专利名称：织物强化的管衬的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于在需要维修或结构强化时为管道加衬的管状加衬材料。
背景技术：
常规的管道维修要求挖出管道且替换。然而，本发明人已开发了延长的可膨胀球 囊，所述球囊能够在接入点插入管道内且然后膨胀，使得球囊在进入管道时反转。更特定 地，球囊的口或前端附接到管道的开口端。球囊的后端然后插入到管道内，因此将球囊反 转。球囊提供了用于可固化树脂的基质，当球囊膨胀时该基质邻接管道的内壁。在树脂已 固化时完成维修。球囊的反转在为两端开口的管道加衬时不是必须的。当为侧向管道(与其他管道 形成T形交叉，或任何其他不能容易地从两端接近的管道)加衬时，通过反转的插入是必须 的。已开发的衬件难于制造且制造昂贵，因为衬件包括夹在两个密封层之间的支承 层。部分的此布置妨碍了可固化树脂的密封层的吸收(通常称为“湿润”)。可固化树脂相 对快地被密封层吸收，直至可固化树脂达到嵌入在支承层之间的支承层。存在对于无湿润问题的衬件的需求。然而，考虑到在本发明完成时视作整体的现有技术，对于本领域一般技术人员来 说，如何克服湿润问题不是显而易见的。
发明内容
对于用于管道的耐拉衬件、以耐拉的衬件加衬的管道和以耐拉的衬件为管道加衬 的方法的长期存在但迄今为止尚未解决的需求现在通过新颖的有用的且并非显而易见的 本发明得以解决。新颖的衬件特别地用于加衬的侧向管道和其他不能容易地从两端接近的管道。新颖的衬件由耐拉编织纤维的强度套制成，所述强度套邻接由非编织的毡状材料 层形成的、以可固化树脂浸渍的支承套。强度套和支承套也夹在密封套和屏障套之间。新颖 的结构也包括以耐拉衬件加衬的管道，且新颖的方法包括以耐拉衬件为管道加衬的方法。更具体地，在第一实施例中，用于管道的新颖的耐拉衬件由多层管形衬制成，所述 管形衬包括由不透水材料制成的屏障套。屏障套具有径向最内侧表面和径向最外侧表面， 当新颖的衬件安装时，所述径向最外侧表面邻接管道的柱形内壁。支承套包括耐拉编织玻 璃纤维材料的层，并具有当新颖的衬件安装在管道内时邻接屏障套的径向最内侧表面的径 向最外侧表面。
强度套由耐拉编织材料形成，例如交叉短玻璃纤维织物。当新颖的衬件安装在管 道内时，所述强度套的径向最外侧表面邻接支承套的径向最内侧表面。密封套是涂敷在强度套的径向最内侧表面上的不透气的塑料膜。因此，当用于管道的新颖的 衬件可操作地安装在管道的内腔内时，密封表面的径 向最内侧表面暴露于流过管道的水和其他材料，当新颖的衬套安装在管道内时，密封套的 最外侧表面邻接强度套的径向最内侧表面，强度套的径向最外侧表面邻接支承套的径向最 内侧表面，支承套的径向最外侧表面邻接屏障套的径向最内侧表面，且屏障套的径向最内 侧表面邻接管道的内壁。以新颖的耐拉衬件加衬的管道也在本发明的范围内。用于以耐拉衬件为管道的内部加衬的新颖的方法包括如下步骤提供包括密封 层、浸渍树脂的非编织支承层和屏障层的平的分层结构，将平的分层结构切割为预定的尺 寸，将平的分层结构形成为管形，将所述平的分层结构的邻接端部彼此固定，将管形结构的 前端附接到管道开口，且通过将管形结构反转而将其安装在管道的内腔内使得屏障层邻接 管道的内壁，支承层邻接屏障层，强度层邻接支承层，且密封层邻接强度层。然后，衬件内的 树脂固化以形成抵靠着管道内表面的硬化的衬。
为更完整地理解本发明，结合附图参考如下详细描述，其中图1是耐拉衬件在形成为柱形形状之前的横截面视图；图2描绘了图1的结构在已形成为柱形构造之后但在尚未反转并安装在管道内之 前的情况；和图3是新颖的耐拉衬件在安装在管道内时的横截面视图。
