CN114407463B - 一种非开挖修复用原位固化法管道修复用的抗紫外多层保护膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于开挖修复的原位固化管道(FIPP)用的抗紫外多层保护膜及其制备方法，所述抗紫外多层保护膜由多层膜组成，且至少由五层结构组成；如图1所示，包括外层(1)、粘合层(2)增强层(3)、粘合层(4)、内层(5)；所述内、外和/或层中含有1‰‑2％的紫外线吸收剂，中间层为增强层，所述的五层结构膜由有多层共挤、多层共吹等工艺制备而成。本发明利用了各种材料的性能优势，将其通过多层共挤或多层共吹的薄膜成型工艺形成一个具有抗紫外功能的复合多层膜，能够保证该保护膜在使用时既有足够的强度满足非开挖修复作业要求，又能防止不可控固化。

Description

一种非开挖修复用原位固化法管道修复用的抗紫外多层保护膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及非开挖管道修复技术领域，具体而言，涉及一种非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜及其制备方法。

背景技术

我国道路地下管网修复工作受到各级政府的重视，非开挖修复用塑料管道的应用正在逐年增加，非开挖修复技术是指在不开挖或微开挖的情况下对现有管道进行更新和更换，以保障管道良好运行、延长管道使用寿命的施工及其辅助技术。我国非开挖管道修复工程量逐年上升。目前我国应用较成熟的非开挖排水管道修复工艺主要紧密贴合内衬法、原位固化内衬法、短管内衬法、粘结软管内衬法、螺旋缠绕内衬法、垫衬法、碎(裂)管法等修复方法。原位固化法(Cμred-in-Place Pipe-CIPP)是指采用翻转或牵拉方式将浸渍树脂的软管置入原有管道内，固化后形成管道内衬的修复方法。按照软管进入原有管道的方式不同，可将CIPP分为翻转式和拉入式两种工艺。固化工艺目前包括：热水固化法、自然固化法、蒸汽固化法和紫外光固化法。其中紫外线固化法以其内衬管壁厚较薄、固化时间短、施工快，且施工过程易控制和管理等优点被广泛使用，目前占了非开挖修复用产品的70％的市场。

由于原位固化法非开挖修复技术的独特性，管道的初始产品多采用半成品(也称M阶段)，半成品需拖拽到需修复的原管内才能固化成工作管，因此对原料、半成品以及成品内衬管性能也提出了更高的要求。其中最常出现的问题是M阶段的半成品中的纤维浸渍的树脂在存放或尚未拖拽进入待修复管时候，在自然界中紫外光的作用下即发生固化，造成了产品的不可控使用，或者在拖拽的过程中保护膜由于没有足够的力学强度，难以适应机械化的拖拽而破裂，造成未固化的浸渍树脂外泄而作废，不但提高了生产成本，还造成大量固体废料，一直是困扰行业多年的一个难题。

诸如中国专利文献CN214119351Μ中公开了一种地下管道非开挖修复用内衬软管，其包括内衬软管、玻璃纤维层、隔水膜、增强层和防护层，防护层内侧涂覆热熔树脂。在该方案中，所述玻璃纤维层为菱形玻璃纤维网，能够提高内衬管道的韧性，然而，其没有利用自然光紫外固化隔离膜即外层抗紫外保护膜，其不能防止不期望的修复管的不可控固化现象发生，其增强层的厚度为毫米级，其拉伸强度和断裂伸长率以及弹性模量等均很难达到高标准要求。

诸如中国专利文献CN212537126Μ中公开了一种管道非开挖修复系统，包括内衬管和固化灯具，所述内衬管设置内膜层、玻纤层和外膜层，玻纤层包含树脂、紫外光固化剂和红外光固化剂，固化灯具包括紫外光发射器和红外光发射器。所述内膜层和外膜层为共挤膜。在该技术方案中，通过工程车采用电缆与固化灯具相连，对红外和紫外光发射器进行供电，以实现在低温环境下不易固化的问题。然而，该方案中仅仅适用于低温环境，在普适环境中，该紫外光和红外光固化方法仍然不能解决不可控固化问题。

