一種非開挖管道修復用織物增強復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非開挖管道修復用織物增強復合材料及其制備方法，涉及復合材料的制備，其特征在于，采用滌綸針刺非織造布、自制機織物和熱塑性氨綸彈性體為原料，先進行熱壓成型工藝處理，再經(jīng)VARI成型工藝灌注樹脂，制備得非開挖管道修復用織物增強復合材料，該方法加工的復合材料機械性能非常遠超過同類復合材料，可應用于不同直徑的城市供水管道、排水管道、電力管道、熱力管道的修復翻新改造等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種非開挖管道修復用織物増強復合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明涉及一種非開挖管道修復用織物增強復合材料及其制備方法，用于城市的 非開挖管道修復。
【背景技術(shù)】：
[0002] 城市的生存與發(fā)展需要供應水、氣、油、電以及排泄污水、洪澇等功能都需要管道 來完成，為了不干擾人們的生活，這些管道常鋪設(shè)于地下，稱為地下管道，這些管道按照其 功能可分為:燃氣管道、供水管道、排水管道、電力管道、熱力管道、及電視、電話、網(wǎng)絡電纜 或者光纜等。城市埋地管道投入使用15~20年后，就進入了事故高發(fā)期，有計劃地開展對舊 管道的修復已刻不容緩。采取非開挖手段解決現(xiàn)代管網(wǎng)改造中的開挖問題，減少管網(wǎng)改造 帶來的負面影響是城市建設(shè)以及現(xiàn)代社會生活的強烈要求。
[0003] 目前，采用軟管內(nèi)襯法修復技術(shù)適應性強、質(zhì)量可靠，可以做到在不開挖地表的條 件下，采用纖維材料制作非織造布，將其進行防滲附膜處理并縫合成管狀，然后浸漬樹脂， 采用翻轉(zhuǎn)法利用氣壓或水壓使之襯于舊管道內(nèi)壁上，一定壓力下常溫或加熱固化后形成內(nèi) 壁光滑的復合材料內(nèi)襯管，從而完成對舊管道的保護與修復。非開挖修復技術(shù)是一種施工 快、成本低、局部開挖的環(huán)保型修復技術(shù)，采用非開挖修復技術(shù)對受損的管道進行修復施工 引起國內(nèi)外學者的關(guān)注，然而內(nèi)襯材料在翻轉(zhuǎn)過程中需要承受復雜的應變與腐蝕，開發(fā)一 種防滲透且力學性能良好的非開挖管道修復用織物增強復合材料具有一定的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的第一方面目的是提供一種防滲效果和機械性能優(yōu)良的非開挖管道修復 用織物增強復合材料。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
[0006] -種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其特征在于:選擇滌綸針刺非織造布 作為復合材料的基體，機織物作為復合材料的增強體，采用熱塑性氨綸彈性體和耐高溫AB 膠環(huán)氧樹脂作為防滲膜。
[0007] 進一步的設(shè)置在于：
[0008] 所述滌綸針刺非織造布：斷裂應力7.3MPa，斷裂伸長率60.7 %，厚度3.9mm，重量 448g/m2。
[0009] 所述熱塑性氨綸彈性體:厚度0.06mm，重量83.8g/m2，耐油、耐水、耐磨、化學惰性 強，溫度適應范圍在-55~150°C條件下長期使用，粘結(jié)強力高，密封能力好。
[0010]所述耐高溫AB膠環(huán)氧樹脂為E44-環(huán)氧樹脂/650固化劑，為使樹脂更好地浸潤在織 物中，在環(huán)氧樹脂、固化劑中加入適量的稀釋劑，以增加樹脂的流動性，稀釋劑為無水乙醇， 環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑的質(zhì)量配比為100:60:20。
[0011]所述機織物的經(jīng)煒密度為100X60根/10cm，經(jīng)煒紗均采用新型紗線，紗線皮層為 PVC和碳酸鈣，芯層為滌綸長絲，紗線的線密度3820dtex，斷裂強度2. OcN/dtex。
[0012] 本發(fā)明第二方面的目的是提供一種非開挖管道修復用織物增強復合材料的制備 方法，其特征在于，包括以下步驟:采用滌綸針刺非織造布、機織物和熱塑性氨綸彈性體為 原料，先進行熱壓成型工藝處理，再經(jīng)VARI成型工藝灌注樹脂，制備得非開挖管道修復用織 物增強復合材料。
[0013] 進一步的設(shè)置在于：
