日本专利：应用于管道修复的管状内衬材料

关于管状内衬材料的这个发明主要是对城市埋地管道的修复与增强。它包含管状纺织内衬和合成树脂，它不仅仅具有满意的机械强力，而且对饮用水无害，并且可利用“翻转”方法衬于管道内层。

这种先进技术的描述

近年来，管状内衬材料被应用于对埋地管道的修复与增强。埋地管道如：天然气管道、饮用水管道、石油管道、下水管道(由混凝土与瓷构建)或用于电与通讯的电缆管道，由于老化或破坏常常造成易燃流体、电或水的流失，结果造成严重事故和交通堵塞。对管道进行更换不仅困难成本也高，因此用内衬材料对埋地管道进行修复与增强流行开来。浸渍树脂的纺织管状内衬材料用翻转方法衬于管道内层，首先得考虑粘合剂涂于内衬材料的内层。内衬材料外层含有树脂，内层含有粘合剂，从而形成三层结构。在传动带或没有传动带的帮助通过膨状顺利嵌在管道里。用树脂则暴露于内衬层与流体之间。它必须防止流过管道的液体泄露，而且必需光滑、有伸展性和好的强力，并且耐热性、耐腐蚀性和疏水性好。树脂材料必须符合引用水生理安全要求。在日本，由城市水公共企业组成的“日本水工业协会(JWWA)”规定了应用于城市水管的合成树脂的标准规范，用于城市水的管道与附带材料必须得到JWWA 的认证证书。因此应用于内衬材料的树脂层也必须符合JWWA的规定才行。另一方面，这样的管道提供的引用水必须满足“健康与福利部门”根据城市水法第一部分第四章中各种检验条款。对引用水的质量要求在其他国家也有。例如在美国，第一个相关法律为“引用水安全条例”(公共法93-523)，在1974年与“第二次引用水法规”成为检验引用水质量的指标，并由美国环境保护代理处执行。而且，相同的标准在欧洲其他国家也建立了起来保护公共健康。因此，用于引用水运输与储存的材料必须符合一些公认的规范。

根据JWWA建立的说明书，用于城市引用水管道的内衬材料为焦油环氧树脂涂料。于是，规范“用于水工业与衬层的焦油环氧树脂涂料”(K115-1974)适用于城市引用水管道内衬材料的检验。在规范K115-1974中树脂层材料必须符合以下要求：

⑴混浊度≤0.5

⑵颜色等级≤1

⑶高锰酸钾消耗钾≤0.7ppm(百万分率)

⑷分解残留氯含量≤0.7 ppm

⑸苯酚含量≤0.005ppm

⑹探测不含胺

⑺探测不含氰化物

⑻没有不正常的气味、味道

聚氨脂弹性树脂，聚脂纤维弹胶物和类似的合成树脂作为油气管道的内衬树脂层不符合以上要求，因为这些树脂具有传递性，例如引用水中残留的胺穿过内衬层。发明者对各种树脂进行了广泛的研究，以满足于各项检验条款，结果发现用于此目的的树脂局限于氟化树脂与聚合石蜡系列的树脂，其中氟化树脂价格昂贵，并且抗挤压性能差不符合此项发明的要求。结果用于城市管道的内衬层的树脂材料只限于聚合石蜡系列的树脂。

总之，聚合石蜡系列树脂有高密度聚乙烯(HDDE)，中密度聚乙烯(MDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)，均有排列聚乙烯(PB)和丁烯-1(PV)，其中HDPE和MDPE弹性小，而LDPE抗压裂性小，PB在不考虑结晶或无定形态的情况下，弹性小，不耐高温，在翻衬时有“发光”现象，于是这些聚合石蜡各有缺点。

近年来内衬低密度聚乙烯(LLDPE)被应用于城市引用水管道的内衬层。因为LLDPE具有LDPE的耐腐蚀性和抗压裂性。LLDPE中占主导地位的为聚乙烯，由乙烯与此系列的α-石蜡共聚形成，在密度方面与LDPE相似。LLDPE分子结构中长链结构少与纯的LHDPE相似。结果LLDPE不仅具有良好的拉伸性能，而且抗压裂性能好，且对引用水无害，这些性能使得LLDPE适于作城市引用水管道内衬材料的树脂层。

发现LLDPE具有如此好的性能，发现者已经设计采用LLDPE作为内衬树脂材料(日本公用事业No.sho.58-176565)。尽管LLDPE作为内衬树脂材料显示出优良的机械性能。但日本功用事业用其作纺织衬层作衬底再用LLDPE作树脂层发现了问题，因为LLDPE是硬度指标为50，不具有满意的弹性，因此在翻衬时在通常情况下LLDPE翻转困难，如果增加流体压力，传动带拉力增大可能使纺织内衬层破裂。在这种翻衬方法中，内衬材料通过翻转贴在管道内壁，最后通过蒸汽加热使得内衬层与管道间的粘合剂熔化，由于LLDPE耐热性不好，使得部分树脂层熔化形成针眼漏洞。于是仍有问题有待解决。