为了解决不可控固化问题，现有技术中进行了各种方案，诸如设置气囊、设置行走车等等，鲜有通过内衬管结构和材质进行改进的技术方案。

在中国专利文献CN107314163Μ、CN107314166Μ中提供了一种无缝增强加厚型原位固化内衬管，由内层(高分子层)、加强纤维层、树脂层(胶黏层)、加强纤维层、(胶黏层)等四(五)层结构内衬管，在管道非开挖修复时，只需在被修复管道两端开挖两个施工坑，将内衬管折成Μ型并牵引到管道内，利用外置固化设备对内衬管进行扩展，使得树脂层(胶黏层)同时向外渗透。在该技术方案中，提供了一种紧凑结构的技术方案，但是，其并不含抗紫外线膜层，同样不能有效防止不可控固化。

类似解决方案诸如CN106032867A、CN205592518Μ、CN205592519Μ、CN205592522Μ、CN205781677Μ、CN205560115Μ等等。

美国美孚公司记载了一种用于输送烃流体的热塑性硫化橡胶导管，其设置有外层的热绝缘层，该绝缘层包括至少一种热塑性聚合物的连续相，该连续相包含聚丙烯、聚乙烯等等，该热绝缘层还包含填料，在该方案中，通过改变TPV组合物中橡胶和热塑性聚合物的相对量和或增塑剂的类型和量，可调整导管的柔性程度，然而，美孚公司该方案仅仅对导管柔韧性感兴趣，其固化甚至采用固化剂等等仅仅是对橡胶本身的固化，并没有关注导管长期储存会产生不可控固化问题。

修复管储存时如何防止不可控固化问题成为业内攻坚的重要课题项目。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明旨在提供一种非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜及其制备方法，以解决修复管半成品储存期或施工前的不可控固化的问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述抗紫外多层保护膜由外向内依次至少包括五层结构多层膜：外层1、第一粘合层2、增强层3、第二粘合层4、内层5；且至少一层膜中含有1‰-2％的紫外线吸收剂，所述抗紫外多层保护膜在对所述管道的200-400nm紫外光固化区域照射的紫外光和400-650nm可见光区域的可见光均具有高表达吸收作用，使用时所述内层1贴附于所述管道上。

根据本发明，由于在至少五层抗紫外多层保护膜中掺有适量的紫外线吸收剂，故而能够防止在未拖拽修复管前或贮存期不可控固化，由于中间层设置增强层，故而能够提供施工所需的力学强度，防止拖拽过程中保护膜的强度不够破裂，由于设置粘合层，能够通过粘合层将层与层之间牢固的贴合；需要指出的是，在制作每层膜时所述紫外线吸收剂的含量选择是非常困难的，因为含量过高将会牺牲该抗紫外膜的力学性能和耐候性，含量过低则无法实现对紫外线的高表达吸收。经过申请人团队的数年无数次试验发现，只有选择含有1‰-2％的紫外线吸收剂才能平衡力学性能(如图4所示)的同时实现较佳的紫外线高表达吸收作用(如图2所示)。本发明的抗紫外膜由于采用含有1‰-2％的紫外线吸收剂，除了能够抗紫外和可见光的作用之外，还能够起到防酸、防碱的作用。

根据本发明上述第一方面的非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述多层膜的至少两层膜中添加了两种以上的可吸收波长在200-650nm的吸收剂，所述抗紫外多层保护膜的吸收波长范围为200-650nm，所述的紫外线吸收剂的重量百分数范围为1‰-3％。

根据本发明上述第一方面的非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述紫外线吸收剂包括水杨酸类、苯酮类、苯并三唑类、三嗪类受阻胺类、联苯胺类紫外线吸收剂中的一种或几种(两种或两种以上)组合；或，所述紫外线吸收剂包括单偶氮类、缩合偶氮类、苯并咪唑酮类有机颜料及无机颜料中的一种或几种组合。

根据本发明上述第一方面的非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜在200-650nm波段范围内的紫外光吸收率大于等于70％。

根据上述的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜总厚度至少为210μm，所述的外层1的厚度至少达到60μm，所述第一粘合层2、第二粘合层4的厚度至少达到10μm，所述增强层3的厚度至少达到60μm，所述的多层保护膜的总厚度偏差不大于5μm，所述多层保护膜的纵向拉伸强度大于38MPa，且横向拉伸强度大于35MPa，且断裂伸长率达590％；且纵、横向拉伸弹性模量均大于400MPa。

