JP7186724B2 - パイプラインのリハビリテーションにおいて使用するための継手要素およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ライナを用いたパイプラインのリハビリテーションにおいて使用するための継手要素に関する。さらに、本発明は、この継手要素を製造するための方法に関する。別の態様では、本発明は、強化繊維および硬化性樹脂組成物からなる管状ライナを用いてパイプラインをリハビリテーションするための方法と、継手要素とパイプラインをリハビリテーションするためのライナとの接合体アセンブリとに関する。

強化繊維および硬化性樹脂組成物を含むライナを用いたパイプラインの現場内部被覆は、損傷を被ったパイプラインのリハビリテーションにおいてますます利用されている。典型的な一方法は、ポリエステル、ガラス繊維布、もしくは樹脂含浸に適した複数の他の材料から作製された樹脂含浸複合材料チューブを用意すること、このチューブを反転させること、および／または損傷した管内にこのチューブを引き込むことを伴う。ライナは、例えば水圧または空気圧を利用して反転され得る。例えば高温水、ＵＶ光、雰囲気硬化、または蒸気が、比較的密着的な、好ましくは継ぎ目なしのおよび耐腐食性の交換パイプ（ＣＩＰＰ（現場硬化パイプ（cured in place pipe）とも呼ばれる）の形成を期待して、樹脂を硬化させライナを固化させるための媒体として後に使用され得る。

ＣＩＰＰは、例えばマンホールまたは他の掘削穴などにより与えられる上流アクセス点から損傷したパイプ内に設置され得る。かかるアクセス点では、ライナは、例えば別のライナ、既存のパイプ（セグメント）、弁、またはポンプなどに連結されることが必要となる。

別のパイプ（セグメント）の別のライナにライナを連結するために、ライナは、継手要素を備える必要がある。これは、典型的には、損傷した親管の自由端部に対して鋼フランジを溶接し、前記鋼フランジにライナを連結することによって実施される。しかし、この手順は、多大な時間を要するものであり、ライナと、フランジと、パイプとの間における確実な連結を確保するためには専門作業員による実行が必要となる。

国際公開第２０１６／１３３３９３号（特許文献１）は、ライナを用いたパイプラインのリハビリテーションにおいて使用するための継手要素を開示している。この継手要素の第１のパーツが、強化繊維と実質的に完全に硬化された樹脂組成物とを含み、継手要素の第２のパーツが、強化繊維と部分的に硬化されたまたはＢステージの樹脂組成物とを含む。第２のパーツは、結合可能表面として使用されるが、継手要素の外部の原料を由来とするいかなる硬化性樹脂組成物も受容することができない。さらに、第１のパーツおよび第２のパーツは、継手要素の厚さ方向に延在する強化繊維を介して前記厚さ方向において構造的に連結されない。したがって、継手要素は層間剥離を被りやすい。

米国特許出願公開第２０１４／０１１９８１３号明細書（特許文献２）は、プレプレグラミネート中の強化繊維の一部を露出させるための方法を教示している。この方法では、ゲルが、露出されることとなるこの部分において樹脂と置き換えられるように使用される。硬化後に、ゲルは、除去されて、繊維露出した部分が残る。この露出部分は、２つのラミネートの露出部分同士を接触させ、前記パーツ間に接着剤を導入することにより、結合可能表面として使用される。かように形成された接合部の強度は、接着剤の強度により限定される。さらに、この既知の方法は、後に除去が必要となるゲルの使用を必要とする。したがって、露出された繊維は、作製時のような純粋な「ドライ」繊維ではなく、残留したゲル粒子および／またはプリプレグ樹脂を含む場合がある。また、サイズ剤および結合剤などの強化繊維の表面コーティングは、結合強度を低下させ得るゲルの存在により影響を被る場合がある。

国際公開第２０１６／１３３３９３号 米国特許出願公開第２０１４／０１１９８１３号明細書

パイプラインのリハビリテーション・プロセス中においては即座に、およびリハビリテーション済みのパイプの耐用期間中においては長期的に、ライナを別のライナに対してまたは継手要素に対して連結するためのより効率的かつ信頼性の高い方法を提供し、それによりこの連結によって先行技術の方法の欠点を緩和またはさらには防止することが望ましい。

本発明の第１の態様では、請求項１に記載のライナ用の継手要素が提供される。この継手要素は、強化繊維および樹脂組成物からなる複合物を備え、継手要素の第１のパーツが、強化繊維と実質的に完全に硬化された樹脂組成物を含み、継手要素の第２のパーツが、継手要素とライナの少なくとも一部との間に機能的接合部を形成するために、任意にはライナを由来とする硬化性樹脂組成物を受容し得るドライ強化繊維を含み、継手要素の境界層が、第１のパーツおよび第２のパーツを構造的に連結する。

本発明の継手要素は、現場で（原位置で）硬化され得るものであり、最後の継手が硬化された場合に、含浸されたライナとの接合部を形成することができる。実際に、この継手要素は、少なくとも２つのパーツを、すなわち継手要素に対して形状を与える第１の固体（硬化）パーツと、例えば継手要素の内方表面に設けられる第２のパーツとを有し、この第２のパーツによりライナとの構造的接合が助長される。ライナを継手要素と共に好ましくは原位置で硬化した後には、ライナと継手要素との間に強力な接合部が得られる。これは、結果として一体化された継手要素を備えるライナをもたらす。このようにして、継手要素とライナとの間の良好な接着が実現される。これは、典型的にはパイプ・リハビリテーションにおいて使用されるライナが硬化後に収縮する傾向を有し、これが構成要素（パイプ、継手要素、ライナ）間における層間剥離を結果としてもたらす恐れがあるため、重要となる。

