环状碳纤维土工格栅

摘要

本发明提供一种环状碳纤维土工格栅，包括多条筋带，所述多条筋带交错排列成网状结构，自筋带与筋带的交叉处形成结点，所述筋带由内至外依次包括中心碳纤维层、内热塑性聚合物层、外部碳纤维层和外部热塑性聚合物层，所述中心碳纤维层包裹于所述内热塑性聚合物层内，所述内热塑性聚合物层包裹于所述外部碳纤维层内，所述外部碳纤维层包裹于所述外部热塑性聚合物层内。本发明中，碳纤维层的设置增强了筋带的抗拉强度，提高了筋带的抗蠕变性能，并且具有很好的抗腐蚀效果，从而增加了土工格栅的抗拉强度和抗蠕变性能，延长了格栅的使用寿命；筋带设置为依次包裹的多层结构，提高了筋带的机械强度，且制作工艺简单，价格低廉。

权利要求

1.一种环状碳纤维土工格栅，包括多条筋带（1），所述多条筋带（1）交错排列成网状结构，自筋带与筋带的交叉处形成结点（2），其特征在于，所述筋带（1）由内至外依次包括中心碳纤维层（11）、内热塑性聚合物层（12）、外部碳纤维层（13）和外部热塑性聚合物层（14），所述中心碳纤维层（11）包裹于所述内热塑性聚合物层（12）内，所述内热塑性聚合物层（12）包裹于所述外部碳纤维层（13）内，所述外部碳纤维层（13）包裹于所述外部热塑性聚合物层（14）内。

2.根据权利要求1所述的环状碳纤维土工格栅，其特征在于，所述热塑性聚合物层包括PP、PE、PA6、PA66、PVC、PC、POM和PS中的至少一种，经挤出机融为一体挤出制备而成。

3.根据权利要求2所述的环状碳纤维土工格栅，其特征在于，所述热塑性聚合物层还包括热塑性弹性体和增强填料，所述热塑性弹性体为三元乙丙与丁苯橡胶的混合物，所述增强填料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、玻璃纤维中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的环状碳纤维土工格栅，其特征在于，所述碳纤维的类型为T700SC-12000-50C。

5.根据权利要求1-4任一项所述的环状碳纤维土工格栅，其特征在于，所述中心碳纤维层（11）位于所述筋带（1）的中心位置，所述中心碳纤维层（11）的宽度为4mm-5mm，厚度为

1mm-3mm。

6.根据权利要求5所述的环状碳纤维土工格栅，其特征在于，所述中心碳纤维层（11）是由碳纤维束经压实机挤压到需要厚度，然后经切割机切割到需要的尺寸而成。

说明书

环状碳纤维土工格栅

技术领域

[0001] 本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种加筋加固结构，具体涉及一种环状碳纤维土工格栅。

背景技术

[0002] 碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维。碳纤维是一
种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度达
3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量高于钢，为230-430Gpa。

[0003] 碳纤维由于具有优异的性能，可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。中国专利公开号CN2753792Y于2006年1月25日授权了一种“碳纤维土工格栅”，其技术特征在于：具有
涂层、网布，涂层涂覆在网布的外围，所述的网布采用碳纤维经精编机编织成的网格布。由
于网布采用碳纤维为材料，经精编机编织而成，从而充分利用了碳纤维材料高抗拉强度的
特性，使工程质量得到有效保证。

[0004] 中国专利公开号CN104895040A，于2015年9月9日公开了一种“碳纤维高强土工格栅”，包括包裹层，包裹层由热塑性聚合物、填料、炭黑及加工助剂经挤出机熔融挤出制备而
成，格栅筋条由包裹层包裹连续的碳纤维束制备而成。再有土工格栅筋条交错排列连接成
不同的网格结构。

[0005] 在以上专利中，虽然在格栅制取的过程中添加了碳纤维束，但是仅仅在制取材料方面进行了改变，对于同时改变格栅的组成材料及格栅的筋带结构，以增强格栅的性能的
研究仍十分欠缺。

