如何制造整体化的土工网？

（一）土工网制造方法

土工网是以聚合物为主要原料，采用挤出工艺，经特制的旋转机头一步制成的非编织型整体化网状结构。

土工网使用的聚合物主要有：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯等，其中以高密度聚乙烯的用量最多。为满足土工网的工程特性，还须选用添加剂对聚合物进行改性。

在土工网制造时，将原料按比例配好加入挤出机，使之受热熔融后，经螺杆的挤压作用，到达设有若干个凹槽的内外口模的旋转机头。熔融物料在口模槽中不断挤出，形成两股熔融料丝。每当以互逆双旋转的内外口模槽对准时，挤出的两股料丝汇合成一股料丝，形成一系列完整的黏结点，俗称“网结”。继续旋转内外口模时，槽从对准的位置上错开，网结的料丝分成相连接的两股料丝，形成“网格”。

随着口模进一步的旋转，槽再次对准，两股分开的料丝又汇合成一股料丝，又形成了另一系列完整的网结。如此连续旋转挤出即可获得“网结”，“网格”分明、网目清晰整体化的土工网。再经过冷却定型，使尚处于熔融状态的网迅速骤冷到固相状态，以控制网结构的最终性能与形状。

（二）土工网制造设备及工艺

土工网制造设备及工艺是在20世纪50年代末英国Brian Mereer博士发明的热塑挤压生产整体的聚合物网的Netlon工艺方法基础上发展而来的。尽管世界各国关于制网技术的研究竞相发展，特别是欧、美、日本等一些发达国家成绩显著，然而其成型技术、设备构造与设置，皆多源于英国Netlon公司的成网工艺原理。

1.土工网制造设备

土工网制造设备通常由主机（塑料挤出机）、辅机及其控制系统组成，通常这些组成部分统称为土工网挤出机组。

（1）主机

单螺杆挤出机，按结构由下列三部分组成：

①挤压系统。主要由螺杆和机筒组成，机筒采用双金属无排气孔结构。它是挤出机的关键部分，完成对聚合物的固体输送、熔融和定压定量输送作用。

②传动系统。直流电机、可控硅控制、并设有转速表反馈和热过载保护系统，控制加速度的固态变速系统以及过流保护装置。其作用是驱动螺杆在工作过程中所需要的扭矩和转速。

③加热冷却系统。设计五段加热温度控制，使用轴流风机冷却，它用以保证聚台物和挤压系统在成型加工中的温度控制要求。

（2）辅机

辅机是由自动上料装置、旋转机头、冷却定型水箱、牵引装置、切割装置、蓄网装置以及卷取装置等部分组成。

1）自动上料装置

自动上料装置采用真空吸料方式，整套装置设有一个主料斗、三个辅料斗。可以满足不同产品配方所需聚合物与添加剂按比例自动配制，且它的工作过程与产品挤出成型同步进行。在真空主料斗中设有料位计，用它来测量料斗中原料的料位，并通过它来控制进料开关。

装置工作时，真空泵接通过滤器而使主料斗里的小料斗内形成真空，这时物料通过吸料软管进入小料斗中，当小料斗中的物料储存到一定数量时，真空泵即停止工作。小料斗因真空消失而停止进料，这时小料斗底部密封翻板打开，物料进到大料斗中。进完料后，由于扭转弹簧的作用，使密封翻板合上将小料斗封闭，同时触动微动开关，使真空泵又开始工作。如此循环。

三个辅料斗中还特设强制加料螺旋，其作用与通常的强制加料装置相同。目的在于保证配方所需的添加剂能按设定的比例连续地均匀地加进到主料斗里与聚合物混合，并一起进入挤出机挤压系统，从而提高了聚合物与添加剂配合比的正确率，挺高了产品质量。

2）旋转机头

连续挤出土工网的关键在于旋转机头，它是决定网格形状和尺寸、网幅及网丝直径的要素之一。目前国内外研制的旋转机头形式各异，但无外乎是旋转机头、口模、传动装置等零部件的组合。