本発明の継手要素は、強化繊維がドライである第２のパーツを提供する。これらの強化繊維の特性は、好ましくは、繊維製造業者により繊維に対して与えられた任意の加工助剤および接着助剤を含む「作製直後のままの状態」である。

本発明の第２の態様は、強化繊維および硬化性樹脂組成物からなる管状ライナを用いてパイプラインをリハビリテーションするための方法を提供する。この方法は、本発明による継手要素をパイプラインの端部と同軸整列状態に設けるステップと、継手要素の少なくとも第２のパーツに対する加圧下においてライナの一部を設けるステップと、ライナの硬化性樹脂組成物を硬化するステップであって、これによりライナの硬化性樹脂組成物が第２のパーツのドライ強化繊維によって受容されて、継手要素とライナパーツとの間に機能的接合部を形成する、および／または硬化性樹脂組成物が第２のパーツに対して適用され共硬化されることにより機能的接合部を形成する、ステップとを含む。

本発明の第３の態様では、継手要素とパイプラインをリハビリテーションするためのライナとの接合体アセンブリが提供される。継手要素の第２のパーツおよびライナのエッジパーツが、結合可能エリアにおいて重畳し、実質的に完全に硬化されて機能的接合部を形成する。

形状において限定されるものではないが、本発明の継手要素の適切な例としては、継手、フランジ、エルボ、およびＴ字セクション等が含まれる。本発明の一実施形態は、パイプライン・システムの別の構成要素に対する結合のためのフランジを備える継手要素を提供する。

本発明の一実施形態は、第１のパーツの強化繊維が、使用される材料および／またはその材料の形態において第２のパーツの強化繊維とは異なる継手要素を提供する。

熱硬化性複合物は、典型的には接着剤結合によりまたはボルト締めなどの機械接合により他のものに対して付着されるが、これらの接着剤結合および機械接合はいずれも欠点を有する。接着結合は、コストが高く、場合によっては環境に対して危険であり、接着による結合品質は、プロセスパラメータの変化に対して一般的に影響を被りやすい。実際に、接着結合の品質は、表面特性および職人の技術により左右されるため、ライナおよび継手要素などの複合物同士の接合方法としてやや不確実なものとなる。余剰材料が追加され、表面処理は一般的に多大な時間を要し、状況に左右される。他方において、ボルト締めは、連結されることとなる物に穴を形成するため、これが応力集中および場合によっては恒久的な故障をもたらす。本発明による継手要素は、容易な可搬性を有し、さらに機能的に接合されたアセンブリを作製するためにライナ（の結合可能表面）に対して原位置にて接合され得る結合可能表面を提供する。

継手要素とライナとの間の機能的接合部は、要素およびライナのアセンブリが、その設計または使用の目的である重要な機能の中の少なくとも１つに関して有用なものになるのを可能にする接合部を表すように意図される。２つの典型的な機能的接合部は、液密性または気密性をもたらす構造的接合部および封止接合部である。

継手要素とライナとの間の構造的接合部は、接合体アセンブリの加重支持能力に対して寄与する、および継手要素とライナとの間で機能的荷重を伝達することが可能な接合部を表すように意図される。機能的荷重は、設計荷重、主荷重、およびアセンブリの構造的一体性を確保するために伝達される必要のある他の予想される荷重であってもよいが、これらに限定されない。

本発明の別の実施形態によれば、第２のパーツの強化繊維の材料形態が、表面を備え、その繊維が、表面外である方向へと延在する、継手要素が提供される。前記表面を画定する強化繊維の平面状材料形態としては、平行配向された単一繊維、２つ以上の線維方向を有する織成繊維、ランダム配向された繊維マット、および／またはフェルトが含まれるが、それらに限定されない、ただし後者が好ましい。

本発明による継手要素中の境界層は、以降でさらに明らかにされる継手要素の製造方法に少なくとも部分的に依拠する任意の考えられ得る方法において提供されてもよい。本発明の継手要素の一実施形態は、境界層が第１のパーツの強化繊維を含むことを特徴とする。別の実施形態では、境界層は、第２のパーツの強化繊維を含む。さらに別の有用な実施形態は、継手要素に関し、境界層は接着剤を含む。この実施形態では、第２のパーツは、接着剤により第１のパーツに対して結合され得る。

特に好ましい一実施形態は、境界層が、第２のパーツの強化繊維と、第１のパーツに由来する樹脂組成物とを含む継手要素を提供する。かかる継手要素は、特に強力かつ耐久性の高い界面強度を有する。接着剤が、第１のパーツの樹脂の代替として追加されてもよく、または第１のパーツの樹脂に加えて追加されてもよい。

本発明の別の実施形態では、第３のパーツを備える継手要素が提供される。この第３のパーツは、反応性部分を含むように、部分的に硬化された熱硬化性樹脂組成物を備える。継手要素の第１のパーツの熱硬化性樹脂組成物は、実質的に完全に硬化され、これにより所望の機械特性を有する固体の第１のパーツを有する継手要素を提供し、また継手要素の第１のパーツの熱硬化性樹脂組成物は、容易に取り扱われる、および搬送される、等となる。継手要素は、その結合可能な第３のパーツを提供することにより、必要とされる場合にはいつでもライナなどの他の物に対して接合され得る。第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物が、部分的に硬化されるにすぎず、したがって反応性部分を備えるため、この第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物は、別のパーツまたはライナに対して結合されることにより対応する反応性部分との間に機能的接合部を形成することが可能である。かかる結合は、硬化された熱硬化複合物とその表面に塗布された接着剤層との間の結合などの二次結合により実現されるものよりも強力となり得る。