具体实施例方式现在参考图1，在图中可见，新颖的耐拉衬件以其平的未卷绕的构造示出，且作为 整体以附图标记10表示。最下层12是密封层或涂层，其由例如聚氯乙烯、聚亚安酯或聚丙烯的耐化学性材 料形成。强度层14叠置在密封层12上。所述强度层由耐拉编织材料制成，所述材料优选 地是由交叉的短玻璃纤维形成的耐拉的织物。所述强度层增加了层的环向强度。所述强度 层可以在长度方向上被略微拉伸，但将不在径向向外的方向上被拉伸。层14以树脂浸渍。支承层16叠置在强度层14上。所述强度层是由以可固化树脂浸渍的无纺布制成 的毡基。屏障层18叠置在强度层16上。所述屏障层18由不透气的塑料形成。衬件10通过将其相对端放在一起而形成为柱形构造，如在图2中描绘。当形成为 柱形或管形时，新颖的结构的分缝线以20指示。邻接的相对端通过缝合或对头焊接而接缝 在一起。分缝线通过提供防水和气密密封的热施加的缝带(seam taper)来密封。如在图2中描绘，衬件的径向最内侧部分是屏障层18。支承层16叠置在所述屏障 层18上且从所述屏障层18径向向外。强度层14叠置在所述支承层16上且在所述支承层16的径向外侧，且密封层12叠置在所述强度层14上且在所述强度层14的径向外侧。图3描绘了当新颖的结构以从其图2中位置反转且安装在管道22的内腔内以与 其形成保护或修复关系时的情况。现在径向最内侧层是密封层12，然后在径向向外方向上 是强度层14、支承层16和屏障层18。因此，在管道22的内腔内流动的流体或固体材料与密封层12接触，且所述密封层 12保护强度层14不受到此接触的影响。屏障层18保护支承层16不与管道22的内壁直接 接触。多种纤维层可通过例如缝合或胶合的常规方式固定到一起成为分层结构。
存在至少五个(5个)通过此多层管状内衬构造实现的优点。首先，衬件是耐拉衬件，因为衬件结合有耐拉纤维或织物14。这使得假想将衬件定 尺寸用于涂层管道，防止由于衬件通过管道端部的延伸所导致的阻塞，且消除了对于昂贵 的修整设备的需求。此外，耐拉纤维提供了对于非编织材料16的强化或支承，因此为衬件 增加了强度。材料的弯曲强度和模量分别超过了由美国材料与试验协会(ASTM)设定的 4，500psi 和 250，OOOpsi 的标准。第三，多层构造的柔性属性使得新颖的衬件更容易反转，这对于衬件安装是有意 义的，如在下文中更详细地论述的。第四，在支承层的一侧上布置密封层防止了密封层干扰支承层对于可固化树脂的 吸收(湿润)。与包括夹在两个支承层之间的密封层的系统相比，新颖的结构提供了更有效和更 经济的制造方式。在本发明的公开内容中使用了特定术语。为便于更清晰地理解本发明，以下为本 公开内容限定这些术语。如在此所使用，术语“拉伸”意味着材料在所施加的载荷下的伸长。织物强化的管衬术语“耐拉”指材料在正常衬件安装载荷条件下不经历明显的拉 伸。对于管道衬件的正常载荷条件包括大约二至二十磅每平方英寸(2-20psi)的内部压 力，但可以高于大约三十(30) psi。术语“非编织材料”意味着具有由纤维、丝或丝状结构的联锁的层或网制成的多孔 层结构的材料。纤维、丝或丝状结构可以方向性定向或随机定向，且通过摩擦、凝聚或附着 而结合。毡是非编织材料的一个例子。术语“编织材料”意味着由编织过程制造的材料。这些材料典型地由在材料内纵 向走向的纱或线和以大致直角与之相互交织的纬线组成。术语“织物”(scrim)意味着松散地编织的纤维，其中交叉的缝合相对宽地分开。新颖的强度套可以由任何耐拉且对于典型地将流过待加衬的管道的流体和材料 具有耐化学性的编织材料制成。强度套由不向通过管道的流体或材料中释放环境有害的化 学物质的材料制成。编织材料经受安装压力和固化温度。耐拉织物是特别适合于强度套的 材料。