压延法土工膜

摘要

压延法土工膜可定义为：将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上相向旋转的辊筒间隙，加工成规定尺寸并用于土工材料的薄膜或片材，俗称淋膜。压延法土工膜主要采用聚氯乙烯等高聚物材料。其分类包括单层聚氯乙烯土工膜、双层聚氯乙烯复合土工膜及夹网聚氯乙烯复合土工膜。

1、压延法土工膜的代号

①单层聚氯乙烯土工膜，代号TGD。

②双层聚氯乙烯复合土工膜，代号TGSF。

③夹网聚氯乙烯复合土工膜，代号TGWF。

2、压延法土工膜的一般性能

①单层和双层聚氯乙烯土工膜的物理力学性能

序号	项目	指标
1	密度(g/cm)	1.25~1.35
2	拉伸强度	≥15/13
3	断裂伸长率	≥220/200
4	撕裂强度	≥40
5	低温弯折性(-20℃)	无裂纹
6	尺寸变化率	≤5
7	耐静水压	按表3-2-7、表3-2-8
8	渗透系数	≤10-11
9	透气系数	按设计或合同规定
10	热老化处理	外观	无气泡、不黏接、无孔
		拉伸强度相对变化率(纵横)/%	≤25
		断裂伸长率相对变化率(纵/横)/%	≤25
		低温弯折性	无裂纹

②单层聚氯乙烯土工膜耐静水压规定值

项目	指标
膜材厚度/mm	0.3	0.5	0.8	1	1.5
耐静水压/MPa≥	0.5	0.8	0.8	1	1.5

③双层聚氯乙烯复合土工膜耐静水压规定值

项目	指标
膜材厚度/mm	0.6	0.8	1	1.5	2
耐静水压/MPa≥	0.5	0.8	1	1.5	1.5

④夹网聚氯乙烯复合土工膜的物理力学性能

序号	项目	指标
1	密度(g/cm3）	1.20~1.30
2	断裂强度	0.5~2.0
3	低温弯折性(-20℃)	无裂纹
4	尺寸变化率	≤5
5	撕裂负荷	≥80
6	耐静水压/MPa	按表3-2-5
7	CBR顶破强力	按设计或合同规定
8	渗透系数	≤10-11
9	透气系数	按设计或合同规定
10	热老化处理	外观	无气泡、不黏接、无孔
		断裂强度相对变化率(纵/横)	≤25
		低温弯折性(-20℃)	无裂纹

⑤夹网聚氯乙烯复合土工膜耐静水压规定值

项目	指标
膜材厚度/mm	0.5	0.8	1	1.5	2
耐静水压/MPa≥	0.5	0.8	1	1.5	1.5

制造原理

压延法土工膜的制造原理是：利用高聚物PVC的可塑性，加入增塑剂、稳定剂、填充剂、颜料等助剂，用机械搅拌方法先将其配制成混合均匀的粉料，再对粉料进行加温、加压，在高剪切力下使其混炼、塑化，然后将塑化好的物料进入一组辊筒间隙，形成连续的片状材料，即单层PVC压延土工膜。

单层PVC压延土工膜与单层PVC压延土工膜经热复合机加热压合便制成双层PVC复合土工膜。

单层PVC压延土工膜+布基（加强网）+单层PVC压延土工膜，经热复合机加热压合便制成夹网PVC土工膜。

生产设备

生产压延法土工膜的主要设备是压延机，压延机主机有三辊、四辊、五辊，甚至六辊之分。考虑到制品的质量要求以及设备投资成本，国内外比较流行并普遍使用的是四辊压延机。根据压延机辊筒的排列方式，四辊压延机可分为Ⅰ形、倒L形、正Z形、斜Z形等。

生产成套压延设备的制造商很多，如：英国ATLAS集团，德国TAGENBERG集团，台湾鑫昌机械工业股份有限公司（GOODHARVERT），辽宁大连橡塑机械厂，江苏常州橡胶塑料机械总厂。

配方设计

压延法土工膜的配方设计，除应符合《GB/T 17688—1999土工合成材料聚氯乙烯土工膜》要求以外，还必须考虑以下几个方面：

①要使高聚物具有良好的加工性能，即具有足够的热稳定性和较高的流动性。压延工艺流程较长，温度一般在150～180℃，物料长期与炽热的金属面接触，要求热稳定性好。同时，PVC高聚物具有熔体黏度大、流动性差的缺点，这对成型带来困难。