发明内容

[0006] 本发明针对现有技术的不足，提供一种抗拉强度好和抗蠕变性能好，使用寿命长的环状碳纤维土工格栅。

[0007] 本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种环状碳纤维土工格栅，包括多条筋带，所述多条筋带交错排列成网状结构，自筋带与筋带的交叉处形成结点，所述筋带由内至
外依次包括中心碳纤维层、内热塑性聚合物层、外部碳纤维层和外部热塑性聚合物层，所述
中心碳纤维层包裹于所述内热塑性聚合物层内，所述内热塑性聚合物层包裹于所述外部碳
纤维层内，所述外部碳纤维层包裹于所述外部热塑性聚合物层内。

[0008] 碳纤维层的设置增强了筋带的抗拉强度，提高了筋带的抗蠕变性能，并且具有很好的抗腐蚀效果，从而增加了土工格栅的抗拉强度和抗蠕变性能，延长了格栅的使用寿命；
并且本发明的筋带设置为依次包裹的多层结构，碳纤维层和热塑性聚合物层间隔分布，提
高了筋带的机械强度，且制作工艺简单，价格低廉。

[0009] 优选的，所述热塑性聚合物层包括PP、PE、PA6、PA66、PVC、PC、POM和PS中的至少一种，经挤出机融为一体挤出制备而成。

[0010] 优选的，所述热塑性聚合物层还包括热塑性弹性体和增强填料，所述热塑性弹性体为三元乙丙与丁苯橡胶的混合物，所述增强填料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、玻璃纤维
中的至少一种。

[0011] 热塑性弹性体的加入增强了热塑性聚合物的的耐候性与耐老化性，同时使格栅的弹性能进一步增强，提高了该格栅的抗冲击性能；纳米碳酸钙用作塑料填料具有增韧补强
的作用，提高格栅的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，可改善塑料制品
加工过程中的流动性，提高其成型性；纳米二氧化硅是超细纳米级的白色粉末，可均匀分散
在热塑性弹性体和热塑像聚合物的基体材料的共混物的空隙中，提高共混物的抗拉强度与
抗冲击强度，同时，能够改善共混物的加工流动性，使加工的复合材料质地均匀，强度较高。

[0012] 优选的，所述碳纤维的类型为T700SC-12000-50C。

[0013] 优选的，所述中心碳纤维层位于所述筋带的中心位置，所述中心碳纤维层的宽度为4mm-5mm，厚度为1mm-3mm。

[0014] 优选的，所述中心碳纤维层是由碳纤维束经压实机挤压到需要厚度，然后经切割机切割到需要的尺寸而成。

[0015] 本发明实施例提供的技术方案可以包含以下有益效果：

[0016] 本发明提供一种环状碳纤维土工格栅，包括多条筋带，所述多条筋带交错排列成网状结构，自筋带与筋带的交叉处形成结点，所述筋带由内至外依次包括中心碳纤维层、内
热塑性聚合物层、外部碳纤维层和外部热塑性聚合物层，所述中心碳纤维层包裹于所述内
热塑性聚合物层内，所述内热塑性聚合物层包裹于所述外部碳纤维层内，所述外部碳纤维
层包裹于所述外部热塑性聚合物层内。本发明中，碳纤维层的设置增强了筋带的抗拉强度，
提高了筋带的抗蠕变性能，并且具有很好的抗腐蚀效果，从而增加了土工格栅的抗拉强度
和抗蠕变性能，延长了格栅的使用寿命；且本发明的筋带设置为依次包裹的多层结构，碳纤
维层和热塑性聚合物层间隔分布，多层碳纤维层的设置使抗腐蚀效果更好，进一步提高了
筋带的机械强度，且制作工艺简单，价格低廉。

附图说明

[0017] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不
付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为本发明实施例提供的一种环状碳纤维土工格栅的结构示意图。

