WO2013179442A1 - ライニング材、ライニング材の製造方法、及びライニング施工方法 - Google Patents

Abstract

　ライニング材（１）は、複数層のライナー（２）を備えて構成されている。ライナー（２）は、一方向に引き揃えられた多数本の強化繊維フィラメント（３１）と、熱可塑性樹脂フィルム（３２）とが加熱及び加圧されて一体化した複合テープ材（３）からなる組物、織物、又は編物であり、略筒状に形成されている。これにより、ライニング材（１）は、管状体（５）の内面又は外面形状に対する追従性に優れ、取り扱いが容易であり、作業性がよく、十分な強度発現を期待できるものとなる。

Description

ライニング材、ライニング材の製造方法、及びライニング施工方法

 本発明は、繊維強化複合材料からなるライニング材、ライニング材の製造方法、及びライニング施工方法に関する。

　地中埋設管を開削せずに更生する方法として、未硬化のＦＲＰ筒状体を管路内に挿入する方法や、熱可塑性樹脂製の管状のライニング材を既設管渠内に挿入して既設管内面に貼り付ける方法などがある。

　例えば、特許文献１に記載されているように、既設管の内径よりも小径であって、形状記憶温度において管状に形状回復するライニング材を既設管内に挿入し、ライニング材を加熱して形状回復させた後、加圧して膨張拡径させ、既設管の内周面に密着させてライニングする更生方法がある。

　また、最近では、特許文献２や特許文献３に記載されているように、強化繊維で補強された熱可塑性複合材料からなるライニング材をダクト内に挿入し、そのライニング材を加熱及び加圧し、既設管に接触させてライニングする方法も提案されている。

　特許文献２、３に開示されているライニング材は、加熱される前段階では、熱可塑性樹脂からなる熱可塑性フィラメントと、ガラス繊維からなる強化繊維フィラメントとの複合材料によって略筒型に形成されている。

　該ライニング材は、更生対象のダクト内に挿入された後、加熱される。これにより、ライニング材は、熱可塑性フィラメントが溶融し、熱可塑性樹脂材料の中に強化繊維フィラメントが分散したものとなる。その後、ライニング材の内側に圧力が加えられて拡径され、さらに熱可塑性材料を冷却固化することにより、ダクト内にライニング層が形成される。

特開平１１－２３０４１２号公報 特許第４０７６１８８号公報 特表２００４－５０８９８９号公報

　前記特許文献２、３に開示される、熱可塑性複合材料からなるライニング材を使用したライニング方法にあっては、以下に述べるような課題があり、実用化を図るには未だ改良の余地があった。

　先ず、熱可塑性フィラメントを構成しているプラスチック材料の溶融に比較的長い時間を要することが挙げられる。例えば、老朽化した既設管の亀裂等の損傷箇所から地中水が既設管内部に浸入している場合、その部分では浸入水によってライニング材が冷やされてしまい、プラスチック材料の溶融を迅速に行えなくなる。その結果、熱可塑性フィラメント全体を溶融させるのに比較的長い時間を要することになり、施工時間の長期化に繋がってしまう。

　また、上述したようにライニング材の一部分においてプラスチック材料の溶融が迅速に行えない状況になると、加熱の不均一化に伴って熱可塑性フィラメントに溶け残りが発生することがある。このような溶け残りが発生すると、その部分では、プラスチック材料の中に強化繊維フィラメントを分散させた構成が得られなくなり、ライニング材の強度の不均一化を招いてしまうことになり好ましくない。

　前記溶け残りの発生を回避するべく、加熱温度を高く設定したり、加熱時間を長く設定したりすることが考えられる。しかしながら、これでは、施工時間の長期化を免れ得ず、また、部分的に加熱が過剰になるおそれもある。加熱過剰箇所では、プラスチック材料の一部分が流動してライニング材に偏肉が発生する可能性があり、このような偏肉が発生した場合にもライニング材の強度の不均一化を招いてしまうことになる。

　また、強化繊維フィラメントと熱可塑性フィラメントとの複合材料では、ライニング材の製造工程及び賦形工程の中で、繊維束同士の摩擦等によって繊維が切れやすく、ライニング材の強度低下や不均一化を招いたり、製造工程内でのライントラブルを発生させたりするおそれがある。

　本発明は、前記問題点にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料からなるライニング材に対し、熱可塑性樹脂の含浸性が良好で、力学的特性に優れ、高い強度を安定的に発現させることを可能にするとともに、取り扱い性及び作業性がよく、施工時間の短縮化を図ることのできるライニング材、そのライニング材の製造方法、及び前記ライニング材を用いたライニング施工方法を提供することにある。

　本発明の解決手段は、管状体の内面をライニングするライニング材であって、熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料からなり、略筒状に形成された少なくとも１つのライナーを具備する。前記ライナーは、複数の複合テープ材の組物、織物、又は編物からなり、前記複合テープ材は、熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂テープと、該熱可塑性樹脂テープの長さ方向に沿って引き揃えられた多数の強化繊維フィラメントとが、加熱及び加圧により含浸一体化された細幅テープであり、前記複合テープ材に含まれる強化繊維フィラメントの体積含有率が１０～６０ｖｏｌ％となされ、前記強化繊維フィラメントの熱可塑性樹脂材料に対する含浸率が４０～１００％となされたことを特徴とする。

　この特定事項により、熱可塑性樹脂テープを強化繊維フィラメント間に含浸させてライニング層を形成するプロセスの一部を、ライニング施工前の段階で予め行っておくことができる。

　ここで、「含浸状態」とは、補強繊維フィラメント間に、マトリックス樹脂が充填されて、ボイド（空隙）がない状態をいう。またこのことにより、補強繊維フィラメントと樹脂の界面が結着され、コンポジットとして補強繊維の補強効果が発揮できる状態をいう。

　本発明のライニング材は、前記体積含有率及び含浸率となされることにより、ライニング施工現場での加熱及び加圧作業に要する時間を短縮することができ、ライニング材の加熱温度を過剰に高く設定する必要がなくなり、かつ、十分な強度を安定的に発現させることが可能となる。