适当的编织材料和织物包括聚酯、聚丙烯和尼龙纤维和织物。聚酯是特别适当的材 料。编织材料或织物选择为使其在将衬件安装在管道内时经受非常小的拉伸或不经受拉伸。在给定载荷下的延长测试提供了材料的可拉伸性的测量。与常规管道衬件内使用的纤维相比，在强度套中使用的编织纤维在给定载荷下具有低延伸。在本发明的多种实施 例中，强度套由编织材料制成，所述编织材料可以是在十五(15)psi的载荷下其伸长小于 大约百分之五(5% )且在四十五(45)psi的载荷下其伸长小于大约百分之二十(20% )的 织物。这包括在十五(15)psi的载荷下其伸长小于百分之三(3% )且在四十五(45)psi的 载荷下其伸长小于百分之十(10% )和百分之二点七(2. 7%)psi的材料，且进一步包括在 十五(15)psi的载荷下其伸长小于大约百分之二点七(2. 7% )且在四十五(45)psi的载荷 下其伸长小于大约百分之十(10%)的材料。适合用于支承套的耐拉织物的例子包括由聚 酯纱线制造的插入纬纱的经编织物。形成强度层的材料具有充分的强度以强化它们所合并到其内的衬件，但具有充分 的柔性以便于在安装期间衬件的反转而使强度层无明显的裂缝。当待加衬的管道具有小直 径时，这是特别重要的，例如对于直径可能为四至六英寸(4"至6")或更小的侧向管道。材料的抗拉模量提供了材料的弯曲性的测量值。由聚酯、聚丙烯和尼龙制成的编 织材料具有适当的柔性以用在本发明的衬件内。新颖的衬件内的支承层可以由能够吸收热塑性或热固性可固化树脂的任何无纺 布制成。与强度套相同，支承套由对于通过管道的流体和材料具有耐化学性的材料制成， 所述材料不向所述流体和材料释放环境有害的化学物质，且耐受典型的安装压力和固化温度。非编织材料可以由常规的技术形成，包括梳理，然后交叉铺网和针刺。可以用于 制造非编织材料的纤维材料包括但不限制于聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、丙烯酸纤 维、芳香尼龙纤维及其组合。吸收到衬件的强度层和支承层内的树脂包括能够在非编织材料内固化以在管道 的内表面上形成硬化的衬的任何树脂。优选地，该树脂是在低于大约一百摄氏度(100°c) 的温度下且优选地在低于大约八十五摄氏度(85°c )温度下可固化的树脂类型。可吸收到 密封套内的适当的树脂的例子包括聚酯树脂、乙烯基酯和环氧树脂，以及热固性聚乙烯树 月旨。该树脂也可以包括适当的催化剂以初始化且促进交联反应。屏障层18涂敷在支承套16的径向最外侧表面上且当新颖的衬件已安装在管道内 时限定了所述衬件的径向最外侧表面。屏障层18防止树脂泄漏出衬件且保持内部压力，使 得衬件可以在安装过程期间抵靠着管道的内表面膨胀。同样，屏障层18也应是不透气的塑 料膜。适合于屏障层的塑料包括但不限制于聚氯乙烯、聚乙烯、聚亚安酯和尼龙。屏障层可 以通过常规的技术施加，该技术包括直接挤压、熔融涂敷和层压技术。一旦层固定在一起，则它们可以使用任何常规的方式形成为管形衬件。例如，多层 平的分层物可以卷绕为具有缝的管，该缝例如是沿其长度走向的重叠缝或对接缝。该缝可 以焊接或缝合到一起，或可以使用强化带保持在一起。例 1下文表示了根据以上公开内容制成的示例性衬件。屏障层透明的天然PVC涂层强度层500d-9x9WIWK 织物支承层针刺毡