[0019] 图2为图1的A-A剖视图。

[0020] 图3为本发明实施例提供的另一种环状碳纤维土工格栅的结构示意图。

[0021] 图4为图1中的筋带的A-A剖视图。

[0022] 图5为图1中的筋带的B-B剖视图。

[0023] 图中所示：筋带1、结点2、中心碳纤维层11、内热塑性聚合物层12、外部碳纤维层13、外部热塑性聚合物层14。

具体实施方式

[0024] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范
围。

[0025] 实施例1

[0026] 参见图1，所示为本发明实施例提供的一种环状碳纤维土工格栅的结构示意图。

[0027] 由图1可知，所述环状碳纤维土工格栅包括多条筋带1，所述多条筋带1交错排列成网状结构，自筋带与筋带的交叉处形成结点2，所述筋带1如图2所示，由内至外依次包括中
心碳纤维层11、内热塑性聚合物层12、外部碳纤维层13和外部热塑性聚合物层14，所述中心
碳纤维层11包裹于所述内热塑性聚合物层12内，所述内热塑性聚合物层12包裹于所述外部
碳纤维层13内，所述外部碳纤维层13包裹于所述外部热塑性聚合物层14内。

[0028] 本实施例中，所述筋带1分为横向放置和竖向放置两种，横向放置的筋带1和竖向放置的筋带1交叉形成网状结构，自横向放置的筋带1和竖向放置的筋带1的交叉处形成结
点2，非交叉处形成矩形单元，如图1所示，所述结点2的四个边设置为弧形结构，在本发明的
其他实施例中，所述结点2的边还可以是直线型的，即结点为规则的四边形；所述筋带1设置
为依次包裹的多层结构，如图2所示，最内层为中心碳纤维层11，最外层为外部热塑性聚合
物层14，碳纤维层和热塑性聚合物层间隔设置，碳纤维的加入增强了筋带1的抗拉强度和抗
蠕变性能，并且使筋带1具有良好的抗腐蚀性能，延长了筋带1的使用寿命，从而使筋带1交
错排列形成的土工格栅具有上述优异性能，可广泛应用于坡面防护、挡土墙等工程中。

[0029] 进一步，所述中心碳纤维层11位于所述筋带1的中心位置，所述中心碳纤维层11的宽度为4-5mm，厚度为1-3mm。此厚度和宽度设置是筋带1包括四层结构，即中心碳纤维层11、
内热塑性聚合物层12、外部碳纤维层13和外部热塑性聚合物层14的前提下，中心碳纤维层
11的最佳尺寸。本实施例中，所述中心碳纤维层11的厚度为3mm，宽度为5mm。

[0030] 本实施例中，所述热塑性聚合物层包括PP和PE的混合物，还包括热塑性弹性体和增强填料，所述的热塑性弹性体为三元乙丙与丁苯橡胶的混合物，所述的增强填料为纳米
碳酸钙，所述的碳纤维的类型为T700SC-12000-50C，中心碳纤维层11是由碳纤维束经压实
机挤压到厚度为3mm，然后经切割机切割到宽度为5mm而成。

[0031] 在本发明的其他实施例中，所述筋带1的最外层外部热塑性聚合物层14的外部还可以继续设置碳纤维层，使外部热塑性聚合物层14包裹于其中，所述碳纤维层的外部继续
设置热塑性聚合物层，使碳纤维层包裹于热塑性聚合物层内，以此类推，一条筋带1可以包
括更多层的结构，由内而外设置为碳纤维层和热塑性聚合物层的间隔排列，具体的层数根
据实际需要设定，所述中心碳纤维层11的宽度和厚度也根据实际需要设定。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例提供的环状碳纤维土工格栅的结构和实施例1相同，不同的是，本实施例中的中心碳纤维层11的厚度为1mm，宽度为4mm。本实施例中，所述热塑性聚合物层包括PA6、
PA66和PVC的混合物，还包括热塑性弹性体和增强填料，所述的热塑性弹性体为三元乙丙与
丁苯橡胶的混合物，所述的增强填料为纳米二氧化硅，所述的碳纤维的类型为T700SC-
12000-50C，中心碳纤维层11是由碳纤维束经压实机挤压到厚度为1mm，然后经切割机切割
到宽度为4mm而成。

[0034] 实施例3

[0035] 本实施例提供一种环状碳纤维土工格栅，其包括多条筋带1，所述多条筋带1交错排列成网状结构，自筋带与筋带的交叉处形成结点2，所述筋带1的结构如图4所示，筋带1内
部设置回形针形状的碳纤维层，且碳纤维层的厚度为2mm，宽度为5mm，所述回形针形状的空
隙内填充热塑性聚合物材料，在回形针形状的碳纤维层的外侧再包裹热塑性聚合物材料，
使碳纤维材料和热塑性聚合物材料紧密结合，提高筋带1的机械性能；本实施例的热塑性聚
合物层包括PC、POM和PS的混合物，还包括热塑性弹性体和增强填料，所述的热塑性弹性体
为三元乙丙与丁苯橡胶的混合物，所述的增强填料为玻璃纤维，所述的碳纤维的类型为
T700SC-12000-50C。

