于纺织品质的轻柔 保温性好 不滴水等特点 比塑料薄膜保温好 所以 荷兰 日本 美国引进的现代化温室都用纺织品作为保温的材料 这些保温材料基本上有以下三类 纺织物 无纺织物 涂铝保温织物 温室 大棚的一大部分热量是通过辐射的形式散发而损失的 因此 为了减少辐射热 在保温材料的一面喷涂一层很薄的铝膜 把红外线反射回温室内 增加保温性 一般无纺织物节热率在25 左右 而涂铝保温织物节热率可提高到35 40 遮阳织物 现代温室已发展到一年四季都使用的程度
12、夏季阳光强烈 温度高 就需要遮阳降温 过去用竹帘等材料 因为笨重 不适于现代温室使用 采用玻璃涂白 擦洗时比较困难 现在国外采用遮阳织物 可盖在温室顶上 也可架设在温室内 使用或收起比较方便 遮阳材料主要有以下两种 寒冷纱与遮阳网 1 寒冷纱寒冷纱是用化纤纺纱 织成纱布一类的织物 经树脂整理制成 保持经纬纱的位置固定不变 寒冷纱以遮光 降温的功能为主 调节经纬纱密度和采用的颜色控制遮光率 遮光率一般可调节范围为15 70 基本物性强伸性 耐候性 耐腐蚀性 耐水性 耐磨损性 耐药品性 形态稳定性用途特性防虫性 遮光性 透光性 保温性 防寒性 通风性 防霜性 防风性 防砂性 防鸟性 防雪性 抢水性
13、2 遮阳网在温室系统中 最常采用的遮阳降温材料是遮阳网 遮阳网一般要能反射红外线 而又能保证可见光通过 这样既能起到降温作用 又保证了农作物生长所需的阳光 采用遮阳网与其他的遮阳网降温方法 如在玻璃温室顶棚涂反光涂料 相比 具有效果良好 操作简单 而且可以重复利用 降低生产成本等优点 因此在温室大棚系统中被广泛采用 常用遮阳网材料的种类有薄细布 由聚乙烯醇 聚酯等细纱织成 间隙率40 80 的网状织物 聚乙烯薄网 聚乙烯醇薄网 非织造布等材料 如美国用的遮阳网有用塑料扁条织成 其遮阳率分别有47 55 63 73 80 98 等不同规格 水土保持 植被用织物 随着人们对土地资源和生态环境的日益
14、重视 如何有效地进行农田水土保护也越来越引起人们的关注 而且也开始进行这方面的研究 其中 纺织品起着重要的作用 这种织物有三种功能 控制土壤流失 促进植被的建立和生长 与植被一起解决土壤的侵蚀问题 排水灌溉用织物 国内外均已研制成功了一种新型的非织造布复合结构的排水管 其结构为 管的内层是高强塑料管架 起支撑和加固作用 中层为非织造布过滤层 具有良好的过滤和渗透性能 在非织造布过滤层的内外两侧采用高强丙纶纱网加强和保护 防止施工和应用中的破坏 该结构的特点是 具有良好的过滤和排水性能 管体结构合理 牢固 加强了非织造布过滤层的保护 植物栽培用纺织材料 在农业生产过程中 要进行种子培育 在城市绿
15、化和园艺领域 需要大量的草坪 这就必须大量的培育基材 在育种方面 国外已制造出多种生物可降解的土壤毯 该材料由椰子皮纤维 稻草 麦秸等混合制成 非降解聚丙烯类也适用 人工草坪 皮 植生带另外 农用纺织品还可在花卉产业中广泛应用 包括无土栽培花盆的基质材料 覆盖材料 鲜花保鲜包装用的非织造布等 净菜包装保鲜非织造布 农副产品的包装及粮食储藏用纺织品 高吸水纺织品材料等在国外的应用也逐渐增加 近期 国外又开发成功了防虫害用纺织品和促进植物生长所需微环境用纺织品 二 水产 海洋用纺织品我国是一个具有几万公里海岸线的国家 远洋捕捞 近海养殖 海洋矿物资源的开发与利用 以及巨大海洋能源的开发与利用 与纤
16、维纺织品都有非常重要的联系 1养殖业 1 人工鱼礁 2 人工海草 3 人工藻类 1 人工流动藻类2 海藻造林及海上养育场2海洋土木 1 海洋空间的利用 2 养殖场的建造3所用纤维的特性 第三节过滤用纺织品 1概述过滤作用可以定义为将一种物质与另一种物质相分离的过程 即是将气体或液体中浮游或悬浮的固形物进行分离或捕集 前者为干式过滤 气固分离 后者为湿式过滤 液固分离 常用的过滤材料大致可以分为三类 1 粒状介质 如细砂 海砂 玻璃渣 木炭 硅藻土 酸性白土等 介质粒度的大小取决于需要滤出悬浮液中固体粒子的大小及滤液性质 这类介质可以捕集小于1um的微粒 城市工业用水的砂滤池 啤酒过滤 炼油厂的精制白土过滤等 2 多孔性固体介质 这种介质孔隙很小 可以捕集0 005 3um的微粒 如多孔陶瓷 多孔玻璃 多孔塑料和薄膜 常在强力腐蚀性的液浆或在高温下过滤最为适用 3 织物形状介质 可以由金属材料 如不锈钢丝 镍丝等织成 也可以由非金属材料 如棉 毛 丝 麻 合成纤维 玻璃纤维等织成 使用纤维的滤材称为滤布 可以捕集0 02 100um的微粒 由于其柔软易弯曲 且可以通过纤维粗细 长度和织物
