JP4344354B2 - パイプライン用ライニング材料 - Google Patents
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Description
幾つかの改良ライニング法が例えば、米国特許第4,368,091号、第4,334,943号、第4,350,548号に提案されており、米国特許第4,427,480号及び第4,334,943号は、パイプライニング用として極めて優れている法であるとして注目されている。これらの方法によれば、管内面に接着剤が施された管状ライニング材料が裏返し(反転)状態になりつつパイプラインに挿入され、進行し、それによりライニング材料が接着剤によってパイプラインの内面に接着される。
一般に、パイプライン用ライニング材料にはパイプラインの内面に気密膜あるいはコーティングが好適に設けられており、ライニング材料に防水性及び/又は不通気性を付与している。
管状ライニング材料の使用は、高圧流体を輸送するためのパイプライン、例えばガス管(実際の使用に際して64kg/cm2の使用圧まで)、水道水パイプライン(実際の使用に際して18kg/cm2の使用圧まで)などを強化する目的に望ましい。
米国特許第5,186,987号は、可撓性管膜と、該管膜の外面を被覆するシートと、該シートの外面を被覆するはがすことが可能な第2の膜とからなるライニング材料を開示している。このシートは、液体熱硬化性樹脂で含浸された高靭性の厚い繊維及び繊維マットとからなり、十分な長さと処理されるパイプラインの内周長より長い幅の高靭性シートにより織物繊維強化複合材料を形成する。単一の高靭性シートの横方向両端部が互いに摺動可能にオーバーラップされて管膜の周りに管を形成し、該管の外周長がパイプラインの内周長より短い。
パイプラインに挿入されたライニング材料が膨張されライニング材料がパイプライニングの内面に一様に密着されると、ライニングのオーバーラップ部が互いに滑り、ライニング材料の周囲長が延びてライニング材料はパイプラインに密着する。
しかし、ライニング材料の周囲長の延びが制限されており、又、オーバーラップ部のライニング材料の摩擦抵抗を克服するために、かなり強力な圧力が要求される。
WO91/14856は、US5,186,987に記載されたと同様の管状ライニング材料を記載しており、ここでは各層毎に一つの位置でオーバーラップする樹脂製の吸収性補強材料が備えられている。
DE4445166も又、US5,186,987に記載されたと同様の管状ライニング材料を記載しており、ここでも各層毎に一つの位置でオーバーラップする樹脂製の吸収性補強材料が備えられている。各層のオーバーラップ部分は互いにずれている。ライニング材料を膨らますと、前記補強層は各オーバーラップ部分ですべることにより拡張される。
DE4427633も又、同様の管状ライニング材料を記載しており、ここで各層毎に一つの位置でオーバーラップする樹脂製の吸収性補強材料が備えられている。各層のオーバーラップ部分は互いにずれている。このライニング材料は、ライニング材料の周囲の一部のみを覆う二枚のオーバーラップしない補強材料製の外層を更に備えている。これら二枚の補強外層は管状ライニング材料の包囲材に対してある位置で接着されている。
パイプラインを強化するための該提供管状ライニング材料は、良好な接着剤吸収力を有し、反転を容易にするために硬化前は可撓性を大きく残したままであり、主パイプに嵌合するための良好な周囲伸縮性を有している。
本発明に係るライニング材料の他の1つの利点は、周囲膨張がオーバーラップ部のスリップに必要なだけの低圧で良いことである。
少なくとも2つのオーバーラップ部があると、膨張が別個に2カ所で起こり、管ライニングを幾分小さな初めの周囲サイズで設計できるため、膨張度を大きく高める。従って、ライニング替え時のしわ形成リスクが最小になるか回避される。
1つの利点は、平坦化された管状ライニング材料の2つの対向端部両端に延びている2つのオーバーラップ部が、含浸や硬化後、複合材料の最適な均一抵抗に加え、むしろ低いレベルでライニング材料の全体の厚さ、可撓性及び重さを保持させることである。この特性は樹脂の大きな節約につながり、このライニング材料を競争により強くし、処理が容易になる。
平坦化折り畳み部を被覆しているその二重層強化領域のおかげで、高強度/高弾性率織物材料にかかる物理的折り畳みのマイナスの効果が克服され、管ライニングは、折り畳みや、剪断を受け易い強化繊維又は糸を複合材料組織に使用するにもかかわらず、その全周囲にその構造性能を残している。