①旋转机头。旋转机头与挤出机机筒法兰连接，当熔融物料经挤出机挤压进入旋转机头时，旋转机头内的锥形管将熔融物料转过90°送达到内外口模模唇凹槽上。

②口模。土工网制造口模采用单平面口模结构，这是一种基本的常用口模形式。口模分别由内口模、外口模组成，它们之间有一个配合面，配合面与垂直线成15°角，被称为“模口平面”（又称“工作面”）。口模上的凹槽正是在此平面上切割的。各凹槽的尺寸以及它们之间的间距加工要求很高，误差控制很严。用螺栓分别把内口模固定在机头芯轴上，外口模固定在外口模座上。口模运行方式除旋转之外还有往复运动式口模。

③传动装置。旋转机头传动装置是一个装在骤冷水箱顶板上的独立部件，它包括与蜗轮减速器相连的无级调速电动机和一组机头逆转传动轴，电动机启动经蜗轮减速器减速后，传递给逆转轴，带动旋转机头的相反方向转动。传动装置由须直流测速发电机反馈的可控硅控制器控制，精确地控制所需的速度范围。

3）冷却定型水箱

冷却定型水箱设有水位控制，用于调节液面高低，根据不同规格品种的土工网，将水位控制在所要求的位置上，保证尚处于熔融状态的网经冷却水箱迅速骤冷，达到固相状态。

网格与网幅的最终尺寸还取决于定型套直径的大小。

定型套结构形式可多种多样，主要满足不同产品的挤出和定型之要求。定型套用支撑杆悬挂在旋转机头口模下方，其中心垂线与冷却水箱底辊外径相切。

4）牵引装置

土工网通过定型套并被冷却定型后，需要有一个运动连贯的牵引力，在垂直挤出的情况下，这个力由牵引辊提供。

牵引装置由一台与减速器相连接的无级调速电动机、一组牵引辊筒和水箱底辊等组成。从减速器的输出轴上并列安装的两个链轮分别通过传动链条，一头传递到牵引辊筒；一头传递到冷却水箱底辊。

一组牵引辊筒的夹紧与松开动作，由气动系统完成。和旋转机头传动装置控制方式相同，牵引装置也由带直流测速发电机反馈的可控硅控制器控制。

5）切割装置

切割装置是一个包括割刀、油缸、手控式油泵、液压换向阀、油管等液压元件组成的液压控制系统。

割刀固定在油缸活塞杆前端，单独装在水箱底部。工作时，通过遥控把换向阀切换到进刀状态。然后操纵手控油泵手柄，割刀在油压的推动下平稳地进入指定位置，反之退刀。

切割装置的作用是将挤出成型的圆筒状网在通过水箱底辊之前被剖开，并逐渐被展开成平片网而进入牵引辊。这样，对后道工序带来了方便。

6）蓄网装置

蓄网装置由一组平行被动辊筒和一个能上下浮动的辊筒组架组成。它的作用主要有两个方面：

①最终消除网片在筒状过渡到平片状留下的折痕，保证网片的平整度；

②调节牵引与卷绕之间速度，使网片在牵引到卷绕的过程中，始终处于一个既不受拉，又不堆积的良好状态。(www.xing528.com)

7）卷绕切割装置

卷绕切割装置是整个土工网挤出机组的最后一个部分。土工网经蓄网装置后，通过卷绕切割装置卷取一定长度的网卷，最后包装出厂。

卷绕和切割顺序动作均由一台P.L.C（可编程序控制器）控制。

①卷绕装置。卷绕装置的作用是将网片卷取成卷。它采用半自动表面卷取结构形式，两个辊筒同向旋转，被卷取的网片搁置在其表面，依靠网与辊筒之间的摩擦力，把网卷成一个网卷。卷绕装置的传动是一个无级调速电动机，减速齿轮箱和设置在蓄网装置上的传感器自动控制。

②切割装置。切割装置设计成旋转刀切割机构。其基本原理是：圆片刀固定在气动马达输出轴端。当网片要求作长度切割时，气动马达带动圆片刀旋转运动，无杆气缸推动气动马达往复直线运动，完成对网片长度的横向切断。

③数字式长度设定装置和记录指示器。它的作用是要求网片卷取到设定长度时，进行切割，以获取相应长度的网卷。

（3）控制系统

土工网挤出机组控制系统主要由电器、仪表和执行机构组成，系统的主要作用有：

①控制主、辅机的电动机运转，使其满足工艺所要求的转速和功率，并保证主、辅机能协调地运行。

②控制主、辅机的温度、压力、流量和网的质量。

③实现整个机组的自动控制。

系统中设计的音视报警装置、挤出机停止电路中互锁功能以及紧急停止电路等使机组的各个部位的工作状态都得到监视和控制。一旦机组发生故障，系统中的报警装置及互锁功能即发挥作用，以保证机组零部件免遭损坏。