本発明によれば、第１の熱硬化性樹脂組成物は、実質的に完全に硬化される。実質的に完全に硬化された第１の熱硬化性樹脂組成物は、第１の熱硬化性樹脂組成物の供給業者により推奨される硬化サイクルにしたがって、または同様の結果を生じる硬化サイクルにしたがって得ることが可能である。後硬化が適用されてもよい。

「実質的な」または「実質的に」という表現は、本願のコンテクストにおいては、示される特性の少なくとも７０％を、より好ましくは示される特性の少なくとも８０％を、さらにより好ましくは示される特性の少なくとも９０％を、最も好ましくは示される特性の少なくとも９５％を意味する。

本発明の一実施形態によれば、第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物は、やはり反応性部分を備えるように部分的に硬化される。部分的硬化は、ゼロ硬化状態とも完全硬化状態とも異なる任意の硬化度合いとして定義される。熱硬化性樹脂組成物の硬化度合いは、周知の標準的慣例に従って確立され得る。適切かつ広く利用される技術は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を利用してエンタルピー（の変化）を測定する。硬化の度合いまたは程度は、完全反応（実質的な完全硬化または１００％の硬化度合い）のエンタルピーの合計変化と比較した場合の、発生したエンタルピー変化として定義される。硬化反応の完了に伴われるエンタルピーの合計変化は、低温から熱劣化の開始付近の温度までの低速温度傾斜を利用することにより決定される。第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物の硬化度合いを定義することは、第２のパーツからのかかる樹脂の試料を採取することと、低温からこの熱硬化性樹脂の熱劣化の開始付近の温度までの低速温度傾斜を利用してエンタルピーの残差変化を決定することとを伴う。この場合に、硬化度合いは、樹脂の合計エンタルピー変化に対する、合計エンタルピー変化から残差エンタルピー変化を減算したものの比率として定義される。ＤＳＣは、硬化度合いの、したがって熱硬化性樹脂組成物の部分硬化状態の決定における技術的選択肢であるが、例えば動的機械分析（ＤＭＡ）などの他の技術が利用されてもよい。

本発明の一実施形態は、第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物が、Ｂステージのものである継手要素を提供する。本明細書において使用される場合の「Ｂステージ」という表現は、熱硬化性樹脂組成物の部分硬化（部分架橋）が発生していることを示す。熱硬化性樹脂組成物の「Ｂステージ」は、当業者には周知であり、材料が加熱された場合に軟化し、特定の液体と接触状態になった場合に膨張するが、完全には溶融または溶解し得ない特定の熱硬化性樹脂の反応における中間ステージによって定義される。Ｂステージでは、熱硬化性樹脂は、粘着性表面を呈し得るが、これは必須ではない。本発明の継手要素の第３のパーツ同士は、接合され加熱されることにより、これらの第３のパーツ中の熱硬化性樹脂組成物をさらに硬化させ、前記第３のパーツと第１のパーツおよび／または第２のパーツなどの別のパーツとの間の一次結合を生じさせ得る。

本発明による継手要素の本実施形態は、第１の実質的に完全に硬化されたパーツと、部分的に硬化された熱硬化性樹脂を含む第３のパーツとを備える。かかる実施形態の作製において、第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物の恒久硬化を回避しつつ、第１の熱硬化性樹脂組成物を硬化するために注意が必要となる。この目的を達成する１つの方法は、第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物が、ある硬化温度を有し、第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物の硬化温度よりも低い温度において、第１のパーツの熱硬化性樹脂組成物の反応性が第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物の反応性よりも高い継手要素の一実施形態により提供される。

この実施形態の第３のパーツは、ある特定の時間間隔にわたり結合可能表面を提供する。結合可能表面を提供する時間フレームは、継手要素が保管される温度を含む複数のパラメータに依拠する。第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物の硬化を遅延させるためには、継手要素は、硬化反応が開始される温度未満の温度にて保管されなければならない場合がある。かかる保管温度は、０℃未満であり得る。

継手要素の有用な一実施形態では、第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物は、－１０℃の温度にて安定的となる。かかる実施形態では、樹脂は、少なくとも１日の間、より好ましくは少なくとも１週間の間、さらにより好ましくは少なくとも１か月の間、さらにより好ましくは少なくとも３か月の間、および最も好ましくは少なくとも６か月の間、－１０℃の温度において実質的に硬化しない（硬化度合いが変化しない）。

他の有用な実施形態では、第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物は、－５℃の温度にて、より好ましくは０℃の温度にて、さらにより好ましくは５℃の温度にて、さらにより好ましくは１０℃の温度にて、さらにより好ましくは１５℃の温度にて、および最も好ましくは室温にて安定的である。室温は、１５～４０℃の間の温度を意味する。

本発明の継手要素の一実施形態では、第１のパーツおよび第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物が、異なる硬化度合いを有する。かかる相違は、第１の樹脂組成物および第３の樹脂組成物が同一の構成成分（例えば単量体および硬化剤）を含むが、異なる度合いに硬化されていることにより生じ得る。本発明の別の実施形態では、第１の熱硬化性樹脂組成物の単量体組成が、第３の熱硬化性樹脂組成物の単量体組成とは異なる継手要素が提供される。これらの両樹脂組成物の異なる構成成分により、この物における反応性および硬化度合いの直接的な調整が可能となる。かかる実施形態は、第１のパーツの反応性および／または単量体組成が第３のパーツの反応性および／または単量体組成とは異なる継手要素を提供し得る。