　その結果、管状体に対して均質なライニング層を迅速かつ経済的に形成することが可能となる。加えて、ライニング材は、熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料からなるので、柔軟性が高く形態安定性にも優れている。そのため、ライニング材は、取り扱いが容易であり、管状体の曲面への形状追従性も極めて高い。したがって、管状体のライニングを作業性よく行うことが可能となり、管状体の内面に十分に密着したライニング層を形成することができる。

　前記ライナーを組物により構成する場合、ライニング材として拡径性、縮径性、及び曲がり追従性のいずれにも優れ、管状体の内面形状に追従する高い柔軟性を備えたものとすることができる。加えて、前記ライナーは、強化繊維フィラメントが切れ目なく連続的に略筒状の組物を構成するので、高い強度を有するものとなる。かかる組物としては、丸打組物、平打組物、又は角打組物のいずれの形態であってもよいが、より好ましくは、中空円筒形状に形成される丸打組物とすることである。

　前記ライナーを織物又は編物により構成する場合、複合テープ材同士の交差部等においてそれらが挙動しやすく、変形性とすべり性とを備えている。したがって、前記ライナーは、自由に変形しやすく取り扱い性に優れ、外力によって容易に変形させることが可能となる。このため、前記ライナーは、ライニング材として、異方性が小さく、強化繊維フィラメントを含んで高い強度を発現し得るものとなるとともに、管状体の内面形状に好適な追従性と柔軟性とを備えたものとなる。

　前記ライナーは、前記複合テープ材の集束体から、組物、織物、又は編物が構成されてもよい。これにより、ライニング材としての強度をより高めることができ、容易に肉厚に形成することが可能となる。

　ライニング材のより具体的な構成として次のものが挙げられる。

　先ず、前記強化繊維フィラメントは、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、又は金属繊維からなることが好ましい。これにより、ライニング材として要求される強度を十分に備えさせることができる。

　前記熱可塑性樹脂テープは、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド６、又はポリアミド６６から選択される熱可塑性樹脂材料からなることが好ましい。これにより、管状体をライニング施工した後に流体の影響から保護することができ、耐熱性、耐油性、又は耐薬品性等の各種の特性を備えさせることができる。

　さらに、前記複合テープ材を構成する熱可塑性樹脂テープは、厚さが０．１～３．０ｍｍとなされ、幅が５～３０ｍｍとなされることが好ましい。これにより、ライナーを構成するのに好ましい形状とすることができ、ライニング材として、拡径性、縮径性、及び曲がり追従性に優れたものとすることができる。

　前記ライニング材において、前記ライナーは、内外に複数積層されて、複層構造とされることが好ましい。また、前記ライナーの最内層には、熱可塑性樹脂材料からなる層が設けられてもよい。

　これにより、ライニング材としての強度がさらに高められ、前記ライナーの特性を層ごとに異ならせて多様なライニング形態に対応させることが可能となる。

　前記各解決手段に係るライニング材の製造方法も本発明の技術的思想の範疇である。その製造方法は、一方向に引き揃えた多数本の強化繊維フィラメントと、熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂テープとを積層し、加熱した状態で、積層体の厚み方向に加圧し、含浸一体化させて複合テープ材を形成する工程と、複数の前記複合テープ材もしくは該複合テープ材の集束体を組み、織り、又は編むことによりライナーを形成する工程と、を含むことを特徴とする。

　これにより、熱可塑性樹脂テープを強化繊維フィラメント間に含浸させてライニング層を形成するプロセスの一部を、ライニング材の製造過程で行っておくことができる。したがって、ライニング施工時の熱可塑性樹脂の含浸性が極めて良好となり、力学的特性に優れたライニング材とすることができ、作業時間の短縮化も可能となる。

　前記各解決手段に係るライニング材を用いて管状体の内面をライニングする施工方法も本発明の技術的思想の範疇である。そのライニング施工方法は、前記ライニング材を管状体の内面に挿入する工程と、前記ライニング材を加熱して前記ライニング材に含まれる複合テープ材を溶融し、該複合テープ材同士を融着結合させる工程と、前記ライニング材を前記管状体の内面に密着させる工程と、前記ライニング材を冷却して硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。

　これにより、前記ライニング材の高い強度と形状追従性とを十分に発揮させてライニング施工することができる。また、管状体の内面に作業性よくライニング材を密着させることができ、信頼性の高いライニング層を形成することが可能となる。

　本発明では、管状体の内面をライニングするライニング材に対し、熱可塑性樹脂テープと強化繊維フィラメントとを一体化した複合テープ材を略筒状に成形して形成した筒状体を具備させている。そのため、ライニング施工時の熱可塑性樹脂の含浸性が極めて良好となり、力学的特性に優れたライニング材とすることができる。また、本発明では、従来の熱可塑性樹脂フィラメントと強化繊維フィラメントとの複合材料からなるものとは異なり、前記複合テープ材を用いて略筒状のライナーを構成するので、繊維束同士の摩擦などによって繊維が切れるという不都合を生じることがない。これにより、高い強度を安定的に発現させ、比較的短時間で完全な含浸状態のライニング層を形成することが可能となり、施工時間の短縮化を図ることができる。

本発明の実施形態１に係るライニング材を管状体の内部に配置した状態を示す断面図である。 前記ライニング材を構成する複合テープ材の一例を示す断面図である。 前記ライニング材を構成する複合テープ材の他の例を示す断面図である。 前記ライニング材の他の構成例を示す断面図である。 前記ライニング材の他の構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るライニング材における集束体の一例を示す説明図である。 実施形態２に係るライニング材を示す斜視図である。 前記ライニング材の他の構成例を示す斜視図である。 実施形態２に係る複層構造のライニング材を管状体の内部に配置した状態を示す断面図である。 実施形態３に係るライニング材を構成する、ライナーの一例を示す説明図である。 実施形態４に係るライニング材を構成する、ライナーの一例を示す説明図である。 前記ライニング材を構成する複合テープ材の製造方法の一例を示す説明図である。 前記ライニング材を用いた管状体のライニング施工方法を示す説明図である。