[0014] 所述熱壓成型工藝:在模具中依次平鋪放入滌綸針刺非織造布、機織物和熱塑性 氨綸彈性體，進行熱壓成型，得到熱壓成型復合材料。
[0015] 所述熱壓成型工藝中：
[0016] 滌綸針刺非織造布：斷裂應力7.3MPa，斷裂伸長率60.7 %，厚度3.9mm，重量448g/ m2；
[0017] 熱塑性氨綸彈性體:厚度0.06mm，重量83.8g/m2，耐油、耐水、耐磨、化學惰性強，溫 度適應范圍在-55~150 °C條件下長期使用，粘結(jié)強力高，密封能力好；
[0018] 機織物的經(jīng)煒密度為100 X 60根/10cm，經(jīng)煒紗均采用新型紗線，紗線皮層為PVC和 碳酸媽，芯層為滌纟侖長絲，紗線的線密度3820dtex，斷裂強度2. OcN/dtex。
[0019] 所述熱壓成型工藝:選擇7層熱塑性氨綸彈性體與1層滌綸針刺非織造布、1層機織 物經(jīng)過熱壓復合，機織物的經(jīng)煒密度為100X60根/10cm，熱壓復合工藝為:壓強為5MPa，溫 度為140°C，時間為300s，制備的熱壓成型復合材料，斷裂應力達到了35.3MPa，斷裂伸長率 在 25.4%。
[0020] 所述VARI成型工藝：將前述制備的熱壓成型復合材料置于VARI成型裝置中，通過 真空栗抽真空加載負壓力，將樹脂膠液注入成型裝置中，利用樹脂膠液的流動、滲透，將樹 脂膠液均勻地浸漬在增強織物中，然后室溫下固化，即得非開挖管道修復用織物增強復合 材料；
[0021] 所述的樹脂膠液為環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑，環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑的配比 選擇100:60:20，固化時間為9小時。
[0022] -種非開挖管道修復用織物增強復合材料的制備方法，其特征在于:選擇為1層滌 綸針刺非織造布、1層機織物、7層熱塑性氨綸彈性體，機織物的經(jīng)煒密度為100 X 60根/ l〇cm，先采用熱壓機進行熱壓成型處理，熱壓成型處理條件為:熱壓壓力5MPa、熱壓溫度140 °C、熱壓時間300s，然后再通過VARI工藝處理，VARI工藝處理條件為:環(huán)氧樹脂、固化劑和稀 釋劑的質(zhì)量配比為100 :60: 20，固化時間為9小時，即制備得非開挖管道修復用織物增強復 合材料，斷裂應力46 · 8MPa，斷裂伸長率在15 · 1 %。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
[0024] 1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題主要有兩個方面，一是通過優(yōu)化制備工藝，開發(fā)機械 性能和防滲效果良好的非開挖管道修復用織物增強復合材料;二是研究增強體組織結(jié)構(gòu)對 非開挖管道修復用復合材料的影響，通過織物組織結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，開發(fā)機械性能優(yōu)異的 的復合材料。
[0025] 2、本方法以滌綸針刺非織造布作為復合材料的基體，機織物作為復合材料的增強 體，采用熱熔性能較好的熱塑性氨綸彈性體(TPU)和耐高溫AB膠環(huán)氧樹脂(E44-環(huán)氧樹脂/ 650固化劑)作為防滲膜，經(jīng)熱壓成型和真空輔助成型(VARI)聯(lián)合工藝開發(fā)機械性能優(yōu)良的 非開挖管道修復用復合材料，該方法加工的復合材料機械性能非常遠超過同類復合材料， 可應用于不同直徑的城市供水管道、排水管道、電力管道、熱力管道的修復翻新改造等領(lǐng) 域。
[0026]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
【附圖說明】：
[0027]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的熱壓復合工藝示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明熱壓復合工藝處理后的實物圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明VARI成型工藝示意圖。
[0031]圖中標號：11為滌綸針刺非織造布；12為機織物；13為TPU; 20為導流網(wǎng)；21為脫模 布;22為熱壓成型復合材料;23為真空袋薄膜;24為模具裝備;25為樹脂注入;26為多余樹脂 輸出。
【具體實施方式】：