有用な一実施形態は、第３のパーツが境界層を備える継手要素を提供する。

継手要素の合計体積に対する継手要素の第１のパーツおよび第２のパーツの体積パーセンテージは、広い範囲内で選択され得る。例えば、継手要素の第２のパーツは、継手要素の９０体積％を備える。複合継手要素の好ましい一実施形態では、継手要素の第２のパーツは、継手要素の最大で６０体積％を、より好ましくは継手要素の最大で５０体積％を、さらにより好ましくは継手要素の最大で４０体積％を、さらにより好ましくは継手要素の最大で３０体積％を、さらにより好ましくは継手要素の最大で２０体積％を、および最も好ましくは継手要素の最大で１０体積％を備える。この場合に、好ましくは、継手要素の第１のパーツは残りの体積を占める。他の実施形態では、継手要素の第２のパーツは、継手要素の少なくとも５体積％を、およびより好ましくは継手要素の少なくとも１０体積％を備える。

本発明による複合継手要素の一実施形態では、第１のパーツは、要素の全体にわたり連続的であり、要素に対して寸法安定性を与え、第２のパーツを支持する。連続的な第１のパーツは、要素の全体にわたり非間断的に延在する第１のパーツを意味する。しかし、かかる第１のパーツは、第１のパーツにおいて要素の一端部から要素の対向側端部まで非間断的に延在するラインが存在し得る限りにおいては、穴等を局所的に備えてもよい。

この実施形態における継手要素の硬化済みの第１のパーツは、要素に対して形状安定性を与え、それによりドライの第２のパーツまたはオプションの部分的に硬化された第３のパーツを有する場合であっても輸送および取り扱いが可能となる。第１の硬化サイクル（または作製ステップ）の後に、要素の形状は、（実質的に）画定され、取り扱われることとなる追加の支持構造体を必要としない。これに加えて、継手要素上にライナを硬化するまたはオプションの第３のパーツを硬化する場合などの後の硬化サイクルのためのツールが、要素の第１のパーツの形状安定性により、簡素化またはさらには省くことが可能となる。

特に有用な一実施形態は、周方向体を備え、この周方向体の外方周方向シェルが第１のパーツを形成し、この周方向体の内方周方向シェルが第２のパーツを形成する、またはその逆である、継手要素により提供される。本発明のかかる実施形態は、ある厚さを有する複合要素を提供し、第２のパーツは、前記厚さの一部にわたり延在する。この実施形態は、要素の一方の側に結合可能表面を、および要素の対向側に固体の実質的に完全に硬化された表面を提供する。

別の実施形態は、外方周方向シェルと内方周方向シェルとの間に配置された周方向シェルが、第３のパーツを形成する継手要素に関する。

継手要素の周方向シェルの中の任意の１つが、継手要素の周囲の一部のみにわたり延在してもよいが、実際の実施形態は、継手要素の周方向シェルの中の任意の１つが、継手要素の実質的に全周にわたり延在する継手要素を提供する。

本発明による継手要素の熱硬化性樹脂組成物は、多様な入手可能な熱硬化性樹脂組成物の中から選択され得る。オプションの第３のパーツの熱硬化性樹脂組成物は、好ましくは安定的な部分硬化状態で入手可能である。本発明の一実施形態では、この熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール類、ポリウレタン、もしくはビスマレイミド樹脂／硬化剤混合物、または熱硬化性ウレタンをベースとする２成分系などのそれらの組合せを含む、継手要素が提供される。エポキシおよび／または不飽和ポリエステル樹脂／硬化剤混合物が、特に好ましい。

ライナと、ライナの自由端部に装着された本発明の継手要素とのアセンブリが、パイプラインのリハビリテーションにおいて有利に使用され得る。本発明の一実施形態では、継手要素は、ライナの自由エッジのための保護パーツをさらに備える。

好ましい継手要素は、この保護パーツが、例えば溶接連結などによりライナと連結する点を特徴とする。しかし、保護パーツとライナの自由エッジとの間の連結は、例えば接着剤結合によってなど他の方法で実現されてもよい。一実施形態では、継手要素の保護パーツは、ライナの自由端部を封止するためにライナに対して溶接され得る熱硬化インサートを備える。

第１のパーツおよび第２のパーツを有する継手要素とライナとの接合により、結果として、第２のパーツが任意にはライナ自体を由来とする硬化性樹脂組成物を備え、第２のパーツの硬化性樹脂組成物の硬化サイクルが達成された後に、要素とライナとの間の化学接合（またはより具体的には架橋接合）がもたらされ得る。一般的には、かかる接合体アセンブリにおける２つの界面、すなわち第１のパーツと第２のパーツとの間の第１の境界層と、要素の第２のパーツとライナ表面との間の第２の界面とを特定することが可能である。第１の界面は、継手要素の第１のパーツが実質的に完全に硬化され、一方で第２のパーツがドライに留まる場合に発生する。この境界層は、これらの両パーツ間の連結部を提供する。継手要素とライナとの接合は、ライナおよび継手要素の第２のパーツの表面同士を接触させ、共硬化して接合部を形成することによって達成され得る。

本発明の第４の態様は、継手要素を製造するための方法を提供する。この方法は、型を用意するステップと、型の表面上にドライ強化繊維を適用して第２のパーツを形成するステップと、第２のパーツの周囲において強化繊維および樹脂組成物を一体化することにより継手要素の第１のパーツを形成するステップと、熱硬化性樹脂組成物を実質的に完全に硬化されたステージへと硬化するステップとを含む。