　以下、本発明の実施形態に係るライニング材について、図面を参照しつつ説明する。

　本発明に係るライニング材１は、熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料からなる。ライニング材１は、一方向に引き揃えられた多数本の強化繊維フィラメントと、熱可塑性樹脂テープが加熱及び加圧されて含浸一体化した複合テープ材２を略筒状にファブリック化したライナー２を備えている。

　かかるライニング材１には、ライナー２における熱可塑性樹脂と強化繊維フィラメントとの組合せ、構造、及び略筒状にファブリック化する手法等により多様な形態が含まれる。以下では、そのうちのいくつかを例に挙げ、実施形態１～４として説明する。

　（実施形態１）
　図１～図３は、本発明の実施形態１に係るライニング材１を示し、図１は管状体５の内部に配置したライニング材１を示す断面図、図２及び図３はライニング材１を構成する複合テープ材３の例を示す断面図である。

　ライニング材１は、管状体５の内面をライニング被覆するものであり、図１に示すように、略筒状のライナー２が、内外に積層されて構成されている。

　ライナー２は、管状体５の内径より小径に形成されている。図１に示す形態では、ライニング材１は、ライナー２を、内外に二重に配置した２層構造で構成されている。

　ライナー２は、熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料からなる複合テープ材３により形成されている。具体的には、ライナー２は、複数本の細幅の複合テープ材３を織り又は編む等の、複合テープ材３を相互に交錯させる加工を経て形成されたシート体からなる。

　ライナー２は、一定の幅及び長さのシート体を略筒状に丸め、両端部を相互に接合して筒形状に形成されている。ライナー２の接合部２１は、ライナー２の端辺同士を重ね合わせ、シングルラップ又はオフセットラップとして、相互に熱融着することにより接合されている。ライナー２の接合部２１は、熱可塑性樹脂材料からなる縫合糸により縫合して接合されてもよい。

　図２及び図３は、複合テープ材３の例をそれぞれ示す断面図である。複合テープ材３は、一方向に引き揃えられた多数本の強化繊維フィラメント３１と、熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂テープ３２とが、含浸一体化された長尺帯状のテープである。

　図２に示す複合テープ材３は、熱可塑性樹脂テープ３２の両面に多数本の強化繊維フィラメント３１が配置されて含浸一体化されている。図３に示す複合テープ材３は、２枚の熱可塑性樹脂テープ３２の間に、多数本の強化繊維フィラメント３１がサンドイッチ状に挟みこまれ、含浸一体化されている。

　複合テープ材３は、このほか、熱可塑性樹脂テープ３２の片面側に多数本の強化繊維フィラメント３１が配置された形態とされても、複数の熱可塑性樹脂テープ３２と多数本の強化繊維フィラメント３１とが、交互に積層された形態とされてもよい。いずれも、一方向に引き揃えた多数本の強化繊維フィラメント３１と、熱可塑性樹脂テープ３２とを加熱しつつ加圧することにより、熱可塑性樹脂テープ３２を溶融させ、強化繊維フィラメント３１に溶融樹脂を含浸させて一体化されている。

　複合テープ材３は、多数本の強化繊維フィラメント３１に熱可塑性樹脂テープ３２の熱可塑性樹脂材料を、完全に含浸させたものである必要はない。すなわち、図２に示すように、複合テープ材３の断面において、少なくとも強化繊維フィラメント３１の一部が熱可塑性樹脂テープ３２に接触又は埋没しており、熱可塑性樹脂テープ３２に完全に含浸していない部分が存在する状態、つまり半含浸状態であってもよい。複合テープ材３は、強化繊維フィラメント３１と熱可塑性樹脂テープ３２との含浸の度合いによって、全含浸状態又は半含浸状態とすることができる。

　熱可塑性樹脂テープ３２を構成する熱可塑性樹脂材料と、強化材である強化繊維フィラメント３１との組合せは、多種多様である。熱可塑性樹脂材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、又はポリアミド６６（ＰＡ６６）等が挙げられる。また、強化繊維フィラメント３１としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、又は金属繊維等が挙げられる。

　このように、複合テープ材３は、強化繊維フィラメント３１に熱可塑性樹脂材料が実質的に含浸又は被覆されてなる、繊維強化樹脂連続体（コンポジット）である。

　複合テープ材３は、次のような製造方法により得られる。図１２は、複合テープ材３の製造方法の一例として、含浸プロセスを示す説明図である。

　連続する多数本の強化繊維フィラメント３１が束ねられた繊維束と、長尺の熱可塑性樹脂テープ３２とを、それぞれ送出しローラ１０１から繰り出す。次いで、強化繊維フィラメント３１の繊維束を、その進行方向に沿って開繊し、対向する一対の整列ローラ１０２で引き揃える。このとき、熱可塑性樹脂テープ３２の片面又は両面に対して、多数の強化繊維フィラメント３１の繊維束を、一方向に引き揃えた状態で当接させる。これらの強化繊維フィラメント３１の繊維束と熱可塑性樹脂テープ３２とを、押さえ装置１０３に挿通させて平坦化する。次いで、強化繊維フィラメント３１の繊維束と熱可塑性樹脂テープ３２とを積層した状態で加熱部１０４へ送る。

　加熱部１０４では、熱可塑性樹脂テープ３２を構成する熱可塑性樹脂材料の溶融温度以上の温度で、熱可塑性樹脂テープ３２を加熱し、溶融する。加熱部１０４には、対向する一対の加熱プレスローラ１０５が２組備えられている。これらの加熱プレスローラ１０５により、強化繊維フィラメント３１の繊維束と熱可塑性樹脂テープ３２とを挟み込み、加熱しつつ、圧力を加える。一対のローラ間には任意のクリアランスが設けられ、複合テープ材３の厚みが規定されている。加熱プレスローラ１０５により、溶融した熱可塑性樹脂材料を強化繊維フィラメント３１の繊維間に含浸又は半含浸させ、後段の冷却部１０６へ送り冷却する。これにより、強化繊維フィラメント３１と熱可塑性樹脂テープ３２とが含浸一体化し、複合テープ材３が得られる。複合テープ材３は、巻取り機１０７に巻き取られる。