しかし、驚くべきことに、2つの正反対に対向した高強度で高弾性率の織物又はマットのオーバーラップ部を有するライニング材料が、1箇所のオーバーラップ部だけを有する比較ライニング材料より高い耐圧性を有するのである。
この驚くべき効果は、ライニング材料が製造時に折り畳まれた後、平坦化状態で保管され、輸送されることによるものと思われる。ライニング材料がパイプラインに導入され、パイプラインの内面に施された場合にのみ、該ライニング材料がその丸い形状に戻る。強化内管外被に使用される高引張り強さ及び高弾性率繊維は、ライニング材料が平坦化されると壊れる傾向があることが分かった。強化内管外被は、ライニング材料が折り畳まれた箇所で長手方向にオーバーラップする少なくとも2枚の高引張り強さと高弾性率繊維又は糸のシート又はマットから構成されており、損なわれていない繊維数を劇的に増やし、従って、硬化ライニング材料の構造強度と耐圧性が増す。
同じ設計であるが、ガラス材料流路が、2枚の別個のガラス繊維により160mmの折り畳み端部領域をまたいでオーバーラップさせたものでは、短期破裂圧が37.5バールであり、長期使用圧が12.5バールを可能にした。
高引張り強さと高弾性率材料の織物又はマットの少なくとも2枚のシートは各々少なくとも5cmだけオーバーラップするのが好ましい。
特に、「呼び径」が320mmより大きい場合、その高引張り強さと高弾性率材料の織物又はマットの少なくとも2枚のシートは、各々呼び径が約2×0.10から約2×0.30までオーバーラップするのが好ましく、パイプライン直径に比べて該ライナーのサイズは、各々呼び径が約2×0.20が最も好ましい。当業者は、実施時にその所望の使用圧と、シート又はマットの種類と品質と、所定の管ライニング膨張によって、修繕すべきパイプラインの直径によるオーバーラップの最適値を決定することができよう。
この可撓性管外被は、好ましくは、不織ウェブ又はフェルト、編まれた層又は弾性織布のような幾分伸縮可能な織物組織から構成されている。
特に、可撓性管外被は、織物不織フェルト、不織マット又はフリース又は織られ、編組されるか編まれた織物組織又は連続気泡フォームのような可撓性多孔質及び吸収層から構成されている。
外層の不通気性材料は、好ましくは、天然ゴム又は合成ゴム、ポリエステル弾性ポリマー、ポリオレフィンポリマー、ポリオレフィンコポリマー、ポリウレタンポリマーあるいはそれらの混合物からなる群の中から選択されるゴム状弾性又は可撓性の天然材料あるいは合成材料から構成されている。好ましいことには、これらの材料は「食品向け認可」材料である。
一般に、この外層は0.2〜2.0mm、好ましくは0.5〜1.5mmの範囲の厚さがある。
内強化管外被及び任意の可撓性管外被は、硬化あるいは乾燥後に硬質複合材となる接着剤で好適に含浸される。
接着剤は、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ化合物、アクリル酸樹脂、イソシアネート、コンクリート又は水ガラスあるいはそれらの混合物などのヒートセット型又は常温硬化材料からなる群から選択される樹脂又は接着剤から構成することができる。
該接着剤は硬化あるいは乾燥後に高強度及び高弾性率強化シートのオーバーラップ端部を接合する。
好ましくは、高強度及び高弾性率材料が管ライニング製造プロセス時に折り畳み作業による強度の損失をある程度克服するために選択される。個々の断面が最大17ミクロンの「E」又は「E−CR」ガラス繊維及び「E」又は「E−CR」ガラスフィラメントとエポキシ樹脂相溶性用選択サイジング剤がこの用途のためによく適している。Kevlar(登録商標)Twaron(登録商標)又はTechnora(登録商標)の商標で販売されているパラアラミド繊維やフィラメント、あるいは炭素繊維やフィラメントを使用することができよう。
本発明の他の目的、特徴及び利点は以下の説明からさらに十分に明らかになるだろう。
本発明は、添付図面を参照した以下の説明からさらに理解することができる。
外層1は、可撓性のある多孔質吸収基体1bの外面に施された不通気性コーティング材料1aから作られている。この可撓性で多孔質の吸収基体1bは、連続フィラメント又はステープルファイバーを備えたフェルト、マット、スパンボンド又はウェブなどの不織布組織から最も普通に作られている。ある場合には、該基体は織られるか、編組されるか、編まれた組織でもよく、あるいは連続気泡フォームのような他の種類の可撓性で多孔質の吸収剤材料でもよい。繊維材料が多孔質の吸収層に使用される場合、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル、ガラス、レーヨン、アラミド又は合成又は最も一般的なポリエステルのような人造繊維又はフィラメントが使用される。ある場合には、亜麻、大麻、ジュート、ケナフあるいはラミーのような特に植物源からの天然繊維も使用することができる。可撓性で多孔質層1の構造と厚さは、含浸に使用される樹脂又は接着剤の機械的特性(E弾性率)に関係して総複合材料ライニングの構造強化を確実にするために、ASTM F.1216のような国際規格に関して特定の要件に従って設計されている。