[0032] 如圖1-圖4所示，本發(fā)明的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，選擇滌綸針 刺非織造布作為復合材料的基體，機織物作為復合材料的增強體，采用熱塑性氨綸彈性體 和耐高溫AB膠環(huán)氧樹脂作為防滲膜。
[0033] 前述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其制備方法如下：
[0034] 1、材料選擇：
[0035]選擇滌綸針刺非織造布作為復合材料的基體，不同規(guī)格的自制機織物作為復合材 料的增強體，采用熱熔性能較好的熱塑性氨綸彈性體(THJ)和耐高溫AB膠環(huán)氧樹脂(E44-環(huán) 氧樹脂/650固化劑)作為防滲膜，其中：
[0036] 滌綸針刺非織造布：斷裂應力7.3MPa，斷裂伸長率60.7 %，厚度3.9mm，重量448g/ m2〇
[0037]熱塑性氨綸彈性體(TPU):厚度0.06mm，重量83.8g/m2，其特點是耐油，耐水，耐磨， 化學惰性強，溫度適應范圍可在-55~150°C條件下長期使用，粘結(jié)強力高，密封能力好。 [0038]耐高溫AB膠環(huán)氧樹脂(E44-環(huán)氧樹脂/650固化劑），為使樹脂更好地浸潤在織物 中，需加入適量的稀釋劑(無水乙醇），以增加樹脂的流動性，稀釋劑的添加量過多，則延緩 樹脂固化時間，若稀釋劑的添加過少，則不利于樹脂的流動，所以一般稀釋劑的質(zhì)量分數(shù)為 10%。環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑的質(zhì)量配比優(yōu)選為100:80:20。
[0039]機織物的經(jīng)煒密度為100X60根/10cm，經(jīng)煒紗均采用新型紗線，紗線皮層為PVC (聚氯乙稀)和碳酸1丐，芯層滌纟侖長絲，紗線的線密度3820dtex，斷裂強度2.0cN/dtex。
[0040] 2、機織物的增強工藝：
[0041] 本發(fā)明創(chuàng)新的采用了機織物增強工藝:在作為基體的滌綸針刺非織造布中，加入 了自制機織物，自制機織物的經(jīng)煒紗均采用新型紗線，紗線皮層為PVC(聚氯乙烯）和碳酸 鈣，芯層滌綸長絲，紗線的線密度3820dtex，斷裂強度2. OcN/dtex。紗線在SGA598型半自動 小樣機上織造，具體參數(shù)如表所示1。
[0042]表1、不同織物組織規(guī)格及性能
[0043]
- ο
[0044] 從表1數(shù)據(jù)可以看出：當經(jīng)紗根數(shù)一定時，隨著煒紗根數(shù)的增加，織物的煒向斷裂 應力增加，織物徑向的斷裂應力開松時也增加，但是煒紗根數(shù)超過60根/10cm，織物徑向的 斷裂應力會有所下降。因此優(yōu)選織物的經(jīng)煒密度為100 X 60根/10cm。
[0045] 3、熱壓成型工藝：
[0046] 如圖2所示的熱壓成型工藝:依次平鋪放入滌綸針刺非織造布11、自制機織物12和 熱塑性氨綸彈性體(TPU)13,經(jīng)過XLB型熱壓機熱壓復合后，得到織物增強復合材料。
[0047]為了優(yōu)選熱壓的壓強、溫度和時間，選用L9(34)正交表格，以壓強、溫度和時間為3 因子，每個因子分3個水平進行試驗，試驗采用1層針刺非織造布、1層自制機織物(經(jīng)煒密度 為100X60根/10cm)和3層TPU復合，以材料的經(jīng)向斷裂應力為綜合指標對熱壓工藝進行優(yōu) 化，因子水平表如表2所示和正交試驗極差分析表如表3所示。
[0048] 表2、因子水平表
[0049]
[0050] 。
[00511表3、正交試驗極差分析
[0052]
[UUDJJ
。
[0054]正交試驗極差分析結(jié)果如表3所示:從綜合指標斷裂應力判定，3個因子對其影響 程度大小順序為時間〉溫度〉壓強，熱壓成型復合材料的最優(yōu)熱壓工藝為：壓強5MPa，溫度 140°C，時間為300s。通過補充試驗，得到熱壓成型復合材料的經(jīng)向斷裂應力達到了 27.9MPa，說明正交試驗優(yōu)化熱壓成型工藝較為合理。
[0055] 經(jīng)XLB型熱壓機處理(實驗條件為最佳工藝:壓強5MPa、溫度140 °C和時間300s)后 的復合材料如圖3所示。
[0056] 4、TPU含量對復合材料的影響：
[0057]根據(jù)本發(fā)明的復合工藝，復合材料選擇采用1層針刺非織造布、1層自制機織物(經(jīng) 煒密度為100X60根/10cm)和TPU經(jīng)過熱壓而成，測試不同TPU含量的復合材料的經(jīng)向拉伸 性能如表4。
[0058]表4、復合材料的拉伸性能及厚度
[0059]
[0060]