　強化繊維フィラメント３１の繊維束と熱可塑性樹脂テープ３２との積層形態によって、上述のとおり多様な形態の複合テープ材３を形成することができる。また、複合テープ材３は、前記加熱条件及び加圧条件を調整することによって、強化繊維フィラメント３１間への熱可塑性樹脂材料の含浸を完全でない状態、つまり半含浸状態とされる。

　強化繊維フィラメント３１間に熱可塑性樹脂を完全に含浸するには、加熱及び加圧する時間が長くかかる。しかし、半含浸状態とするのであれば加熱及び加圧する時間を短縮することができ、複合テープ材３の成形にかかる時間を短縮化することができる。そのため、複合テープ材３を効率よく生産することができる。また、半含浸状態であると、柔軟性を有する複合テープ材３を得ることができ、製織、製編又は製組の加工性を高めることができる。さらに、複合テープ材３は、半含浸状態であっても、最終的には、ライナー２としてライニング施工時に再加熱及び再加圧されて完全な含浸状態に導かれる。よって、十分な強度を確保できるとともに、ライニング施工時の加熱及び加圧時間を短縮することも可能となる。

　複合テープ材３において、含浸複合化するための、熱可塑性樹脂テープ３２のテープ幅については、特に制限されない。例えば、熱可塑性樹脂テープ３２を、５～３０ｍｍの比較的細い幅で形成し、強化繊維フィラメント３１に含浸複合化することができる。あるいは、幅１０００～２０００ｍｍの広い幅を有する熱可塑性樹脂テープ３２を強化繊維フィラメント３１に含浸複合化し、その後、複数枚のカッター刃等を押し当て、又はせん断することによって、複数本の細幅形状に裁断し、複合テープ材３を得てもよい。

　図２では、複合テープ材３は、熱可塑性樹脂テープ３２を構成する熱可塑性樹脂材料に、強化繊維フィラメント３１が部分的に埋設された状態で形成されている。図３では、複合テープ材３は、熱可塑性樹脂テープ３２を構成する熱可塑性樹脂材料に、強化繊維フィラメント３１の全体が埋設された状態で形成されている。本発明において、強化繊維フィラメント３１の熱可塑性樹脂材料に対する含浸率は、４０～１００％とされている。

　含浸率の測定方法としては特に制限されない。例えば、複合テープ材３の断面観察により含浸率を求めることができる。この場合、一方向に引き揃えられた強化繊維フィラメント３１に直交するよう、任意の位置で複合テープ材３を切断し、光学顕微鏡や電子顕微鏡等の顕微鏡写真から断面観察を行う。そして、該断面に現れた全ての強化繊維フィラメント３１の断面積の総和Ｓｔ（ｍｍ²）と、各強化繊維フィラメント３１における熱可塑性樹材料に埋設している部分の断面積の総和Ｓａ（ｍｍ²）とを測定し、次式により含浸率Ｓｆ（％）とする。

　　Ｓｆ＝Ｓａ／Ｓｔ×１００　（％）
　含浸率Ｓｆ（％）は、強化繊維フィラメント３１の断面積の測定に代えて、強化繊維フィラメント３１の外周長の測定により求めることもできる。つまり、各強化繊維フィラメント３１において熱可塑性樹材料に埋設している部分の外周長（強化繊維フィラメント３１と熱可塑性樹脂材料とが接しているラインの長さ）の総和を、前記断面に現れた全ての強化繊維フィラメント３１の外周長の総和で除した値によっても、含浸率Ｓｆ（％）を得ることができる。

　上記含浸率Ｓｆは、４０％以上に制御することが好ましい。これにより、半含浸状態の複合テープ材３が得られ、ライナー２に好適なものとなる。これに対し、含浸率Ｓｆが４０％に満たないと未含浸部分の割合が高く、複合テープ材３として前記の効果が得られない。つまり、強化繊維フィラメント３１は、熱可塑性樹脂テープ３２の長さ方向に沿って繊維配向がなされた状態で、熱可塑性樹脂材料にその断面の４０～１００％が埋まるまで含浸させて複合化されることが好ましい。

　また、複合テープ材３における強化繊維フィラメント３１の含有量は、１０～６０ｖｏｌ％の範囲内とされている。含有量は、強化繊維体積率Ｖｆ（ｖｏｌ％；強化繊維含有率）により制御することが好ましい。つまり、複合テープ材３の構成材料全体に占める、強化繊維フィラメント３１の体積分率である強化繊維体積率Ｖｆを、１０～６０ｖｏｌ％の範囲内に制御する。これにより、得られる複合テープ材３において高い力学的特性を発現させることが可能となる。

　より好ましくは、強化繊維体積率Ｖｆを３５～６０ｖｏｌ％の範囲内に制御することである。強化繊維体積率Ｖｆが６０ｖｏｌ％を超えると、複合テープ材３の成形時に強化繊維フィラメント３１が熱可塑性樹脂材料の流れを阻害するおそれがあり、樹脂含浸性が悪くなり、円滑な生産が困難になる。なお、複合テープ材３における強化繊維体積率Ｖｆは、ライニング対象となる管状体５の要求強度等に応じて適宜決定することが好ましい。

　複合テープ材３は、多様な曲面のライニングに対応し得る形状追従性を備えさせるため、厚さが３ｍｍ以下で形成されることが好ましく、０．５ｍｍ以下で形成されることがより好ましい。

　複合テープ材３における、熱可塑性樹脂テープ３２を構成する熱可塑性樹脂材料と、強化繊維フィラメント３１との組合せ、形状、及び積層構成等に係る実施例を表１に示す。

　表１において、最下欄の積層構成は、複合テープ材３を成形する際の強化繊維フィラメント３１の繊維束と、熱可塑性樹脂テープ３２との積層形態を示す。例えば、図２に示すように、熱可塑性樹脂テープ３２の両面に多数本の強化繊維フィラメント３１が配置された形態の場合は、「繊維／テープ／繊維」とし、図３に示すように、２枚の熱可塑性樹脂テープ３２に、多数本の強化繊維フィラメント３１が挟みこまれた形態の場合は、「テープ／繊維／テープ」として、それぞれ示している。