強化繊維は、任意の既知の方法で熱硬化性樹脂組成物と一体化され得る。適切な例としては、強化繊維が例えばブラシまたはローラなどを用いて手作業により熱硬化性樹脂組成物で含浸されるハンドレイアップ、熱硬化性樹脂が強化繊維を用意された閉鎖された型内に射出または吸収されるＲＴＭなどの樹脂注入法、または真空注入、強化繊維が熱硬化性樹脂槽を通しておよびその後加熱されたダイを通して送られる引抜成形、熱硬化性樹脂が回転型内に送られ、遠心力により型内に用意された強化繊維に押し通される回転成形、およびフィラメント・ワインディングが含まれるが、これらに限定されない。好ましい一実施形態による方法は、第１の熱硬化性樹脂組成物および任意の第３の熱硬化性樹脂組成物で強化繊維を含浸させ、要素の形状を画定するマンドレル上に用意された第１のパーツ上に対してこの含浸された強化繊維をフィラメント・ワインディングするおよび／またはこの含浸された強化繊維をダイに通して引き抜くことにより、強化繊維と第１の熱硬化性樹脂組成物および任意には第３の熱硬化性樹脂組成物とを一体化して、継手要素の第１のパーツおよび任意の第３のパーツを形成する。代替的には、強化繊維と、第１の熱硬化性樹脂組成および任意には第３の熱硬化性樹脂組成とは、第１の熱硬化性樹脂組成物および任意の第３の熱硬化性樹脂組成物で強化繊維を含浸させ、要素の形状を画定するマンドレル上にこの含浸された強化繊維をフィラメント・ワインディングし、適用された第１のパーツおよび任意の第３のパーツの上に対してドライ強化材の第１のパーツを適用することにより、一体化されて、継手要素の第１のパーツおよび任意の第３のパーツを形成してもよい。

この方法の実際の一実施形態では、第１の熱硬化性樹脂組成物および任意には第３の熱硬化性樹脂組成物で強化繊維を含浸させることは、第１の熱硬化性樹脂槽および第２の熱硬化性樹脂槽を用意し、前記槽のそれぞれに強化繊維を通して送ることにより実施される。第１の熱硬化性樹脂組成物を備える槽に通して強化繊維を送ることにより、第１のパーツが生成され、第３の熱硬化性樹脂組成物を備える槽に通して強化繊維を送ることにより、継手要素の任意の第３のパーツが生成される。

本発明の他の有用な実施形態は、強化繊維と第１の熱硬化性樹脂組成物および任意の第３の熱硬化性樹脂組成物とを一体化して継手要素の第１のパーツおよび任意の第３のパーツを形成することが、真空注入または樹脂トランスファ成形（ＲＴＭ）により第１の熱硬化性樹脂組成物および任意の第３の熱硬化性樹脂組成物で強化繊維を含浸させることによって実施される、方法に関する。

したがって、本発明の一実施形態は、強化繊維と熱硬化性樹脂組成物とを一体化して継手要素の第１のパーツおよび任意には第３のパーツを形成することが、樹脂組成物で強化繊維を含浸させ、型上にこの含浸された強化繊維をフィラメント・ワインディングすることによって実施される、方法に関する。

別の実施形態は、第３のパーツが、厚さの一部が樹脂組成物で含浸されたドライ強化材を備える半含浸強化材を型上に適用し、繊維および樹脂組成物を適用して第１のパーツを形成することによって製造される、方法に関する。

本発明による複合継手要素は、金属インサート、発泡体コアもしくはハニカムコア、本発明によるものと異なる他の方法により結合された熱可塑性フィルムもしくは熱硬化性フィルム、またはかかる継手要素の一体部分として組み込まれ得る任意の他の材料などの、他の構成要素を備えてもよい。

以下、添付の図面を参照として、本発明を例としてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

本発明の一実施形態による継手要素の概略斜視図である。 ライナとの接合組立状態における図１の継手要素の概略断面図である。 本発明による継手要素を使用した管状ライナを用いたパイプラインのリハビリテーション方法の一実施形態の部分の概略図である。 本発明による継手要素を使用した管状ライナを用いたパイプラインのリハビリテーション方法の一実施形態の別の部分の概略図である。 本発明による継手要素を使用した管状ライナを用いたパイプラインのリハビリテーション方法の一実施形態の別の部分の概略図である。 本発明による継手要素を使用した管状ライナを用いたパイプラインのリハビリテーション方法の一実施形態の別の部分の概略図である。 第１のパーツ、第２のパーツ、および任意には第３のパーツを示す、本発明による継手要素の一実施形態の壁部部分の概略図である。 第１のパーツ、第２のパーツ、および任意には第３のパーツを示す、本発明による継手要素の一実施形態の壁部部分の概略図である。 第１のパーツ、第２のパーツ、および任意には第３のパーツを示す、本発明による継手要素の一実施形態の壁部部分の概略図である。 第１のパーツ、第２のパーツ、および任意には第３のパーツを示す、本発明による継手要素の一実施形態の壁部部分の概略図である。 第１のパーツ、第２のパーツ、および任意には第３のパーツを示す、本発明による継手要素の一実施形態の壁部部分の概略図である。 本発明による継手要素を製造するための方法の種々の実施形態の概略図である。 本発明によるリハビリテーション済みパイプライン・セクションの一部の一実施形態の概略図である。 既知のリハビリテーション済みパイプライン・セクションの概略断面図である。 本発明の一実施形態による右側の改良されたリハビリテーション済みパイプライン・セクションの概略断面図である。 本発明の一実施形態による継手要素の概略断面図である。 図９Ａの継手要素とそれに対して連結されたライナとのアセンブリの概略断面図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による継手要素１の斜視図が示される。この継手要素１は、例えばガラス繊維強化された不飽和ポリエステルなどの、強化繊維および樹脂組成物を含む複合体材料から作製され、強化繊維および実質的に完全に硬化された樹脂組成物からなる第１のパーツ１１を備える。継手要素１の第２のパーツ１２は、結合可能表面を形成するドライ強化繊維を含む。そのため、この第２のパーツは、継手要素１中に樹脂組成物を実質的に含まない、すなわち作製直後のままの状態である。継手要素１は、周方向体を備え、その外方周方向シェルが第１のパーツ１１を形成し、内方周方向シェルが第２のパーツ１２を形成する。継手要素１のこれらの両周方向シェルは、周方向１４において継手要素１の実質的に全周１３にわたり延在する。第２のパーツ１２の内方表面１２１が、ライナ２の外方表面２１との接触のために使用可能である（図２）。第１のパーツ１１の表面と第２のパーツ１２の表面との間に位置する継手要素１の境界層１５が、第１のパーツ１１と第２のパーツ１２とを構造的に連結する。この境界層１５は、例えば硬化前の第１のパーツ１１を由来とする樹脂により形成されることが可能であり、ドライ強化繊維からなる第２のパーツ１２に部分的に含浸される。