2.土工网制造工艺

（1）土工网制造工艺路线

土工网制造工艺路线如图6-1-3所示。

图6-1-3 土工网制造工艺路线

（2）主要聚合物及添加剂选择

土工网通常使用的聚合物是高密度聚乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂和聚丙烯树脂，其中尤以高密度聚乙烯树脂应用量最多。这里仅以如何选择高密度聚乙烯型号为例，供参考。

高密度聚乙烯（简称HDPE），具有强度高、耐候性好、耐化学性好、加工性良好等优点。

土工网作为工程材料，其性能指标应满足工程要求。因此选用的原料型号其特性是：密度为（0.95～0.96）g/cm³，熔体流动速率在0.3～0.8g/10min范围内。拉伸屈服强度≥23MPa，断裂伸长率≥200%，维卡软化点≥120℃，脆化温度≤-70℃。

高密度聚乙烯型号确定后，根据不同产品种类和使用要求，选择合适的添加剂，目的是改进树脂的加工性能和改善材料的工程特性。

塑料成型加工中使用的添加剂有十几类，每大类又有若干个品种。通常用于土工网材料改性的添加剂大致有以下几类：

①稳定剂。稳定剂可以抑制和防止聚合物在加工和使用过程中受热、光及氧等的作用而分解变质，以使加工顺利并保证产品具有一定的使用寿命。

②色母料。色母料是以着色剂、载体树脂、分散剂、偶联剂、表面活性剂、增塑剂制得的高浓度有色粒料。

③发泡剂。用于开发制造排水系列的土工网产品，比如DN排水网；HF快速排水网等。

④填充剂。填充剂除了可以适当降低产品成本外，更主要的是可以改进产品的某些性能。为此有目的地选用某些填充剂，以使产品的性能得到改善。但填充剂的细度控制很重要，以免损坏旋转口模。

聚合物与添加剂配合比的设计，依据土工网种类及其使用要求。添加剂的选择要科学合理，添加量要统筹兼顾。

（3）工艺参数的确定

土工网制造工艺参数是经过反复试验、摸索和调整，最后才确定的。它涉及的因素很多，这些因素对网的单位面积质量，网格形状与大小、网丝的粗细、网结的长短以及网角的变化有制约关系。

①挤出成型温度。由于受到所选用聚合物密度和熔体流动速率的影响，在挤出机与旋转机头加热温度控制区域内，合理正确地设定加热温度，并根据加工过程中的实际情况作适当调整。温度过高树脂流下不成丝条无法成网，并条和粘接，出现“鸭蹼”现象。温度低则丝条间黏结不牢，并使机头阻力加大，往往损伤设备。

②挤出速度。正常情况下，若其他条件不变，在一定的调速范围内，挤出速度增加（即挤出聚合物量增大），网片的单位面积质量随之增加。同时网丝变粗，网结变大。网的单位面积质量随挤出速度的变化大体上呈直线增加。

③机头旋转速度。正常情况下，若其他条件不变，网格随机头旋转速度的加大而变小。当机头旋转速度减慢，网结增大，网丝夹角变小，网丝变粗。

④牵引速度。正常情况下，若其他条件不变，牵引速度加快，网格变大，网丝变细，并改变了网格形状。

⑤网幅的调整。土工网网幅很大程度取决于定型套直径，但也受到冷却水水面相对于定型套顶部距离的影响。当冷却水水面越高于定型套顶部时，挤出网的直径越小，原因是网在与定型套接触之前已经部分“定型”。因此在定型套上的拉伸阻力增加，结果就形成比较紧密的网，网片的幅宽也缩减，反之，水位略低于定型套顶部时，挤出网比较松弛．网片的幅宽也就会增大。

因此正确调节冷却水水面与定型套顶部的距离，对控制网片幅宽的最终尺寸很重要。在实践中，对于2m标准幅宽的网片，该距离值最大为50mm。

3.常见工艺缺陷及原因查找

土工网在制造中常见工艺缺陷及原因查找如表6-1-1所示。

表6-1-1 土工网常见工艺缺陷及原因查找表

续表