　ライニング材１は、図１に示したようにライナー２を内外二重に配置する構成に限られない。図４及び図５は、ライニング材１の他の構成例を示す断面図である。

　図４に示すライニング材１は、１つの略筒状のライナー２からなり、単層構造とされている。単層構造のライニング材１は、比較的管径の小さい、ストレートの管状体５のライニングに適している。

　図５に示すライニング材１は、１つの略筒状のライナー２を内外に重ね、３層に積層した構成である。ライニング材１は、１つのライナー２をさらに積層させて、４層以上の多層構造とされてもよい。

　ライニング材１を、３層以上の多層構造とする場合、各層ごとに、ライナー２を構成する複合テープ材２において、熱可塑性樹脂材料の種類を変えたり、強化繊維フィラメント３１の表面積率Ｓｆや強化繊維体積率Ｖｆを異ならせたりすることで、多様な特性を持たせたライニング材１を形成することが可能となる。これにより、ライニング材１を要求されるライニング特性に対応させることが可能となる。

　例えば、図５に示す３層構造のライニング材１では、最外層を構成する複合テープ材２の強化繊維体積率Ｖｆを他の層より高めて強度を上げ、最内層を構成する複合テープ材２の熱可塑性樹脂材料の材料特性を耐熱性、耐油性、又は耐薬品性等の高いものとする。

　熱可塑性樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を採用することで、耐熱性と耐薬品性を共に向上させることが可能となり、ポリアミド（ＰＡ６又はＰＡ６６）を採用することで、耐熱性と耐油性を共に向上させることができる。したがって、ライニング材１を、外圧が作用する外面側が高強度となり、流体の影響を受ける内面側がその流体に対する耐性を備えたものとすることができる。

　仮に、ライニング材１の全体にわたって高強度としたり耐薬品性の高い熱可塑性樹脂材料を用いたりすると、その材料コストが非常に嵩むこととなる。しかし、前記のように複層ライナー１１の層ごとに特性を変えて対応することで、材料コストを抑えつつもライニング対象の管状体５に合わせた最適なライニング材１を提供することが可能となる。

　複数のライナー２を積層する場合、各層間で接合部２１が重なり合うことのないように、周方向に均等に配置させる。また、ライニング材１の最内層には、強化繊維を含まない、熱可塑性樹脂材料からなる層を設けてもよい。

　以上のような構成を有するライニング材１は、熱可塑性樹脂材料を強化繊維フィラメント３１間に含浸させ、複合材料成形体であるライニング層を管状体５に対して形成するプロセスの一部を、ライニング施工前の段階、つまり複合テープ材３の成形過程で予め行っている。これにより、ライニング施工現場での加熱及び加圧作業に要する時間を短縮化することができ、ライニング材１の加熱温度を過剰に高く設定する必要がなくなり、十分な強度を安定的に発現させることが可能となる。その結果、均質なライニング層を管状体５に対して迅速かつ経済的に形成することができる。ライニング材１を用いて管状体５の内面をライニングする施工方法については後述する。

　（実施形態２）
　次に、本発明の実施形態２に係るライニング材１について、図６～図９を参照しつつ説明する。

　本実施形態では、ライナー２は、複数の複合テープ材３、又は複合テープ材３の集合体４０を組糸とする組物によって構成されている。なお、複合テープ材３そのものの構成は、前記実施形態１と同様である。

　図６は、実施形態２に係るライニング材１における複合テープ材３の集束体４の例を模式的に示す説明図である。複合テープ材３は、単体で略筒状の組物を形成してもよいが、複数本を集束させた偏平状の集束体（繊維束）４を組糸として、組物に形成する構成であってもよい。例えば、複合テープ材３は、幅が１０ｍｍで、厚さが０．１２ｍｍの長尺帯状に形成されている。図示する集束体４は、複合テープ材３を１５本束ねて形成されている。

　図７及び図８は、実施形態２に係るライニング材１の例をそれぞれ示す斜視図である。ライニング材１を構成するライナー２は、集束体４からなる組糸４１を多数本、互いに交差させつつ、長手方向に対して角度を与えて組んだ丸打組物により構成されている。この場合、集束体４からなる組糸４１を６４本用いて、６４本打の丸打組物としている。丸打組物は、複数本の組糸４１をマンドレル上に左巻きと右巻きに互いに交差させて形成する。丸打組物は円筒形状に形成されるので、そのままライナー２として用いることができる。

　ライナー２は、丸打組物の組角度が６０°とされている。組角度とは、マンドレルの中心軸に対して組糸４１がなす角度のことである。組角度は９０°に近いほど組糸４１の密度が大きくなるが、ライナー２としては組角度を２０°～７０°の範囲とすることが好ましい。

　図８に示すライナー２では、さらに、組糸４１の相互間に、強化繊維からなる中央糸４２を軸方向に組み込み、軸方向の補強が図られている。中央糸４２の強化繊維としては、ガラス繊維、カーボン繊維、又はアラミド繊維等を用いることができる。中央糸４２には、組糸４１に含まれる熱可塑性樹脂材料の融点以上のガラス転移点を有し、破断点伸びの大きい有機繊維を用いてもよい。

　例えば、中央糸４２として、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のように伸びの大きい糸を組糸４１の相互間に配置することで、管状体５の曲がり部等の局面追従性を向上させることができる。

　組糸４１の相互間に中央糸４２を組み込むことで、中央糸４２の周辺では組糸４１の動きが拘束される。そのため、ライナー２が必要以上に拡張したり収縮したりするのを防ぐこともできる。