図２は、損傷したパイプ（セクション）をリハビリテーションするためにライナ２を用いた連結状態にある継手要素１を示す。ライナ２は、典型的には例えば不飽和ポリエステル樹脂で含浸されたフェルトなどの、強化繊維および樹脂組成物の複合物を備える。ライナの外方表面２１が、継手要素１の内方表面１２１に接触される。要素１の第２のパーツ１２は、継手要素１とライナ２の少なくとも一部分との間に機能的接合部を形成するために、未硬化のまたは部分的に硬化されたライナ２を任意に由来とする硬化性樹脂組成物を受容し得る。また、これを目的とした別個の硬化性樹脂組成物を第２のパーツ１２に備えることが可能である。

有利には、継手要素１は、図３および図４に示すように、損傷したパイプ（セクション）３のリハビリテーションにおいて使用される。

図３を参照として、損傷したパイプライン３に対する継手要素１の設置を説明する。第１のステップは、典型的には、パイプ３へのアクセスを可能にする穴４を地面に掘削することを含む。次いで、リハビリテーションされることとなるパイプ３が切断される（左上の図）。バッキングフランジ５が、パイプ３の周囲に配置され、穴４の壁部に対接した状態でパイプ３上に設置される（右上の図）。本発明による継手要素１は、パイプ３の端部面が継手要素１の端部面に対接するように既存のパイプ３と同軸状に配置される（中段左の図）。継手要素１は、中段右の図に示すように、ツール６を用いてこの位置に固定される。次いで、ライナ２が、用意され、反転されすなわち継手要素１を通して引かれ、ライナ２の外方表面２１と継手要素１の内方表面１２１との間の良好な接触が実現されるように内部から加圧される（左下の図）。次いで、ライナ２の樹脂組成物が、継手要素１と共に硬化されて、これらの両者間に強力な接合部を形成する。高温水、ＵＶ光、雰囲気硬化、または蒸気が、ライナ２の樹脂組成物に応じた硬化を実現するために利用され得る。硬化すると、ライナ２は、必要に応じてトリミングされてもよく、任意にはツール６の除去後に使用可能な状態となる（左下の図）。継手要素１の端部面フランジ部分は、別のパイプセグメントおよび／または別のパイプセグメント上に設けられた別の継手要素１に対する連結のために使用され得る。

図４Ａ～図４Ｃは、既存のパイプライン３を修復するために利用される上述のリハビリテーション方法の一部を示す。この方法では、ポリエステル／繊維ガラス布からまたは樹脂含浸に適した複数の他の材料から作製されたフェルト管の形態の樹脂で飽和された未硬化または部分硬化したライナ２が、反転され損傷したパイプ３内へと引き込まれる。ライナ２は、水圧または空気圧７を利用して反転され得る。継手要素１が、パイプ３の端部面に対接して設けられる。ライナ２は、要素１の第１のパーツ１１の内方表面１２１にて継手要素１に接触するまで、パイプ３の内部で膨張および前進される。このプロセスにおいて、ドライ強化材のみを含む継手要素１の第１のパーツ１１は、ライナ２を由来とする樹脂で少なくとも部分的に含浸される。次いで、含浸された第１のパーツ１１およびライナ２は、例えば高温水、ＵＶ光、雰囲気温度、および／または蒸気を適用することによって共硬化される。硬化後には、リハビリテーション済みのパイプ・システム中の他の構成要素に対して連結するために使用することの可能なフランジを有する、密着的な継ぎ目なしの耐腐食性交換パイプ３１が形成される。フランジ（継手要素１の端部面）を他の構成要素（図示せず）に対する連結に対して使用可能にするために、ライナ２は、図４Ｃに示すようにトリミングされてもよい。

継手要素１と共にライナ２を硬化した後には、強力な接合部がこれらの両者間に実現される。この結果として、一体化された継手要素１とライナ２のアセンブリが得られる。継手要素１とライナ２との間の良好な接着は、ライナ２が硬化時または硬化後に継手要素１から離れて収縮する傾向を有するため、構造的一体性の理由から重要となる。そのような収縮する傾向は、結果としてライナ２と継手要素１との間の層間剥離をもたらす恐れがある。