从以上所述可知仍需发展一种新的管状内衬材料来克服以上提到的缺点。

发明的简短摘要：

因此提供新的内衬材料符合检验条款是一个目标。

另一个目标是提供弹性好，耐热性好能克服以上缺点的新的引用水管道内衬材料。

另一个目标提供含有不同比例合成树脂的内衬树脂层，提高机械性能，并能满足城市引用水管道的其他要求。

深一步的目标是提供管状纺织内衬材料与树脂层具有良好的粘合性。

目标是发明一种能够对城市引用水管道进行修复的内衬材料。

目标是发明的特点与优点能在以下的描述中变清晰。

结果由于发明者广泛的研究，发现用LLDPE与一定比例的苯乙烯-乙烯-丁烯(SEBS)混合，树脂混合物是具有良好的机械性能，弹性好，抗压裂性好，耐高温，耐腐蚀性好，发明在以上基础上完成。

发明的详细的描述

提供了一种城市管道内衬材料，由经纬纱交织形成纺织管状物，涂一层不可渗透弹性合成树脂，在内衬内层有一层粘合剂，翻转后粘合剂介于内衬层与管道间。由合成纤维长丝与纱线经纬交织形成管状物，弹性合成树脂由聚乙烯树脂(60-40%)与SEBE(40-60%)合成，抗压裂时间至少1000小时，合成树脂浸渍在纺织管状物缝隙里。

聚乙烯树脂抗压裂时间至少1000小时，大部分从LLDPE中迭出，密度为0.920-0.930g/cm3,交键聚乙烯树脂密度为0.920-0.930g/cm3，HDPE密度为0.950-0.960g/cm3。

总之聚乙烯密度越高耐久性越高，密度越低弹性越好。因此HDPE与MDPE弹性不好，LDPE抗压裂性不好，但弹性好。而LLDPE(主要成分为聚乙烯)一种共聚石蜡具有耐腐蚀与抗压裂性好，弹性好。LLDPE的性能：拉伸强度330 Kg/cm3，拉伸率740%，软化温度100℃，熔化温度120℃，硬度50，抗压裂时间至少1000小时。

交键聚乙烯密度为0.920-0.930g/cm3，它可与LLDPE有一样的用处，把其线性结构变为网状结构，方法是在熔点温度下用有机过氧化物或氢化过氧化物化学结合，例如用电子油门发动交键线性聚乙烯分子，通过改性，LDPE能明显提高其拉伸强力从而具有抗压裂性能。

除了LLDPE和交键聚乙烯，HDPE密度为0.950-0.960g/cm3也可以有一样的用处，HDPE在平常温度下有机金属复合材料作催化剂由乙烯聚合制得，密度为0.940-0.960g/cm3。与其他聚乙烯相比，HDPE耐高温;机械性能好，拉伸强力370Kg/cm3，伸缩率400%，熔点130℃，抗压裂时间1000小时左右，硬度60。发明中，应用的聚乙烯树脂能从各种聚乙烯中选择，这归功于结合SEBS术语“抗压裂”是指在持续扭曲(JISK-6760)下抗压裂实验一个评价标准，在持续扭曲下，产生裂缝的时间。这个指标对评价用于城市引用水管道的内衬材料树脂层是质量非常重要。

SEBS是发明中合成树脂另一组成分，通过SEBS氢化剩余共聚而成，SEBS是饱和热塑性弹性体，具有很好的弹性。使其适合用于合成树脂。但另一方面SEBS抗压裂性差，因此又不适合作树脂内衬层。总之，市场上的SEBS添加了一些附加物，如聚乙烯或油性物质，目的是增加抗压裂性，柔软性和促进树脂在铸模时的流动性。但是这些附加物特别是聚乙烯中的稳定剂与油性物质污染水源。因此不能从市场上的SEBS作为城市引用水管道的内衬材料。所以SEBS必须从聚乙烯与有害附加物中提纯，或者不从市场上的产品提纯而是组合单体合成形成的聚乙烯与油性物质中获得SEBS。

这个发明中，应用的合成树脂由聚乙烯与SEBS合成，聚乙烯弹性小，SEBS的抗压裂性不好，但经合成把每种成分的优点获得了。所以被应用的弹性合成树脂具有弹性好，耐久性好，耐腐蚀，拉伸强力高，抗压裂性好。而且这种合成树脂具有耐挤压，抗高温。为了得到满意的效果，聚乙烯与SEBS合成比例特殊。原则上聚乙烯含60-40%，SEBS40-60%，最好时50：50。如果聚乙烯树脂的比例超过60%，则合成树脂变硬，弹性变小，使翻衬工作变得困难，另一方面，如果聚乙烯树脂的比例少于40%，弹性增加，但抗压裂性小，因此合成树脂不可用。