　組物からなる筒状体のライナー２は、複数方向に配置された組糸４１が互いに動きやすく、その交差角度も変化しやすい。したがって、ライナー２は、拡径性、縮径性、及び曲がり追従性のいずれにも優れ、取り扱いがしやすく、管状体５の内面形状に追従し得る高い柔軟性を備えたものとなる。加えて、ライナー２の全長にわたって、強化繊維フィラメント３１を含む組糸４１が交差して組まれており、切れ目なく連続的に強化繊維フィラメント３１を配置することができるので、極めて高い強度を備えさせることができる。

　よって、ライニング材１を組物からなるライナー２にて構成することにより、十分な強度を確保できるとともに、管状体５をライニング被覆する際、管状体５の表面の凹凸や段差等に十分に追従して変形するものとなり、曲がり管路等の自由断面に対する追従性も高められ、管状体５に対してシワ無く沿わせることが可能となる。

　組物からなるライナー２は、組糸４１ごとに、構成する複合テープ材３の熱可塑性樹脂テープ３２を構成する熱可塑性樹脂材料の種類を変えたり、強化繊維フィラメント３１の含浸率Ｓｆ（％）、強化繊維体積率Ｖｆ（ｖｏｌ％）を異ならせたりすることにより、多様な特性を持たせることができる。これにより、ライニング材１として、要求されるライニング特性に対応させることができる。

　ライニング材１は、組物からなる複数のライナー２を内外に積層して、複層構造とされてもよい。図９は、組物からなる、複層構造のライニング材１を、管状体５の内部に配置した状態を示す断面図である。

　図９に示すライニング材１は、組物からなるライナー２を内外に３層積層させた３層構造とされている。この場合、各層において、ライナー２の特性を異ならせることが可能である。例えば、最外層のライナー２は、組糸４１を構成する複合テープ材３における強化繊維体積率Ｖｆを、５０～６０ｖｏｌ％として他の層よりも高めに設定することで、耐圧強度を向上させることができる。また、最内層のライナー２は、組糸４１を構成する複合テープ材３における熱可塑性樹脂材料を、前述の様に、耐熱性、耐油性、又は耐薬品性の高い材料とすることで、その特性を備えたものとすることができる。

　なお、組物からなる複層構造のライニング材１において、最内層又は最外層に、熱可塑性樹脂材料のみからなるテープ材の集束体からなる組物を配置してもよい。これにより、補強繊維と熱可塑性樹脂との界面をなくし、空隙を少なくすることができ、水密性、耐水性、及び耐水圧性を、より一層向上させることが可能である。

　また、ライニング材１における組物は、前記丸打組物により構成されるだけでなく、組糸が長手方向に対し斜めに配向した平打組物、又は組糸が互いに組構造を有して角柱型をなす角打組物により構成されてもよい。

　（実施形態３）
　次に、本発明の実施形態３に係るライニング材１について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、実施形態３に係るライニング材１を構成する、ライナー２の一例を部分的に示す説明図である。

　本実施形態では、複数の複合テープ材３又はその集束体４からなる織物により、ライナー２が構成される。なお、複合テープ材３そのものの構成は、前記実施形態１と同様である。

　図１０に示すライナー２は、複数の複合テープ材３又はその集束体４を織糸とし、これらを織り上げた織物からなる。複合テープ材３は、例えば、幅が３ｍｍで、厚さが０．１２ｍｍの長尺帯状に形成されている。ライナー２は、複数の複合テープ材３の集束体４を織糸として、縦方向と横方向とに織り込み、二軸織物の平織り組織により構成されている。

　本形態に係るライナー２としては、二軸織物であるに限らず、集束体４を、交差する三方向に織った三軸織物であってもよい。また、ライナー２は、平織りに限らず、綾織り、朱子織り等のどのような組織からなる織物であってもよい。

　ライナー２の接合部２１は、端辺同士を重ね合わせて、相互に熱融着させるか、熱可塑性樹脂材料からなる縫合糸等により接合される（図１参照）。ライニング材１としては、織物からなるライナー２が、図４に示すように単層構造とされても、また、複数のライナー２が内外に積層されて、図５に示すような複層構造とされてもよい。複数のライナー２を積層してライニング材１を構成する場合、その接合部２１が互いに重なり合うことのないように、周方向に均等に配置されることが好ましい。

　本実施形態では、ライナー２は、複合テープ材３又はその集束体４からなる織物であるので、配合された強化繊維フィラメント３１の異方性が小さく、ライニング材１として高い強度を有するものとなる。また、織物からなるライナー２は、伸び抵抗が少なくかつ柔軟性が高いため、ライニング材１において自由曲面に対する追従性が高められ、管状体５に対してライニング材１をシワ無く密着させることが可能となる。

　（実施形態４）
　次に、本発明の実施形態４に係るライニング材１について説明する。

　本実施形態では、複合テープ材３又はその集束体４からなる編物により、ライナー２が構成される。なお、複合テープ材３そのものの構成は、前記実施形態１と同様である。

　ライナー２を構成する編物としては多様な編地構造が可能である。例えば、テープ材４の集束体４を、たて糸及びよこ糸とするとともに、これらの二軸方向以外の方向にも集束体４を配向させて積層した多軸積層体を、たて編組織で接結させた多軸挿入たて編物（多軸挿入編；ＭＷＫ）とされる。このような多軸挿入たて編物は、集束体４に含まれる強化繊維フィラメント３１の繊維配置の自由度が高い。そのため、軸方向に対して、〔＋６０°／－６０°〕の繊維配向としたり、〔＋４５°／－４５°〕の繊維配向としたりして、多様な繊維配置形態により形成することができる。軸方向に対して斜めの繊維配向を有することにより、筒状体のライナー２としたときに、軸方向の伸縮性を備えさせることができる。

　集束体４からなる編物は、実施形態１で説明したのと同様に、略筒状とされて、端辺同士を接合することによりライナー２とされる。この場合も、ライナー２の接合部２１は、前記編物の端辺同士を重ね合わせて熱融着させるか、熱可塑性樹脂材料からなる縫合糸等により接合される。

　ライニング材１は、編物からなるライナー２が、図４に示すように単層構造とされても、また、内外に積層して図１又は図５に示すように複層構造とされてもよい。ライナー２を積層してライニング材１を構成する場合、その接合部２１が互いに重なり合うことのないように、周方向に均等に配置されることが好ましい。