[0061]從表4中可以看出：隨著TPU含量的增加，復合材料的斷裂應力得到提高而斷裂伸 長率隨之下降，但當THJ層數(shù)超過7層時，復合材料的力學性能變化不明顯。因此從復合材料 的力學性能及制作成本考慮，選擇7層TPU與1層針刺非織造布、1層自制機織物(經(jīng)煒密度為 100 X 60根/10cm)經(jīng)過熱壓復合，復合材料的斷裂應力達到了 35.3MPa，斷裂伸長率在 25.4%〇
[0062] 5、真空輔助成型(VARI)工藝：
[0063]真空輔助成型(VARI)工藝是一種成本較低的復合材料成型技術(shù)，其原理是在常溫 下，真空栗抽真空加載負壓力，利用樹脂的流動、滲透，實現(xiàn)樹脂均勻地浸漬在織物中，固化 后形成一種新型復合材料。
[0064]真空輔助成型(VARI)工藝示意圖如圖4所示：（1)、模具的準備:將熱壓成型復合材 料22、脫膜布21、導流網(wǎng)20、真空袋薄膜23按照工藝要求依次放置于模具中，然后用密封膠 帶將兩層真空袋薄膜粘結(jié)防止漏氣；（2)、樹脂膠液的制備:樹脂膠液選擇環(huán)氧樹脂、固化劑 和稀釋劑，環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑的質(zhì)量配比選擇100:60:20; (3)、樹脂膠液的灌注:開 啟真空栗抽取空氣，當壓力值穩(wěn)定在-0. 〇8MPa時，將樹脂膠液注入成型裝置中，使樹脂膠液 均勻地浸漬在增強織物中；（4)、真空袋薄膜的剝離:剝離上層的真空袋薄膜23,然后在室溫 固化，最后剝離導流網(wǎng)20和脫膜布21，得到本發(fā)明的非開挖管道修復用織物增強復合材料。 [0065]本發(fā)明的樹脂膠液選擇采用耐高溫AB膠環(huán)氧樹脂(E44-環(huán)氧樹脂/650固化劑），并 加入適量的稀釋劑(無水乙醇），稀釋劑的質(zhì)量分數(shù)為10%。樹脂固化時間在VARI工藝中對 試樣的制備時間和復合材料在修復后固化成型是一個關(guān)鍵因素，因此對環(huán)氧樹脂、固化劑 和稀釋劑采用不同配比，混合均勻后抽真空，在室溫下觀察樹脂固化時間，具體如表5所示。
[0066] 表5、樹脂膠液配比及固化時間測試結(jié)果
[0067]
[0068] E
[0069]如表5所示:在室溫條件下，混合體系中固化劑的含量越大，樹脂的固化時間越快。 這是因為固化劑的伯胺和仲胺對環(huán)氧樹脂的固化作用是由氮原子上的活潑氫打開環(huán)氧基 團，使之交聯(lián)固化，這種交聯(lián)固化作用的強弱與固化劑的含量多少成正比。一方面為提高生 產(chǎn)效率，樹脂的固化時間應在滿足試驗的前提下盡可能短，另一方面固化劑比環(huán)氧樹脂價 格高，故從經(jīng)濟效益和固化時間兩個方面考慮，本發(fā)明選擇:環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑的 配比選擇100:60:20，固化時間為9小時。
[0070] 6、產(chǎn)品檢測：
[0071]本發(fā)明的復合材料選擇為1層滌綸針刺非織造布、1層機織物（100X60根/10cm)、7 層熱塑性氨綸彈性體(TPU)，先采用熱壓機熱壓處理(處理條件優(yōu)選為熱壓壓力5MPa、熱壓 溫度140°C、熱壓時間300s)，然后再通過真空輔助成型(VARI)工藝處理(環(huán)氧樹脂、固化劑 和稀釋劑的質(zhì)量配比為100:60:20)，將本發(fā)明制備的復合材料，進行經(jīng)向斷裂應力和斷裂 伸長率的檢測，并與滌綸針刺非織造布、自制機織物等進行對照如表6所示。
[0072] 表6、材料的拉伸性能 [0073]
[0074」
。
[0075] 表6中：1#表示滌綸針刺非織造布，2#表示自制機織物（100 X 60根/10cm)，3#表示 一層滌綸針刺非織造布、一層自制機織物（100X60根/10cm)、7層TPU經(jīng)熱壓成型的復合材 料，4#表示一層滌綸針刺非織造布、一層自制機織物（100 X60根/10cm)、7層TPU聯(lián)合工藝依 次經(jīng)過熱壓成型和真空輔助成型(VARI)聯(lián)合工藝處理得到的復合材料。
[0076]由表6可知，經(jīng)熱壓成型處理制成的復合材料(3#)的斷裂應力達到了35.3MPa，其 斷裂伸長率為25.4%;經(jīng)過熱壓工藝和真空輔助成型(VARI)工藝聯(lián)合制成的復合材料(4#) 的斷裂應力達到了 46.8MPa，其斷裂伸長率為15.1%。因此，復合材料經(jīng)過熱壓處理和真空 輔助成型(VARI)聯(lián)合工藝處理的復合材料，斷裂應力遠遠高于僅經(jīng)過熱壓處理工藝所制得 的復合材料力學性能最優(yōu)。