总重(ASTMD3776) 1005g/m2 (29. 6oz/yd2)织物重(ASTMD3776) :50g/m2(1. 5oz/yd2)毡重(ASTMD3776) :610g/m2 (18. Ooz/yd2)屏障层重(ASTMD3776) :345g/m2(10. 2oz/yd2)梯形撕裂强度(ASTMD751)经向:1891bf ；纬向:1801bf握持强度(ASTMD751)经向:5251b/in ；纬向:5251b/in粘附(ASTMD751)经向:201b/in ；纬向:191b/in例 2下文表示了根据以上公开内容制成的示例性衬件的测试结果。样品根据ASTM D695、ASTM D638 Type II 和 ASTM D790 Method IProcedure A 进行测试。使用十六比一 (16 1)的支承跨度-深度比，如在测试标准ASTM D790中规定的。在样品上进行了厚度 测量值、压缩强度、拉伸强度、拉伸模量、弯曲应力和弯曲弹性模量的测试。从样品切割出五 个(5个)样本并进行测试。在下文中总结的测试结果是所述五个(5个)样本的平均值。压缩强度(psi)ASTMD695 4655抗张强度(psi)ASTMD638 5841抗张伸展率(％)ASTM D638 8. 0弯曲强度(psi)ASTMD790 12698. 1弯曲模量(psi)ASTMD790 :442，344为管道衬以耐拉衬件的新颖的方法包括如下步骤将包括以树脂浸渍的无纺布套 的、具有外表面和内表面的耐拉衬件切割成预定的长度和半径，且将所述管形衬件的外表 面的至少一部分布置为与管道的内表面具有邻接关系，且固化衬件内的树脂以抵靠着管道 的内表面形成硬化的液体不可渗透的无接头衬。衬件在安装前被仔细切割，因为衬件在纵 向方向上延伸很小或无延伸。因此，衬件的长度选择为使得在侧向管道结合到主管道前衬 件将覆盖最后的接头，且半径选择为使得当安装衬件时，衬件的外表面将相当贴合地靠着 管道的内表面配合。衬件内的无纺布套可以通过常规方法浸渍以树脂。例如，套可以真空浸渍以可固 化树脂，且通过一组滚子以确保树脂在套内的均勻分布。真空浸渍使用真空以迫使空气和 湿气离开非编织材料，从而允许树脂完全穿透该套。吸收到衬件内的树脂的量优选地足以 填充材料内开放的空隙或单元。新颖的多层管形衬件特别适合于与此方法一起使用。在用于为管道加衬的方法的 一个实施例中，衬件反转到管道内。应理解的是在将衬件插入管道内前，屏障层是径向最内 侧层，且在完成插入后所述屏障层变成径向最外侧层。在将衬件插入到管道内前，密封层是 径向最外侧层，且当完成插入后所述密封层变成径向最内侧层。更特定地，衬件放置在能够保持内部压力的容器内。衬件通过管延伸出容器且附 接到此管的外侧。加压的气体或液体流体被施加到衬件的外侧，从而强制衬件进入管道内， 内表面首先进入，使得衬件在进入管道内更深时内侧转出或反转在管道的内表面上。屏障 套的径向最内侧表面向外转，且变成衬件的邻接管道内表面的径向最外侧表面。同时，密封 套 的径向最外侧表面向内转，且变成衬件的径向最内侧表面。在优选的方法中，加衬过程通过施加大约二磅每平方英寸至十磅每平方英寸(2-10psi)的空气到衬件的径向最外侧表面来进行。然而，可能需要使用直至且超过三十磅每平方英寸(30psi)的压力。一旦管道的内表面以此方式被加衬，则吸收到衬件内的树脂被固化。在优选实施 例中，衬件内的树脂不要求用于固化的热。在替代实施例中，树脂可以是可热固化的，且可 以通过使衬件内部暴露于热的气体或液体流体，例如水、热空气或蒸汽，以沿管道内表面产 生硬化的衬件。在典型实施例中，通过加热用于在管道内反转衬件的空气或流体来使树脂 固化。树脂可以通过暴露于紫外光而被固化。将可见的是，有效地获得了上文中阐述的和从前述描述中显见的优点，且因为可 以在以上构造中进行一定改变而不偏离本发明的范围，所以意图在于使所有包含在前述描 述中的或在附图中示出的事实将解释为示例性含义而非限制性含义。也应理解的是如下权利要求意图于覆盖在此所述的本发明的所有一般的和特殊 的特征，且本发明的范围的所有陈述为表述起见可视作落入所述范围内。