この可撓性で多孔質の吸収基体1は、1層か、同一あるいは異なった材料の数層から作ることができる。
可撓性で多孔質の吸収基体内部に、2枚の高強度で高弾性率材料のシート2と3が内部流路を形成するために両端部が自由オーバーラップ部を備えて配置され折り畳まれている。この2つのオーバーラップ部は互いに対向して配置され、ライニング材料の長さに沿って二重の材料層を作っている。この二重層はライニング4a−a’と4b−b’の平坦化端部をカバーするように配置されている。
シート2,3にガラスが使用される場合、ライニング製造プロセス時、及び保管時に長期性能があり、強度の損失を最小にするため、化学的及び機械的に最も耐性のあるグレードが選択される。この点、Eガラス又は好ましくはE−CRガラス、無硼素グレードが好適に選択される。
シート2,3は通常、同じ種類の繊維又は糸から製造されるが、別の材料が組み合わされても良い。
シート2,3のオーバーラップ位置及び幅は通常両側で等しいが、違っていてもよい。
他の可撓性で多孔質の吸収材料5である管層は、シート2,3から成る流路内に挿入される。
そのような層は通常多孔質の吸収基体1bに類似している。しかし、その層は、主パイプでの実施中のぬれに対しヒートセット樹脂又は接着剤を保護することができる防水及び/又は不通気性層とすることもできる。
反転後、層1は、修繕パイプに搬送される流体と接触する防水被覆面1aをライニング材料の内側としている。
ヒートセット樹脂又は接着剤の硬化後、層1bは、その設計厚さとE弾性率により主にライニング材料の構造強化に寄与する。
高強度と高弾性率織物材料2,3の2枚のシートが今や内管1の周囲にあり、その端部でなおオーバーラップされ、前に折り畳まれていた部位4a−a’及び4b−b’を強化する。ヒートセット樹脂又は接着剤が、蒸気、熱空気、湯又はUV光による硬化後、2つのオーバーラップ部位間の堅固な接合部を呈し、強化された耐圧性の複合材料管を作る。
先行技術の硬化した所定位置ライニングと違い、この特定の高弾性率構造構成によりライニング材料が修繕パイプラインに高精度に嵌合でき、複合材料ライニングそれ自体の内部で圧力も抑えられる。
これら特定の特性のおかげで、過敏で損傷のある主パイプはそのような再ライニング後に圧力に対して保護される。
例えば、米国特許第4,334,943号に開示された全ての適切なパイプライニング法に係るパイプラインの内面に、この発明の管状ライニング材料を使用する際に、管状ライニング材料は、パイプラインの内面に多孔質な可撓性層に保持される十分な量の接着剤が含浸され、管状ライニング材料の別の強化シートとの一体接合を確保し、該パイプラインの内面にそれを接合する。不飽和ポリエステル、ビニルエステルのような種々の接着剤を使用できるが、エポキシタイプの接着剤が好ましい。エポキシタイプの接着剤が使用される場合には、芳香族又は脂肪族ポリアミンを硬化剤として選択することができる。
不通気性管外被は、1mmの不通気性層のポリエチレン(LLDPE)で被覆された7mm厚さの不織ポリエステルフェルト1400g/m2で製造される。1159mmの幅で切断した後、被覆フェルトがホースを実現するために造形され接合され、内部に788mm幅で、各々が1500g/m2の2枚のガラス織物の層が折り畳まれ、その2つの端部が平坦化ライニング折り畳み間に最小幅全長が80mmでオーバーラップした状態で内管を作る。
それから、ライニング材料は脂肪族ポリアミン硬化剤を含有する10.35kg/m2のエポキシ樹脂で含浸される。
是正すべきパイプ内で圧縮空気により反転後、85℃ないし90℃の温度で5時間、反転したライニングの内被覆面に接触して蒸気が循環される。樹脂を完全に硬化した後、空気圧が30℃以下の冷却まで維持される。この時ライニングは38バール(短期)破裂圧と、6メートル地下水面に相当する外部負荷を呈することができる。
本発明の多数の明らかに広範囲で異なった実施形態が本発明の精神や範囲から逸脱することなく実施することができるので、本発明は添付特許請求の範囲に規定される場合を除いてその特定の実施形態に制約されないと解釈される。
Claims (17)