根据上述的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜各层的熔点即外层1、第一粘合层2、增强层3、第二粘合层4、内层5的熔点范围分别为110-125℃、115-126℃，210-255℃，115-126℃，85-125℃。

根据上述的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜的所述内层5、外层1由低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚丙烯(PP、PPB、PPH)等中的一种或几种组成，所述的内层5、外层1的摩擦系数在0.68-0.78之间。

根据上述的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜的增强层3由聚丙烯(PP、PPB、PPH)、PB、PET、PBT、PA6、PA610、PA1010中的一种或多种组成。优选地，所述的中间增强层3的拉伸强度至少达70MPa，断裂伸长率至少达350％。

根据上述的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜的透光率小于2％。

根据上述的抗紫外多层保护膜，其特征在于，所述的五层结构膜由多层共挤或多层共吹等工艺制备而成。

根据本发明的一个方面，提供一种非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜的制备方法，所述抗紫外多层保护膜由外向内依次至少包括五层结构多层膜：外层1、第一粘合层2、增强层3、第二粘合层4、内层5，其中，各层的制作工艺为：

S1、先将混有两种以上紫外吸收母粒加入外层1或内层5的树脂中并在混合机中混合均匀，然后注入螺杆挤出机在100～200℃范围内融化挤出成抗紫外保护膜的内层或外层薄膜，所述树脂采用原料包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚丙烯(PP、PPB、PPH)等一种或几种，优选采用线性低密度聚乙烯；

S2、在同一台设备上用另一螺杆挤出机通过多层共挤或多层共吹等工艺制备出厚度不低于60μm的增强层3薄膜，优选采用多层共挤的方式。

S3、通过多层共挤或多层共吹等工艺制备出厚度至少为达到10μm的第一粘合层2、或第二粘合层4薄膜，优选采用多层共挤的方式。

根据本发明的上述非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜的制备方法，其中，增强层3的制作工艺具体包括：

SI、先将热塑性弹性聚酯在真空下进行烘干预处理，然后将热塑性弹性聚酯按重量份量配比称量并倒入容器内搅拌，再分别倒入填料、促进剂、添加剂搅拌混合，优选地，引发剂为过氧化醋酸叔戊酯，填料为玻璃纤维，促进剂为对氯代苯甲酸，固化剂采用环氧树脂，添加剂为聚酯增溶剂。

SII、加入玻璃纤维并混合，玻璃纤维的纤维，长度范围为1～2mm，混合均匀后，将混合物置于80～120℃下至少20min，通过增强层用挤出机进行多层共挤或多层共吹等工艺制备而成，优选采用多层共挤的方式。

与现有的非开挖修复用的原位固化法管道的保护膜常用的聚乙烯、聚丙烯、聚酯膜等相比，本发明利用了各种材料的性能优势，将其通过多层共挤或多层共吹的薄膜成型工艺形成一个复合多层膜，且该复合膜具有足够的抗紫外功能，能够保证该保护膜在使用时既有足够的强度满足非开挖修复作业要求，又能防止不可控固化。

附图说明

图1为示出本发明具体实施方式涉及的抗紫外多层保护膜结构示意图；

图2为示出本发明具体实施方式涉及的抗紫外多层保护膜紫外光吸收图；

图3为示出本发明具体实施方式涉及的抗紫外多层保护膜的各层结构厚度及熔点示意图；纵坐标中，条柱长度示出为各层厚度，折线连接的黑点示出熔点。

图4为示出本发明具体实施方式涉及的抗紫外多层保护膜的横向及纵向的拉伸强度(图4(a))和断裂伸长率(图4(b))的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此附图中描述和表示出的本发明实施例可以以各种不同的配比来布置和设计。本领域普通技术人员应当懂得，该描述是示例性的，本发明并不仅仅限于该具体实施例中。

图1为示出本发明具体实施方式涉及的非开挖修复用的原位固化法管道的抗紫外多层保护膜结构示意图。如图1所示，抗紫外多层保护膜包含五层结构：外层1、第一粘合层2、增强层3、第二粘合层4、内层5。需要说明的是，该多层保护膜至少设置为五层，还可以是七层、九层等等，为了说明的方便，以五层为例进行的说明。外层1的厚度至少达到60μm，在内(和/或)外层(和/或)中间层中添加了两种以上紫外线吸收剂，所述的紫外线吸收剂的重量百分数范围为1‰-2％，其起到防酸、防碱和抗紫外的作用，防止在未拖拽修复管前或贮存期不可控固化，增强层3由聚丙烯(PP、PPB、PPH)、PB、PET、PBT、PA6、PA610、PA1010、TPΜ中的一种或多种组成，增强了保护膜的韧性和结构强度，通过第一、第二粘合层2和4，将外层1、内层5和增强层3粘接在一起，形成牢固的多层膜结构，有效地保护处于M阶段的半成品的原位固化管道(FIPP)中的树脂在储存阶段不会发生提前固化。