在发明中用聚乙烯树脂与SEBS合成的弹性合成树脂抗压裂时间至少1000小时，硬度40，优良的抗挤压性，如MFR标准(JISK-6760)中1-2g/10分钟，如果MFR标准值太高，树脂分子定向分布，结果使其抗压裂性变差。

弹性合成树脂以合适的方法涂在纺织管状衬层的外层，在翻衬用气压膨状时，树脂熔化固定在纺织管状衬层上。纺织管内衬由合成纤维长丝或纱线经纬交织而成，由于树脂挤压，纺织管状内衬出现缝隙，使得树脂浸渍在其结构内部。

涂在纺织内衬材料上树脂层的厚度因各种因素发生变化，主要是由管状内衬材料厚度决定，厚度范围为0.3到1. 8毫米，最佳厚度为0.3到1.5毫米.最好为0.8-1.2毫米。比如纺织内衬层200毫米(直径)。则树脂层0.到1.0毫米，最好为0.5到0.8毫米。如果太薄，在>翻转的时到候，可能有针孔或者机械损伤。

管状纺织内衬可以由经纬纱线交织得到，术语“交织”包括“机织”和“针织”。发明中经纬纱线交织得到的管状纺织内衬与树脂相溶性好，因为纱线蓬松容易浸渍树脂。合成树脂不与纱线发生化学反应，因此它们化学相溶性不好，但是物理相溶性好。尽管纺织内衬层只用纱线织得，但粘结强力还可以进一步提高。但是由于纱线强力不够，作内衬材料抗压强力不够，除非用大量合股的细纱。纺织内衬层强力不够但是与树脂的相溶性好。长丝与纱线的比例可以根据抗压强力发生改变。如果在经纬向都用长丝，则纺织内衬在经纬向的强力都会提高.

发明可以在附图中看得更明白。

图一是城市用水管道内衬材料的透视图。

图二显示纺织管状内衬层与其上的树脂层

图1.2中 ，1表示纺织管状内衬2 弹性合成树脂 3 经纱 4 纬纱

聚酯纤维纱线用在经纬纱线或者合成纤维长丝部分或者全部用在经纬向。合成树脂由聚乙烯树脂(60-40%)与SEBS(40-60%，具有抗压裂时间至少1000小时)合成。

例如：城市饮用水管道直径为200mm，纺织内衬材料：经纱638根，每根经纱由2根100旦聚酯长丝合股加4个捻度形成。20号4股(每股2.0-2.5捻/英寸)加2个捻得到1000旦纬纱。图1.2所示。

弹性树脂通过挤压溶化浸渍在纺织管状内衬里。纺织组织内部由于挤压产生缝隙使得弹性树脂浸渍在结构里。树脂层的厚度可以调整。图一所示为涂有树脂的内衬材料。

图二树脂层完全浸渍在纺织内衬层中，除了固化使得树脂层与纺织内衬层粘合外，由合成纤维经纬长丝交织的纺织内衬对树脂也有相溶性。

纱线用在纬纱上，但是纱线也可部分或全部用在经纬纱上，而且，纱线也可以部分或全部由仿制纱线代替。因此大量长丝可根据最终目的、内衬尺寸选择使用。例如对城市饮用水管道直径在400mm或更大情况下，选用强力丝作经纬纱可以使得抗压强力增大。

通过挤压使得树脂浸渍在纺织内衬层上的合成树脂与比较样品将以例子出现，各种检验条款见表1。合成树脂由聚乙烯树脂与SEBS合成，比较样品也由聚乙烯与SEBS合成，结果见表1

样品1管状内衬材料，树脂由LLDPE(日本)：SEBS(日本)=50：50

样品2交键聚乙烯树脂(日本)：SEBS(德国)=50：50

样品3HDPE(日本)：SEBS(德国)=50：50

比较样品1树脂层只含LLDPE(日本)

比较样品2树脂层只含HDPE(日本)

比较样品3树脂层只含SEBS(日本)

以下是对表1检验条款的简短说明：

硬度：由ShoreD硬度标准测定(JISO-2240)

密度：按JISK-7112测定

拉伸强力：按ASTMD-6381测定

拉伸率：按ASTMD-6381测定

抗压裂性能：按ASTMD-1693测定

树脂熔点：按ASTMD-2117测定

氯残余含量：按JWWAK-115测定

树脂中高锰酸钾消耗钾含量：按JWWAK-115测定

内衬材料的翻转：翻转时内衬材料需要的压力