用于加固管道的衬里及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请要求2012年10月16日提交的美国临时申请号61/714, 514的优先权，该 申请通过引用而整体地并入到本文中。
[0002] 广义的发明概念涉及用于修复地下管道系统的衬里，并且具体地涉及对这样的修 复具有改进的性能的加固衬里。广义的发明概念还涉及制造这种衬里的方法。衬里在受损 和/或老化的管道系统的修理和修复中是有用的。
【背景技术】
[0003] 地下管道系统对于向住宅和企业运送液体和气体是必不可少的。公用事业公司典 型地使用这些管道系统作为下水道、输水通道、输气通道和其他应用。这种管道系统被安装 于地下几英尺，并且因此进入该管道系统是受限的。
[0004] 地下管道要经受周期性载荷、早期磨损、腐蚀、孔隙和环境基础或地壳运动。这些 因素促使管道的整体老化。通常管道具有需要修复的受损或弱化的区域。
[0005] 为维持地下管道系统的运行，任何裂缝或泄漏必须被迅速地检测和修复。这种修 复通常需要替换一定长度的管道，这是因为通过焊接、修补或其他方法对管道的小区段的 修复效果通常不能令人满意，并且由于管道的直径不允许人在安全的情况下进入，因此对 管道的小区段的修复是困难的甚至不可能的。就地下管道而言，管道的替换是困难、昂贵并 且费时的。
[0006] 一种用于修复地下管道的解决方案是当管道还在原位时对其进行修复。原位修复 方法已得到发展。一些方法包括把可弯的加固衬里插入到受损管道中。衬里典型地具有与 受损管道的内径大致相等的外径。衬里被加压，使其能沿受损管道的内壁稳固地压缩。随 后膨胀的衬里在原管道内固化形成新的、刚性衬里或表面。
[0007] 存在多种类型的加固或加强衬里：一些衬里由聚酯材料制成。其他衬里使用合成 树脂浸渍的纤维。纤维垫可选择地用作衬里的材料。一些加固衬里包括用于支承和提供强 度的玻璃纤维，这是因为玻璃纤维具有高的强度和刚度，同时还拥有出色的抗延展性。
[0008] 一些衬里在被安装后被硬化或固化。这些衬里被称为"原位固化管道"（CIPP)衬 里。原位固化衬里中的树脂在其被固化后结合或粘附到玻璃纤维或其他增强纤维上。由于 树脂和纤维之间的结合，当轴向或径向载荷施加到固化衬里上时，该树脂还变得更加抗拉 伸。因此，只要固化树脂和玻璃纤维间的结合没有被破坏，该固化树脂就会通过纤维被增 强。
[0009] 衬里典型地安装在持续接触水和其他腐蚀性材料的环境中。具体地，由于废水中 厌氧菌的出现，下水道管线中经常包括硫化氢，而硫化氢在氧化后在废水中产生稀硫酸。衬 里还处于变化的温度状态和流动状态中。因此，衬里应设计成能承受这样的环境。
[0010] 插入管道中的衬里还应该具有好的柔性以在固化前拉伸和调整自身至宿主管道 的直径，并且在固化后必须具有优秀的强度特性和足够的刚度以抵抗地面沉降或地面位 移，尤其是在宿主管道已失去其所需的结构完整性时。
[0011] 制造 CIPP玻璃纤维衬里的制造方法包括折叠过程和缠绕过程。
[0012] 如图1所示，在常规的折叠过程100中，多个织物层102 (例如编织粗纱垫织物） 围绕内部管状薄膜104(例如苯乙烯致密管状薄膜）以每层重叠几厘米的方式折叠在一起。 然后整个玻璃包被包裹在外部薄膜106中（例如焊接接合部的外部薄膜）。织物层102的 数量取决于所需的壁厚。准备好干燥管后，进行树脂浸渍。该浸渍步骤经常由真空环境辅 助进行。然后浸渍后的衬里需避免被日光/紫外光照射以防止树脂的过早固化。
[0013] 为了在管道（例如下水管道）内安装衬里（通过折叠过程100形成），衬里被拉入 管道并利用空气压力使其膨胀。衬里内的空气压力用于推动衬里抵靠待修复的管道的内表 面。不同的浸渍纤维层102在彼此之上滑动，使得衬里膨胀成与原管道的形状匹配，形成十 分紧密的配合。最后，例如通过穿过受压衬里的紫外（UV)光使得衬里被固化，所述紫外线 由一系列紫外灯发出。
[0014] 在常规缠绕过程200中，有限宽度的织物卷首先利用树脂/增稠剂混合物浸渍并 重绕以熟化。在限定的熟化期后，预浸渍的卷被展开，并且关联的织物202被螺旋形地缠绕 在被塑料薄片206覆盖的芯轴204上，如图2所示。该缠绕操作一直持续直到达到所需的 叠层厚度。然后预浸渍的织物被覆盖上热塑性外膜，并且在储存和运输过程中被保护免受 自然光/UV光的照射。
[0015] 为了在管道（例如下水管道）内安装衬里（通过缠绕过程200形成），该衬里被 拉入管道并利用空气压力使其膨胀。衬里内的空气压力推动衬里抵靠待修复的管道的内表 面。衬里的膨胀主要通过伸展织物202实现。最后，例如通过穿过受压衬里的紫外（UV)光 使得衬里被固化，所述紫外光由一系列紫外灯发出。
【发明内容】
[0016] 广义的发明概念考虑涉及修复地下管道的系统、设备和方法，更具体地涉及制造 具有改进的内表面特性的加固CIPP衬里的系统和方法，以及具有改进的内表面特性的衬 里本身。