外层1的厚度至少达到60μm，能够有效的防止在未拖拽修复管前或贮存期不可控固化，外层1的原料包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚丙烯(PP、PPB、PPH)等一种或几种，1‰-2％的紫外线吸收剂，所述内外层1、5的摩擦系数在0.68-0.78之间，各层的制作工艺为：

S1、先将混有两种以上紫外吸收母粒加入内外层树脂中在混合机中混合均匀，然后注入螺杆挤出机在100～200℃范围内融化挤出成抗紫外保护膜的内外层，树脂采用原料包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚丙烯(PP、PPB、PPH)等一种或几种，本实施例采用线性低密度聚乙烯；

S2、在同一台设备上用另一螺杆挤出机通过多层共挤或多层共吹等工艺制备出厚度不低于60μm的增强层薄膜，本实施例采用多层共挤的方式。

S3、粘合层2、4的厚度至少为达到10μm，通过多层共挤或多层共吹等工艺制备而成，本实施例采用多层共挤的方式。

增强层3为聚丙烯(PP、PPB、PPH)、PB、PET、PBT、PA6、PA610、PA1010中的一种或多种组成，增强层3的厚度至少达到60μm，所述的中间增强层的拉伸强度至少达到70MPa,断裂伸长率至少达到350％，增强层3的原料包括热塑性弹性聚酯70～80％、氢化丁苯橡胶10％、玻璃纤维10～15％、填料8％和添加剂2％；增强层3的制作工艺为：

SI、先将热塑性弹性聚酯在真空下进行烘干预处理，然后将热塑性弹性聚酯按重量份量配比称量并倒入容器内搅拌，再分别倒入填料、促进剂、添加剂搅拌混合，本实施例的引发剂为过氧化醋酸叔戊酯，填料为玻璃纤维，促进剂为对氯代苯甲酸，固化剂采用环氧树脂，添加剂为聚酯增溶剂SII、加入玻璃纤维并混合，玻璃纤维的纤维，长度范围为1～2mm，混合均匀后，将混合物置于80～120℃下至少20min，通过增强层挤出机进行多层共挤或多层共吹等工艺制备而成，本实施例采用多层共挤的方式。

抗紫外多层保护膜用于非开挖修复用原位固化法管道修复的类型包括聚乙烯膜、聚氯乙烯膜、丙烯酸树脂膜，本实施例的类型为丙烯酸树脂膜，将外层1、增强层3、内层5相互粘结，粘合层2、4为有机粘合剂，粘合层2、4包括丁苯胶、硝酸纤维素、聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、醋酸乙烯树脂或丙烯酸树脂，本实施例采用的粘合层2、4为丙烯酸树脂。

图2为示出本发明具体实施方式涉及的抗紫外多层保护膜紫外光吸收图。

如图2所示，横轴表示波长(nm)，纵轴表示紫外光吸光度，本发明的抗紫外多层保护膜在200-650nm范围内具有显著的高表达吸收作用，越短波段，越表达出高吸收作用。因此，该抗紫外多层保护膜能对紫外光固化区域表现出高表达吸收作用，从而防止修复管在使用之前或储存期间出现不可控的固化现象发生。

图3为示出本发明具体实施方式涉及的抗紫外多层保护膜的各层结构厚度及熔点示意图；纵坐标中，条柱长度示出为各层厚度，折线连接的黑点示出熔点。

如图3所示，在该实施例中，抗紫外多层保护膜的厚度大致为210μm，其中，外层1厚度至少达到60μm，粘合层2、4的厚度至少达到10μm，增强层3、内层5厚度至少达到60μm，五层膜厚总厚度偏差小于等于5μm。外层1、第一粘合层2、增强层3、第二粘合层4、内层5的熔点范围分别为110-125℃、115-126℃，210-255℃,115-126℃，85-125℃。