【主權(quán)項】
1. 一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其特征在于:選擇滌綸針刺非織造布作 為復合材料的基體，機織物作為復合材料的增強體，采用熱塑性氨綸彈性體和耐高溫AB膠 環(huán)氧樹脂作為防滲膜。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其特征在于:所述 滌綸針刺非織造布：斷裂應力7.3MPa，斷裂伸長率60.7%，厚度3.9mm，重量448g/m 2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其特征在于:所述 熱塑性氨綸彈性體:厚度0.06 mm，重量83.8 g/m2，耐油、耐水、耐磨、化學惰性強，溫度適應 范圍在-55~150 °C條件下長期使用，粘結(jié)強力高，密封能力好。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其特征在于:所述 耐高溫AB膠環(huán)氧樹脂為E44-環(huán)氧樹脂/650固化劑，為使樹脂更好地浸潤在織物中，在環(huán)氧 樹脂、固化劑加入適量的稀釋劑，以增加樹脂的流動性，稀釋劑為無水乙醇，環(huán)氧樹脂、固化 劑和稀釋劑的質(zhì)量配比為100:60:20。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其特征在于:所述 機織物的經(jīng)煒密度為100 X 60根/10cm，經(jīng)煒紗均采用新型紗線，紗線皮層為PVC和碳酸鈣， 芯層為滌綸長絲，紗線的線密度3820 dtex，斷裂強度2.0 cN/dtex。6. -種非開挖管道修復用織物增強復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 采用滌綸針刺非織造布、自制機織物和熱塑性氨綸彈性體為原料，先進行熱壓成型工藝處 理，再經(jīng)VARI成型工藝灌注樹脂，制備得非開挖管道修復用織物增強復合材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料的制備方法，其特 征在于:所述熱壓成型工藝:在模具中依次平鋪放入滌綸針刺非織造布、機織物和熱塑性氨 綸彈性體，進行熱壓成型得到熱壓成型復合材料。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料，其特征在于:所述 熱壓成型工藝:選擇7層熱塑性氨綸彈性體與1層滌綸針刺非織造布、1層機織物經(jīng)過熱壓復 合，機織物的經(jīng)煒密度為100X60根/10cm，熱壓復合工藝為:壓強為5 MPa，溫度為140 °C， 時間為300s，制備的熱壓成型復合材料，斷裂應力達到了 35.3MPa，斷裂伸長率在25.4%。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料的制備方法，其特 征在于:所述VARI成型工藝:將制備的熱壓成型復合材料置于VARI成型裝置中，通過真空栗 抽真空加載負壓力，將樹脂膠液注入成型裝置中，利用樹脂膠液的流動、滲透，將樹脂膠液 均勻地浸漬在增強織物中，然后室溫下固化，即得非開挖管道修復用織物增強復合材料； 所述的樹脂膠液為環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑，環(huán)氧樹脂、固化劑和稀釋劑的配比選擇 100:60:20，固化時間為9小時。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種非開挖管道修復用織物增強復合材料的制備方法，其特 征在于:選擇為1層滌綸針刺非織造布、1層機織物、7層熱塑性氨綸彈性體，機織物的經(jīng)煒密 度為100X60根/10cm，先采用熱壓機進行熱壓成型處理，熱壓成型處理條件為：熱壓壓力 5MPa、熱壓溫度140 °C、熱壓時間300s，然后再通過VARI工藝處理，VARI工藝處理條件為：環(huán) 氧樹脂、固化劑和稀釋劑的質(zhì)量配比為100:60:20,固化時間為9小時，即制備得非開挖管道 修復用織物增強復合材料，復合材料的斷裂應力46.8MPa，斷裂伸長率在15.1%。
【文檔編號】B29C70/02GK105856584SQ201610231770
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】奚柏君, 孫西超
【申請人】紹興文理學院