[0036] 实施例4

[0037] 本实施例提供一种环状碳纤维土工格栅，其包括多条筋带1，所述多条筋带1交错排列成网状结构，自筋带与筋带的交叉处形成结点2，所述筋带1的结构如图5所示，筋带1包
括热塑性聚合物材料层和碳纤维材料层，所述碳纤维材料层包裹于所述热塑性聚合物材料
层内，且所述碳纤维材料层在筋带1的轴向呈“S”形延伸，“S”形碳纤维材料层的厚度为3mm，
宽度为5mm，“S”形碳纤维层的空隙中填充热塑性聚合物材料，使碳纤维材料层和热塑性聚
合物材料层更好的配合，使筋带同时具备两者的性能，提高了筋带的力学性能，从而提高筋
带1制成的土工格栅的性能；本实施例中，热塑性聚合物层包括PP材料、热塑性弹性体和增
强填料，所述的所述热塑性弹性体为三元乙丙与丁苯橡胶的混合物，所述增强填料为纳米
碳酸钙和纳米二氧化硅的混合物，所述碳纤维的类型为T700SC-12000-50C。

[0038] 上述实施例1至实施例4提供的环状碳纤维土工格栅的性能测试及对比如下表1所示：

[0039] 表1：各实施例性能测试结果对比

[0040]项目 每延米拉伸屈服力，KN/m≥ 屈服伸长率，%≤ 2%伸长率时的拉伸力，KN/M≥ 5%伸长率时的拉伸力，KN/M≥ 抗拉强度，KN实施例1 65 7 23 40 200
对比1 50 14 15 28 160
实施例2 58 8 20 35 180
对比2 48 15 13 27 150
实施例3 60 7 22 38 190
对比3 49 14 12 28 155
实施例4 63 7 23 35 200
对比4 50 14 15 28 160
空白对照 50 10 10 25 120

[0041] 上述表1中，对比1是指使用材料与实施例1完全相同，不同之处仅在于，对比1直接使用一层热塑性聚合物层包裹一层中心碳纤维层，且中心碳纤维层的宽度和厚度和实施例
均相同；对比2和实施例2的区别与对比1和实施例1的区别相同，对比3的结构和对比1、对比
2的结构相同，对比3和实施例3使用的材料相同，对比3的中心碳纤维层的厚度和宽度与实
施例3中回形针形状的碳纤维层的厚度和宽度形同，对比4和实施例4的区别与对比3和实施
例3的区别相同；空白对照是指筋带1只有热塑性聚合物层，不含有碳纤维。

[0042] 由表1可知，本发明实施例1至实施4提供的环状碳纤维土工格栅的性能由于其对照组，表明本发明提供的环状碳纤维土工格栅的特殊结构使其具有优异的性能。

[0043] 对实施例1至实施例4、对比1至对比4及空白对照分别进行了耐腐蚀性测试，采用静态浸泡法，将各试样浸泡在浓度为50g/L的氯化钠溶液中，实验温度设置为25℃，试验期
龄为1d、15d、30d、90d、180d、360d，测试试样的外观、巴氏硬度、弯曲强度随浸泡时间的变
化，测试结果表明，本发明实施例1至实施4提供的环状碳纤维土工格栅的耐腐蚀性能要明
显优于对比1至对比4以及空白对照组。

[0044] 在本发明的其他实施例中，所述筋带1可以分为横向放置、竖向放置和斜向放置的三种，三者交叉处形成结点2，非交叉处形成三角形单元，如图3所示，所述斜向放置的筋带1
的宽度略小于所述横向和竖向放置的筋带1，或者，所述斜向放置的筋带1的宽度还可以与
横向、竖向放置的筋带1的宽度相同。

[0045] 当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非
是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人
员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加
或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。