图4为示出本发明具体实施方式涉及的抗紫外多层保护膜的横向及纵向的拉伸强度(图4(a))和断裂伸长率(图4(b))的示意图。

如图4(a)所示，本发明抗紫外多层保护膜各层膜的横向拉伸强度大于纵向拉伸强度，对于增强层膜层而言，横向拉伸强度比其他层(内外层和粘合层)显著大一些，纵向拉伸强度比其他层(内外层和粘合层)小一些。

如图4(b)所示，将本实施例成型的非开挖修复用原位固化法管道修复用的抗紫外多层保护膜进行力学测试与紫外光固化实验，本发明抗紫外多层保护膜各层膜的断裂伸长率均大于590％。对于纵向断裂伸长率而言，第一粘合层显著大于其他层，第二粘合层显著小于其他层。对于横向断裂伸长率而言，内层5表现为比其他层显著大一些。

在该实施例中，所述多层保护膜的纵向拉伸强度大于38MPa，且横向拉伸强度大于35MPa，拉伸弹性模量均大于400MPa，且断裂伸长率至少达590％，符合保护膜的强度要求；在200-650nm波段范围内的紫外光吸收率大于等于70％，且吸收稳定，符合保护膜的抗紫外要求。

综上所述，本发明实例通过在内(和/或)外层(和/或)中间层中添加了两种以上紫外线吸收剂，有效地将自然界中的紫外光和非开挖修复用原位固化法管道进行阻隔，通过增强层，增强保护膜的韧性和结构强度，通过粘合层将层与层之间牢固的贴合；本结构能够有效将自然光中存在的紫外线阻隔，具有较高抗拉性、抗腐蚀性，提高了保护膜的耐久性能，延长了使用期限，具有高标准的抗紫外效果。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种抗紫外多层保护膜用作非开挖修复用的原位固化管道的抗紫外多层保护膜的用途，其特征在于，所述抗紫外多层保护膜由外向内依次至少包括五层结构多层膜：外层(1)、第一粘合层(2)、增强层(3)、第二粘合层(4)、内层(5)；且至少一层膜中含有1‰-2％的紫外线吸收剂，所述抗紫外多层保护膜在对所述管道的200-400nm紫外光固化区域照射的紫外光和400-650nm可见光区域的可见光均具有高表达吸收作用，使用时所述内层(5)贴附于所述管道上；所述第一粘合层(2)、第二粘合层(4)选自丁苯胶、硝酸纤维素、聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、醋酸乙烯树脂或丙烯酸树脂，

所述的抗紫外多层保护膜总厚度至少为210μm，所述的外层(1)的厚度至少达到60μm，所述第一粘合层(2)、第二粘合层(4)的厚度至少达到10μm，所述增强层(3)的厚度至少达到60μm，所述的多层保护膜的总厚度偏差不大于5μm，所述多层保护膜的纵向拉伸强度大于38MPa，且横向拉伸强度大于35MPa，且断裂伸长率达590％；且纵、横向拉伸弹性模量均大于400MPa，

所述的抗紫外多层保护膜的增强层(3)由聚丙烯、PB、PET、PBT、PA6、PA610、PA1010中的一种或多种组成；所述的增强层(3)的拉伸强度至少达70MPa，断裂伸长率至少达350％。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜的吸收波长范围为200-650nm，所述多层膜的至少两层膜中添加了两种以上的紫外线吸收剂，所述的紫外线吸收剂的重量百分数范围为1‰-2％。

3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述紫外线吸收剂包括水杨酸类、苯酮类、苯并三唑类、三嗪类受阻胺类、联苯胺类紫外线吸收剂中的一种或几种组合；或，

所述紫外线吸收剂包括单偶氮类、缩合偶氮类、苯并咪唑酮类有机颜料及无机颜料中的一种或几种组合。

4.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜在200-650nm波段范围内的紫外光吸收率大于等于70％。

5.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜各层的熔点即外层(1)、第一粘合层(2)、增强层(3)、第二粘合层(4)、内层(5)的熔点范围分别为110-125℃、115-126℃，210-255℃，115-126℃，85-125℃。

6.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜的所述内层(5)、外层(1)由低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种组成，所述的内层(5)、外层(1)的摩擦系数在0.68-0.78之间。

7.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的抗紫外多层保护膜的透光率小于2％。

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