　本実施形態では、ライニング材１のライナー２を構成する編物が、複合テープ材３又は集束体４からなるので、配合された強化繊維フィラメントの異方性が小さく、高い強度を有する。また、編物からなるライナー２であるので、柔軟性及び自由曲面に対する追従性が高く、管状体５に対してシワ無く沿わせることが可能となる。なお、ライナー２としては、複合テープ材３又は集束体４を、略筒状の形状に編み上げた編物から構成されてもよい。

　以上のような各種の構成を有するライニング材１は、いずれも、熱可塑性樹脂材料を強化繊維フィラメント３１間に含浸させ、複合材料成形体であるライニング層を管状体５に対して形成するというプロセスの一部を、ライニング施工前の段階、つまり複合テープ材３の成形段階で予め行っている。これにより、ライニング施工現場での加熱及び加圧作業に要する時間を短縮化することができ、ライニング材１の加熱温度を過剰に高く設定する必要がなくなり、十分な強度を安定的に発現させることが可能となる。その結果、均質なライニング層を管状体５に対して迅速かつ経済的に形成することができる。

　また、ライニング材１は、従来の熱可塑性樹脂フィラメントと強化繊維フィラメントとの複合材料からなるものとは異なり、複合テープ材３を略筒状に成形する構成である。したがって、上述した製織、製編、又は製組等の略筒状に成形する過程を経ても、織物同士、編物同士、複合テープ材３同士、又は集束体４同士の接触摩擦などによって、強化繊維フィラメントが切れるという不都合を生じることがなく、所定の強度を具備させることができる。

　図１１は、実施形態４に係るライニング材１を構成する、ライナー２の一例を示す説明図である。複合テープ材３又は集束体４からなる編物は、図１１に示すように、軸方向に対して〔＋９０°／－９０°〕の繊維配向とし、繊維束を一方向若しくは角度を変えて積層してステッチ糸４３で結束された、一軸、二軸、又は多軸ステッチシートのような形態であってもよい。

　また、ライニング材１は、ライナー２の最外層のさらに外側に、水密性の高い材料からなる被覆層を付加した構成であってもよく、上記各形態に限定されるものではない。

　（ライニング施工方法）
　図１３は、前記各実施形態に係るライニング材１を用いたライニング施工方法の例を示す説明図である。

　ライニング材１は、ライニング対象である管状体５に挿入して用いる。ライニング作業に先立ち、管状体５に上水又は下水等の流水がある場合には、堰き止め部材７により堰き止め、いったん管路から流水を除去しておく。さらに、管状体５内に存在する堆積物や木片等の異物を除去し、高圧水洗浄を行ってから管内のライニング作業に入る。

　ライニング材１は、例えば、発進側マンホールＭ１と到達側マンホールＭ２との間の長さに余裕長さを加えた長さで用意される。また、到達側マンホールＭ２の地上側に牽引ワイヤ９１を巻き取るウィンチ９等の機器を設置する。牽引ワイヤ９１は、到達側マンホールＭ２から管状体５内に挿通され、ライニング材１の内側に配備した加熱装置６を、発進側マンホールＭ１から到達側マンホールＭ２の方向へ牽引する。

　ライニング材１の内側の加熱装置６は、ライニング材１の内周面に沿う円筒状の外形を有するピグ６１と、ライニング材１に外装される筒状の補助用ピグ６２とを備えている。ピグ６１は、ライニング材１を内周側から加熱蒸気等により加熱して、ライニング材１のライナー２を構成する熱可塑性樹脂材料を溶融する（加熱工程）。また、補助用ピグ６２は、ライニング材１の外周面を加熱し、外周側からも熱可塑性樹脂材料の溶融を補助する。ピグ６１は、後方部分が拡径したテーパー形状とされている。加熱装置６は、ライニング材１を加熱しつつ前進することで、ライニング材１を軟化し、徐々に拡径するように作用する。

　加熱工程では、ライニング材１に含まれる熱可塑性樹脂材料の融点以上の温度で加熱する。これにより、ライニング材１の熱可塑性樹脂材料が溶融する。つまり、ライナー２を構成する複数の複合テープ材３が溶融し、複合テープ材３同士を融着結合させることができる。ライナー２は、強化繊維フィラメント３１を混合した複合材料層を構成するものとなる。

　例えば、ライニング材１において、複合テープ材３の熱可塑性樹脂フィルム３２を構成する熱可塑性樹脂材料としてポリプロピレン（融点は１６０～１７０℃程度）が採用されている場合には、ライニング施工過程での加熱温度は１８０℃に設定される。また、熱可塑性樹脂フィルム３２の構成材料として高密度または低密度ポリエチレン（融点は１４０℃）が採用されている場合には、ライニング施工過程での加熱温度は例えば１５０℃に設定される。

　ライニング材１は、加熱工程を経た段階では、未だ完全に拡径及び硬化した状態ではなく、管状体５の内面に密着した状態ともなっていない。加熱装置６は、後方に拡径手段を備え、この拡径手段により内側から加圧されて管状体５の内周面に沿う管状に拡径される。例示の拡径手段としては、反転機８が地上に設置され、先端側から反転させつつ導入された拡径用チューブ８１を備えている。

　拡径用チューブ８１は、内圧により十分に拡径することが可能であり、かつ拡張に際して十分な強度を有する拡張性及び耐熱性に優れたエラストマーなどを材料として形成されている。また、拡径用チューブ８１は、拡径後にも拡径用チューブ８１と第１ライナー基材２１とが接着しない材質により形成されている。拡径用チューブ８１の外径は、最大拡張時にライニング材１を内側から管状体５の内周面に押圧し得る大きさで確保されている。