図５Ａ～図５Ｅは、本発明のコンテクストにおいて許容し得る接合部をもたらす複数の構成を示す。

図５Ｄおよび図５Ｅは、継手要素１が、未硬化またはＢステージの樹脂を含む内方表面１２１（ライナ２に対して最も近いという意味）を有する構成を示す。表面１２１は、Ｂステージ樹脂およびフェルトを備える第３のパーツ１６により画定される。この表面は、ライナ２の外方表面と共に硬化されて、図の右側に示すように両構成要素の樹脂組成物同士の間に化学結合部（例えば架橋により得られた）を形成し得る。この実施形態では、接合部の強度は、樹脂組成物の化学適合性および化学特性に依拠し得る。図５Ｄでは、未硬化またはＢステージの樹脂が、フェルト中に提供され、境界層１５が、硬化済みパーツ１１（例えば硬化済み樹脂中に埋設されたガラス繊維）とパーツ１６との間に存在する。図５Ｅでは、未硬化またはＢステージの樹脂が、フェルトの厚さの一部のみにわたりフェルト中に提供され、フェルトの別の厚さ部分は、硬化済みパーツ１１（例えば硬化済み樹脂中に埋設されたガラス繊維）とパーツ１６との間に境界層１５を形成する。

図５Ａおよび図５Ｂは、継手要素１がドライ強化繊維のみを含む内方表面１２１（ライナ２に対して最も近いという意味）を有する、改良された構成を示す。表面１２１は、図示する実施形態ではフェルトを備える第２のパーツ１２により画定される。好ましくは面外方向において繊維を有する、内方に配設されたドライ強化材パーツ１２は、例えばフェルトまたはガラス繊維から作製されてもよく、継手要素１の硬化済みパーツ１１に対してしっかりと接合される。設置中に、ドライパーツ１２は、ライナ２で使用された樹脂と同一の樹脂または適合性を有する樹脂で含浸される。この樹脂は、ライナ２を由来とするものであることが可能であり、または別個に適用され得る。硬化後に、パーツ１２は、ライナ２および継手要素１のパーツ１１の両方に対してしっかりと装着されることになり、それにより接合部の強度が改善される。図５Ａでは、フェルトは、その厚さの一部のみにわたりドライ繊維を含み（パーツ１２を形成し）、フェルトの厚さの別の部分が、硬化済みパーツ１１（例えば硬化済み樹脂中に埋設されたガラス繊維）とパーツ１２との間の境界層１５を形成する。図５Ｂでは、フェルトは、その厚さの一部のみにわたりドライ繊維を含み（パーツ１２を形成し）、フェルトの厚さの別の部分が、接着剤を用意することにより硬化済みパーツ１１（例えば硬化済み樹脂中に埋設されたガラス繊維）とパーツ１２との間の境界層１５を形成する。

最後に、図５Ｃは、上述の両機構を組み合わせた混成構成を示す。この実施形態では、フェルトは、その厚さの一部のみにわたりドライ繊維を含み（パーツ１２を形成し）、フェルトの厚さの別の部分が、Ｂステージ樹脂の第３のパーツ１６を備える。この境界層は、硬化済みパーツ１１、パーツ１６とパーツ１２の間に存在する。この実施形態では、継手要素１は、ドライ強化繊維のみを含む内方表面１２１（ライナ２に対して最も近いという意味）を有する。表面１２１は、図示する実施形態ではフェルトを備える第２のパーツ１２により画定される。

図６は、継手要素１の可能な作製方法を示す。この図に示すように、継手要素１は、種々の方法で作製することが可能である。実際的な１つの製造方法は、未硬化パーツ１１を得るためにマンドレル上に樹脂含浸された強化繊維をフィラメント・ワインディングすることを含み、この場合のマンドレルは、フェルトなどのドライ強化材を事前に備えたものである。しかし、継手要素１は、ＲＴＭなどの複数の他の方法で作製することが可能であり、ドライパーツ１１の強化材料は、ガラス繊維または他の材料であることがやはり可能である。図６に示す流れ図は、継手要素１を作製する方法に関するいくつかの例を提示する。

図７、図８、および図９を参照として、本発明の継手要素１の別の実施形態を開示する。図７に示すように、ＣＩＰＰライナ２は、一般的には構造層２０（例えばフェルトおよび／またはガラス繊維材料の形態）から作製され、その構造層２０の厚さ部分２１は、樹脂飽和されてもよく、すなわち内方側部上においてコーティング層２２として知られる熱可塑性層を備える。かかるライナ２は、複数の機能を組み合わせ得る。ライナ２は、ライナ２を設置する最中には膨張可能ブラダとして機能してもよく、液密表面を形成してもよく、使用される樹脂組成物中の化学物質が例えば飲料水などのパイプライン３中を通過する媒体中に移動することを防いでもよい。

既知の問題は、ライナ２の設置およびトリミングの後に、ライナ構造層（２０、２１）の前方側部が、水と直接接触状態になり、これにより、結果として漏れおよび機械的な問題がもたらされる恐れがある点である。したがって、図８Ｂに示すように、ライナ２の前方側部エッジ２３に対する、ゴムシール３０を備えるシールが提供される。

継手要素１の改良された一実施形態は、例えばその前方側部にて継手要素の周方向溝中に設けられた例えばリングの形態のインサート１９を備える。以下に示すように、一例の実施形態は、熱可塑性封止要素３１がコーティング層２２に対して一方の端部パーツ３１ａで、およびインサート１９に対して別の端部パーツ３１ｂで溶接され得るような、熱可塑性インサート１９を備える。これは、継手要素１とライナ２との間に容易かつ信頼性の高いシールを形成する。