②要有良好的耐老化性，大部分土工膜使用环境比较恶劣，使用期限较长，产品设计应考虑到制品因光、热、氧的作用而老化，或因增塑剂的迁移、挥发而使制品的使用性能下降。

③低温柔软性，使制品在低温（-20℃）状态下仍保持柔性和韧性而不致发脆。

④制品的拉伸强度，土工膜的工程性能要求制品具有较高的抗拉强度。

原料选择

（1）树脂的选择

高聚物PVC是生产压延法土工膜的主要原料，它决定制品的基本性能。可以选用悬浮法生产的疏松型PVC，它具有塑化性好、吸油量高的特点，聚合度选1000～1300；相对分子质量分布要窄。相对分子质量大，范德华力就大，有利于提高制品的力学性能。选用相对分子质量分布较窄的树脂，能减少制品表面的“鱼眼”和晶点。

（2）增塑剂的选择

增塑剂通常是一种高沸点液体或低熔点固体点酯类化合物。它能对PVC起增塑作用，即能改进聚合物的流动性和柔顺性。经过增塑后的聚合物，其软化温度、玻璃化温度、脆性、硬度、拉伸强度、弹性模量等均将下降，而耐寒性、柔顺性、伸长率等则会提高。

选用增塑剂，既要求它们与PVC的相容性好，挥发度低，化学稳定性高，对光热稳定性好外，还要求无色、无臭、无毒、不燃、吸水量低、耐迁移、耐水抽出性良好、电性能好、手感好以及廉价等。但是，事实上，一种增塑剂不能同时具备以上性能。因此，在设计配方时，应酌情选择，复合使用。即以主增塑剂为主，用辅助增塑剂配合使用。

邻苯二甲酸二辛酯（DOP）：具有较好的综合性能，作为主要增塑剂使用。用量30份。

邻苯二甲酸二丁酯（DBP）：辅增塑剂，与PVC相容性好，增塑效率最高，能降低增塑剂的使用总量。缺点是挥发性大，耐水抽出性差。用量10份。

癸二酸二辛酯（DOS）：耐寒增塑剂，具有优良的低温性能，使制品具有良好的低温伸长率。缺点是与PVC相容性差，使用过量，会影响手感与制品质量。用量8份。

环氧大豆油（ESBO）：既是增塑剂，又是稳定剂。它具有优良的耐热、耐光性能，无毒性，使用过量，会渗出。用量2份。

氯化石蜡：辅助增塑剂，具有良好的阻燃性和电绝缘性。货源充足，价格低廉。缺点是与P VC相容性差、耐寒性差、热稳定性差、耐候性差，黏度大、塑化性差。用量过多，制品表面会发生渗油现象，严重影响产品质量。用量8份。

（3）稳定剂的选用

为防止PVC在加工或使用过程中由于受光、热、氧、机械等因素而发生降解或交联，影响制品的加工和使用。使之稳定化而添加的助剂叫稳定剂。选用稳定剂应考虑以下指标：效果好，挥发性小，相溶性好，加工条件下相对稳定，尽可能无毒或低毒，经济廉价，并要充分利用稳定体系的协同效应和加和效应。

金属皂类稳定剂是目前PVC制品配方中广泛使用的一类热稳定剂，其性能较好，价格低廉。本配方采用硬脂酸铅、硬脂酸钡，并且，钡皂长期稳定性好、无毒，铅皂能抑制初期变色，但有毒。二者都具有润滑性，无须再加润滑剂。用量硬脂酸铅、钡各1.2份。

为减缓土工膜在工程使用中的老化速度，还需在配方中添加抗氧剂和紫外线吸收剂。

（4）填充剂的选用

使用填充剂，主要是为了降低制品成本，同时，能在一定程度上提高制品的强度和降低收缩率。填充剂的种类较多，有机填料有：木粉、纤维等；无机填料有：碳酸钙、硫酸钡、陶土等。产品选用化学法生产的沉淀型轻质碳酸钙，用量30～40份。

（5）PVC/NBR的共混改性

所谓PVC/NBR的共混改性，是指在以PVC为主的高聚物分散体中，加入粉状丁腈胶，使之共同混炼、塑化，形成高分子“合金”。通过共混改性，能提高土工膜的断裂伸长、低温伸长、弹性模量及耐老化性。用量10～15份。

发展历史

压延土工膜的发展与塑料薄膜发展有关。

1892年，英国化学家发明了铜氨纤维素膜。

1909年，醋酸纤维素膜的出现取代了原来硝酸纤维素膜的地位。直至20世纪50年代初，改性纤维素膜一直统治着市场。

20世纪40年代后期，随着挤出、压延等加工方法的出现和发展，聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等大量新品种薄膜相继发展起来，不仅取代了改性纤维素的大部分市场，而且大大扩展了塑料薄膜的应用领域。

20世纪60年代中期，聚氯乙烯压延土工膜首先应用于渠道防渗力面。较早的工程有河南人民胜利渠、陕西人民引渭渠、北京东北旺灌区等。

20世纪80年代中期，我国开始应用较厚的土工膜。1986年河北省在乱木水库使用了0.8mm的聚氯乙烯压延土工膜。