- パイプライニング法で利用可能なパイプラインを強化するための管状ライニング材料であって、パイプラインの内面に配置された接着剤を有する前記管状ライニング材料は、パイプラインに挿入され、該管状ライニング材料が流体圧力の下で反転されつつパイプライン内で進行し、それにより該管状ライニング材料は、接着剤がパイプラインと管状ライニング材料の間に入れられた状態で該パイプラインの内面に施される管状ライニング材料であって、前記管状ライニング材料は、不透過性材料からなる外層を備え、その内側には内強化管外被が設けられた内層を備え、該内層では前記内強化管外被は、2枚の高引張り強さ及び/又は高弾性率繊維のシートからなり、前記シートは両端が自由な状態で2箇所でオーバーラップし、前記オーバーラップ部に関わる縁が該内管外被の長手方向に延びており、及び前記オーバーラップ部は対向して配置されると共に、環状ライニング材料の折りたたみ位置をカバーするように配置されている、管状ライニング材料。
- 少なくとも2枚の高引張り強さ及び/又は高弾性率材料のシートは少なくとも5cmだけオーバーラップする請求項1に記載の管状ライニング材料。
- 前記高引張り強さ及び/又は高弾性率材料の前記強化シートは、呼び径2×0.10と呼び径2×0.30の間でオーバーラップする請求項1あるいは請求項2に記載の管状ライニング材料。
- 前記管状ライニング材料は不通気性であってこの不通気性外層と前記内強化管外被との間に可撓性管外被をさらに備えている請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記管状ライニング材料は、前記内強化管外被上に可撓性管外被をさらに備えている請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記管状ライニング材料は、前記不通気性外層と前記内強化管外被との間に第1可撓性管外被と、前記内強化管外被上に第2可撓性管外被をさらに備えている請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記可撓性管外被は、不織布フェルト、不織マット又はフリースあるいは織られ、編組されあるいは編まれた織物組織あるいは連続気泡フォームのような可撓性で多孔質の吸収層から構成される請求項4ないし請求項6のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記外層の不通気性材料は弾性あるいは可撓性の天然又は合成材料からなる請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記不通気性材料は、天然ゴム及び合成ゴム、ポリエステル弾性ポリマー、ポリオレフィンポリマー、ポリオレフィンコポリマー、ポリウレタンポリマーあるいはそれらの混合物からなる群から選択される請求項8に記載の管状ライニング材料。
- 前記外層は不通気性及び/又は防水性である請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記外層は、0.2〜2.0mmの範囲の厚さがある請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記内強化管外被は、硬化又は乾燥後に硬質複合材料を作る接着剤で含浸される請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記可撓性管外被は、硬化又は乾燥後に硬質複合材料を作る接着剤で含浸される請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記接着剤は、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ化合物、アクリル酸樹脂、イソシアネート、コンクリート又は水ガラスなどのヒートセット又は常温硬化材料からなる群から選択される樹脂あるいは接着剤からなる請求項12又は13に記載の管状ライニング材料。
- 前記接着剤は、硬化又は乾燥後に高強度及び高弾性率の強化シートのオーバーラップ端部を接合する請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記高強度及び高弾性率シートは、ガラス、パラアラミド、炭素あるいは他の高弾性率の繊維又は糸からできた不織布の又は織られた、あるいは編まれた組織又はマットからなる請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の管状ライニング材料。
- 前記繊維又は糸は、E、E−CR及び/又は無硼素ガラスのようなガラスの連続マルチフィラメントから構成されている請求項16に記載の管状ライニング材料。
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