权利要求
一种用于管道的耐拉衬件，包括平的柔性的交叉玻璃纤维层；由浸渍以可固化树脂的无纺布制成的平的柔性的毡基层，所述毡基层布置为与所述交叉玻璃纤维层成叠置关系；所述平的柔性的交叉玻璃纤维层和所述平的柔性的毡基层夹在密封层和屏障层之间；所述密封层与所述交叉玻璃纤维层接触，且所述屏障层与所述毡基层接触。
2.根据权利要求1所述的衬件，进一步包括所述平的柔性的交叉玻璃纤维层、所述平的柔性的毡基层、所述密封层和所述屏障层 形成为柱形结构，使得所述屏障层处于径向最内侧位置，所述支承层在所述屏障层的径向 外侧，所述强度层在所述支承层的径向外侧，且所述密封层在所述强度层的径向外侧。
3.根据权利要求2所述的衬件，进一步包括所述平的柔性的交叉玻璃纤维层、所述平的柔性的毡基层、所述密封层和所述屏障层 形成为所述柱形结构，并反转到管道内腔内，使得所述屏障层处于径向最外侧位置且适合 于接触所述管道的所述内腔，所述支承层在所述屏障层的径向内侧，所述强度层在所述支 承层的径向内侧，且所述密封层在所述强度层的径向内侧。
4.根据权利要求1所述的衬件，进一步包括 所述支承层由浸渍以可固化树脂的无纺布制成。
5.根据权利要求1所述的衬件，进一步包括 所述屏障套由不透气塑料的柔性膜形成。
6.根据权利要求1所述的衬件，进一步包括 所述柔性耐拉编织材料是柔性耐拉织物。
7.—种以耐拉衬件加衬的管道，包括具有径向最内侧表面和径向最外侧表面的所述管道； 具有径向最内侧表面和径向最外侧表面的支承套； 具有径向最内侧表面和径向最外侧表面的强度套； 具有径向最内侧表面和径向最外侧表面的密封套； 具有径向最内侧表面和径向最外侧表面的屏障套；所述密封套的径向最外侧表面布置为与所述强度套的径向最内侧表面成邻接关系； 所述强度套的径向最外侧表面布置为与所述支承套的径向最内侧表面成邻接关系； 所述支承套的径向最外侧表面布置为与所述屏障层的径向最内侧表面成邻接关系；并且所述屏障层的径向最外侧表面适于布置为与所述管道的径向最内侧表面成邻接关系。
8.一种用耐拉衬件为管道加衬的方法，包括如下步骤提供具有径向最内侧表面和径向最外侧表面的柔性支承套，且将所述柔性支承套布置 为柱形结构；提供具有径向最内侧表面和径向最外侧表面的柔性强度套；将所述柔性强度套以围绕所述柔性支承套的关系安装，所述柔性支承套具有叠置在所 述柔性支承套的径向最外侧表面上的关系；将屏障层施加到所述柔性支承套的径向最内侧表面； 将密封层施加到所述柔性强度套的径向最外侧表面；和通过将所述柔性支承套和所述柔性强度套反转而将所述柔性支承套和所述柔性强度 套 引入到管道内腔内，使得所述屏障层适合于邻接所述管道的所述内壁，且使得所述密封 层适合于保护所述柔性强度套和所述柔性支承套不受在所述管道的所述内腔内流动的材 料的影响。
全文摘要
一种用于为管道加衬的耐拉衬件、以耐拉衬件加衬的管道和以耐拉衬件为管道加衬的方法。衬件由分层物制成，所述分层物包括密封层、叠置在密封层上的耐拉编织材料的强度层、叠置在强度层上的以树脂浸渍的非编织材料的支承层、和叠置在支承层上的屏障层。分层物被卷绕成管，且当插入到管道内时被反转，使得屏障层是邻接管道内壁的层，支承层位于屏障层下方，强度层位于支承层下方，且密封层位于强度层下方并与流过管道的材料接触。
文档编号F16L9/14GK101846219SQ20101014483
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年3月27日
发明者杰拉尔德·斯科特·迪尔斯泰 申请人:珀玛-里纳工业公司