　拡径用チューブ８１は、発進側マンホールＭ１側の地上に設置された反転機８に接続され、拡張していない状態でライニング材１の内側に導入されている。その後、拡径用チューブ８１には、反転機８から加圧気体が供給されて、加熱装置６の後方部分に追従しながら内周面が外周側に反転しつつ拡張していく。これに伴って、ライニング材１は、加熱装置６を経て軟化した部分から順に、拡径用チューブ８１によって内側から押圧されて拡径する。ライニング材１の拡径した部分は管状体５の内面に密着する。加熱装置６が前進することにより、拡径用チューブ８１の拡張範囲も前方へ広げられ、ライニング材１と管状体５との密着状態はそのまま維持されて、広範囲で均一な力を付与することができ、均一に成形される。

　管状体５のライニング対象箇所の全域に亘ってライニング材１が拡径されたならば、ライニング材１を冷却し、硬化させる。これにより、管状体５の内面がライニング材１の複合材料成形体により被覆される。

　以上のように、ライニング材１は、円筒体のライナー２を備えた構成であるので、ライニング施工過程では、ライナー２に含まれる熱可塑性樹脂材料と強化繊維フィラメント３１とを、比較的短時間で完全な含浸状態とすることができる。これにより、熱可塑性樹脂材料の中に強化繊維フィラメント３１を分散させた構成を、ライニング材１の全体に亘って得ることができ、そのための施工時間の短縮化を図ることができる。また、ライニング材１に対する加熱温度を過剰に高める必要がないので、熱可塑性樹脂材料が流動して偏肉してしまうといったことも回避できる。

　ライニング材１は繊維強化複合材料からなるので、上記のいずれの実施形態であっても、柔軟性が高く形態安定性に優れる。そのため、ライニング材１は、取り扱いが容易であり、管状体５の管内の曲面への形状追従性も高い。したがって、作業性よく管状体５のライニングを行うことができ、管状体５の内面又は外面に十分に密着させたライニング層を形成することが可能となる。

　ライナー２は、加熱及び加圧することにより管状体５の内面又は外面に密着し、一体化される。このため、ライナー２を構成する織物又は編物等を、管状体５の内面又は外面における部分的な補強修復材としても利用することができる。この場合、ライニング材１に重ねて、ライナー２を密着させることにより、その部分においては強化繊維フィラメント３１の密度を高め、熱可塑性樹脂材料を厚肉とすることができ、強度及び耐久性等をさらに高めることができる。

　ライニング材１を用いてライニングする管状体５は、前記地中に埋設された下水道管等の既設管に限定されるものではなく、上水道管や農水管等の多種の管状体５に適用することができ、多様な管径及び形状の管状体５が対象となる。上水道管の場合には、管路に急な曲がり部を有することが多い。このような場合であっても、形状追従性に優れたライニング材１によれば、取り扱いが容易となり、作業性に優れ、曲がり部にあっても密着性及び信頼性の高いライニング層を形成することができる。

　なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

　本発明は、熱可塑性樹脂複合材料からなるライニング材を用いた管状体のライニングに好適に利用することができる。

　１　　ライニング材
　２　　ライナー
　３　　複合テープ材
　３１　強化繊維フィラメント
　３２　熱可塑性樹脂フィルム
　４　　集束体
　４１　組糸
　４２　中央糸
　４３　ステッチ糸
　５　　管状体
　６　　加熱装置
　６１　ライニング用ピグ
　６２　補助用ピグ
　８　　反転機
　８１　拡径用チューブ
　９　　ウィンチ
　９１　牽引ワイヤ
　Ｍ１、Ｍ２　　マンホール

Claims (9)

1. 　管状体の内面をライニングするライニング材であって、
   　熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料からなり、略筒状に形成された少なくとも１つのライナーを具備し、
   　前記ライナーは、複数の複合テープ材の組物、織物、又は編物からなり、
   　前記複合テープ材は、熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂テープと、該熱可塑性樹脂テープの長さ方向に沿って引き揃えられた多数の強化繊維フィラメントとが、加熱及び加圧により含浸一体化された細幅テープであり、
   　前記複合テープ材に含まれる強化繊維フィラメントの体積含有率が１０～６０ｖｏｌ％となされ、前記強化繊維フィラメントの熱可塑性樹脂材料に対する含浸率が４０～１００％となされたことを特徴とするライニング材。
2. 　請求項１に記載のライニング材において、
   　前記強化繊維フィラメントは、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、又は金属繊維からなることを特徴とするライニング材。
3. 　請求項１に記載のライニング材において、
   　前記熱可塑性樹脂テープは、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド６、又はポリアミド６６からなることを特徴とするライニング材。
4. 　請求項１に記載のライニング材において、
   　前記複合テープ材を構成する熱可塑性樹脂テープは、厚さが０．１～３．０ｍｍとなされ、幅が５～３０ｍｍとなされたことを特徴とするライニング材。
5. 　請求項１に記載のライニング材において、
   　前記ライナーは、前記複合テープ材の集束体から構成される組物、織物、又は編物からなることを特徴とするライニング材。
6. 　請求項１に記載のライニング材において、
   　前記ライナーが内外に複数積層されて、複層構造とされたことを特徴とするライニング材。
7. 　請求項６に記載のライニング材において、
   　前記ライナーの最内層には、熱可塑性樹脂材料からなる層が設けられたことを特徴とするライニング材。
8. 　請求項１に記載のライニング材を製造する方法であって、
   　一方向に引き揃えた多数本の強化繊維フィラメントと、熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂テープとを積層し、加熱した状態で、積層体の厚み方向に加圧し、含浸一体化させて複合テープ材を形成する工程と、
   　複数の前記複合テープ材もしくは該複合テープ材の集束体を組み、織り、又は編むことによりライナーを形成する工程と、を含むことを特徴とするライニング材の製造方法。
9. 　請求項１に記載のライニング材を用いて管状体の内面をライニングする施工方法であって、
   　前記ライニング材を管状体の内面に挿入する工程と、
   　前記ライニング材を加熱して前記ライニング材に含まれる複合テープ材を溶融し、該複合テープ材同士を融着結合させる工程と、
   　前記ライニング材を前記管状体の内面に密着させる工程と、
   　前記ライニング材を冷却して硬化させる工程と、を含むことを特徴とするライニング施工方法。

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