１ 継手要素
２ ライナ、ＣＩＰＰライナ
３ パイプライン、パイプ、パイプセクション
４ 穴
５ バッキングフランジ
６ ツール
７ 空気圧
１１ 第１のパーツ
１２ 第２のパーツ
１３ 全周
１４ 周方向
１５ 境界層、境界薄層
１６ 第３のパーツ
１９ インサート、熱可塑性インサート
２０ 構造層、ライナ構造層
２１ 外方表面、厚さ部分、ライナ構造層
２２ コーティング層
２３ 前方側部エッジ
３０ ゴムシール
３１ 耐腐食性交換パイプ、熱可塑性封止要素
３１ａ 端部パーツ
３１ｂ 端部パーツ
１２１ 内方表面

Claims (17)

1. ライナを用いたパイプラインのリハビリテーションにおいて使用するための継手要素であって、強化繊維および樹脂組成物からなる複合物を備える継手要素において、当該継手要素の第１のパーツが、強化繊維と実質的に完全に硬化された樹脂組成物を含み、当該継手要素の第２のパーツが、当該継手要素と前記ライナの少なくとも一部との間に機能的接合部を形成するために、前記ライナを由来とする硬化性樹脂組成物を受容するドライ強化繊維を含み、当該継手要素の境界層が、前記第２のパーツの強化繊維および前記第１のパーツの樹脂を含むことにより前記第１のパーツおよび前記第２のパーツを構造的に連結していることを特徴とする、継手要素。
2. 前記第１のパーツの強化繊維は、使用される材料および／または材料形態において、前記第２のパーツの強化繊維とは異なることを特徴とする、請求項１に記載の継手要素。
3. 前記第２のパーツの強化繊維の材料形態は、表面を含み、前記強化繊維は、前記表面外である方向へと延在していることを特徴とする、請求項２に記載の継手要素。
4. 前記境界層は、前記第１のパーツの強化繊維をさらに含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の継手要素。
5. 前記境界層は、接着剤を含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の継手要素。
6. 当該継手要素が、反応性部分を含むように、部分的に硬化された熱硬化性樹脂組成物を含む第３のパーツをさらに備えていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の継手要素。
7. 前記第１のパーツの反応性および／または単量体組成は、前記第３のパーツの反応性および／または単量体組成とは異なることを特徴とする、請求項６に記載の継手要素。
8. 当該継手要素は、周方向体を備え、前記周方向体の外方周方向シェルが前記第１のパーツを形成し、前記周方向体の内方周方向シェルが前記第２のパーツを形成することを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の継手要素。
9. 前記外方周方向シェルと前記内方周方向シェルとの間に配置された周方向シェルが、第３のパーツを形成していることを特徴とする、請求項８に記載の継手要素。
10. 当該継手要素の周方向シェルの任意の一方が、当該継手要素の実質的に全周にわたり延在していることを特徴とする、請求項８または９に記載の継手要素。
11. 部分的に硬化された熱硬化性樹脂組成物が、Ｂステージのものであることを特徴とする、請求項６～１０のいずれか一項に記載の継手要素。
12. 前記第１のパーツは、当該継手要素の全体にわたり連続的であり、当該継手要素に対して寸法安定性を与え、前記第２のパーツを支持していることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の継手要素。
13. パイプライン・システムの別の構成要素に対して結合するためのフランジを備えていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の継手要素。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の継手要素を製造するための方法であって、型を用意するステップと、前記型の表面上にドライ強化繊維を適用して前記第２のパーツを形成するステップと、前記第２のパーツの周囲において強化繊維および樹脂組成物を組合せることによって前記継手要素の前記第１のパーツを形成するステップであって、これにより前記第１のパーツの樹脂が前記第２のパーツの強化繊維に部分的に含浸されるステップと、熱硬化性樹脂組成物を実質的に完全に硬化された段階へと硬化するステップと、を含んでなることを特徴とする、継手要素を製造するための方法。
15. 強化繊維および熱硬化性樹脂組成物を組合せることによって前記継手要素の前記第１のパーツを形成するステップは、前記樹脂組成物で前記強化繊維を含浸させ、前記型の上に含浸された前記強化繊維をフィラメント・ワインディングすることにより実施されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 強化繊維および硬化性樹脂組成物からなる管状ライナを用いてパイプラインをリハビリテーションする方法であって、請求項１～１３のいずれか一項に記載の継手要素を前記パイプラインの端部と同軸整列状態に設けるステップと、前記継手要素の少なくとも前記第２のパーツに対する加圧下において前記ライナの一部を設けるステップと、前記ライナの前記硬化性樹脂組成物を硬化するステップであって、これによりライナの硬化性樹脂組成物が前記第２のパーツの前記ドライ強化繊維によって受容されて、前記継手要素とライナパーツとの間に機能的接合部を形成する、および／または硬化性樹脂組成物が前記第２のパーツに対して適用され共硬化されることにより前記機能的接合部を形成する、ステップと、を含んでなることを特徴とする、パイプラインをリハビリテーションする方法。
17. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の継手要素とパイプラインをリハビリテーションするためのライナとの接合体アセンブリであって、前記継手要素の第２のパーツおよび前記ライナのエッジパーツが、結合可能エリアにおいて重畳し、実質的に完全に硬化されて機能的接合部を形成していることを特徴とする、接合体アセンブリ。

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