[0017] 在一个示例性实施例中，公开了一种用于修复管道的加固衬里。该加固衬里包括： 纱层，所述纱层由随机取向的切碎玻璃纤维形成；增强层，所述增强层包括玻璃纤维；以及 树脂，其中所述纱层比所述增强层更靠近加固衬里的中心轴线，其中所述纱层和所述增强 层彼此接合，其中所述树脂浸渍所述增强层，并且其中所述树脂通过施加能量而能够固化。 在一个示例性实施例中，所述能量为紫外（UV)辐射。在一个示例性实施例中，所述纱层对 紫外光具有半透过性。
[0018] 在一个示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量在10-200克/米2范围内。在一个 示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量约为30克/米 2。
[0019] 在一个示例性实施例中，所述纱层的所述玻璃纤维为随机取向的切碎玻璃纤维。 在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量在400-700克/米 2的范围内。
[0020] 在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维为统一取向的连续玻璃纤 维。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量在50-200克/米 2的范围内。在一个 示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量约为140克/米2。
[0021] 在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维统一取向为平行于加固衬里 的中心轴线。在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维取向为垂直于加固衬里 的中心轴线。
[0022] 在一个示例性实施例中，加固衬里还包括：第一增强层和第二增强层，该第一增强 层包括第一玻璃纤维，该第二增强层包括第二玻璃纤维，其中所述第二玻璃纤维取向为相 对于第一玻璃纤维成一角度，并且其中所述第二玻璃纤维包括大致平行排列的切碎玻璃纤 维。
[0023] 在一个示例性实施例中，所述第一玻璃纤维沿大致相同的方向排列。在一个示例 性实施例中，所述第一玻璃纤维为不连续纤维。在一个示例性实施例中，所述第二玻璃纤维 大致垂直于所述第一玻璃纤维。
[0024] 在一个示例性实施例中，加固衬里还包括布置在所述第一增强层和所述第二增强 层之间的填充材料。在一个示例性实施例中，所述填充材料包括以下材料之一：树脂、玻璃 纤维、碎的再生玻璃增强塑料化合物和多个的微球体。
[0025] 在一个示例性实施例中，所述纱层和所述至少一个增强层通过缝合元件缝在一 起。在一个示例性实施例中，所述缝合元件为弹性纱线。
[0026] 在一个示例性实施例中，所述加固衬里具有纵向轴线，所述第二玻璃纤维大致沿 所述纵向轴线的方向取向，并且其中所述第一玻璃纤维大致垂直于所述第二玻璃纤维布 置。
[0027] 在一个示例性实施例中，在固化后，加固衬里的内表面足够平滑，以通过高压水洗 测试。
[0028] 在一个示例性实施例中，在固化后，加固衬里的内表面形成保护层，该保护层覆盖 与所述树脂结合的所述第一玻璃纤维和与所述树脂结合的所述第二玻璃纤维。在一个示例 性实施例中，所述保护层在使用过程中能够磨损掉而不会降低加固衬里的性能。
[0029] 在一个示例性实施例中，公开了一种制造用于修复管道的衬里的方法。该方法包 括：提供纱层，所述纱层由随机取向的切碎玻璃纤维形成；提供增强层，所述增强层包括玻 璃纤维；接合所述纱层和所述增强层；用树脂浸渍接合的纱层和增强层；以及由接合的纱 层和增强层形成管状件，使得所述纱层比所述增强层更靠近所述管状件的中心轴线。
[0030] 在一个示例性实施例中，所述树脂通过应用紫外辐射而能够固化。在一个示例性 实施例中，所述纱层对紫外（UV)光具有半透过性。
[0031] 在一个示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量在10-200克/米2的范围内。在一 个示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量约为30克/米 2。
[0032] 在一个示例性实施例中，所述纱层的所述玻璃纤维为随机取向的切碎玻璃纤维。 在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量在400-700克/米 2的范围内。
[0033] 在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维为统一取向的连续玻璃纤 维。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量