DE69131474T3

DE69131474T3 - Material und Verfahren zum Beschichten von Rohren

Info

Publication number: DE69131474T3
Application number: DE69131474T
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Otsu-shi Imoto; Masahiro Nishinomiya-shi Seshimo; Futoshi Otsu-shi Makimoto; Eiji Fushimi-ku Kyoto-shi Kitagawa
Original assignee: Ashimori Industry Co Ltd; Ashimori Engineering Co Ltd
Current assignee: Ashimori Industry Co Ltd; Ashimori Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1991-04-04
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2011-04-05
Also published as: US5186987A; EP0454309A3; DE69131474T2; EP0454309B1; EP0454309B2; CA2040186C; DE69131474D1; ES2136597T3; JP2736368B2; DK0454309T4; CA2040186A1; JPH03292127A; ATE182518T1; EP0454309A2; AU646851B2; AU7404891A; DK0454309T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Auskleidungsmaterial für Rohre, insbesondere Rohre wie z. B. im Erdreich verlegte Kanalisationsrohre, wobei das Material in der Lage ist, als Auskleidung ein starkes Innenrohr aus fasergewebeverstärktem Kunststoff zu bilden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Versehen der Rohrleitungen mit derartigem fasergewebeverstärktem Kunststoff. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Auskleidungsmaterial für Rohre, die bereits hergestellt und erdverlegt sind, z. B. Gasrohre, Trinkwasserrohre und Kanalisationsrohre, um sie zu reparieren oder zu verstärken, umfassend einen schlauchförmigen Kunststoff-Film, der mit einer spezifischen Fasergewebematte überzogen ist, die mit einem härtbaren Harz und einem Deckfilm imprägniert ist, sowie ein Verfahren zum Versehen der Rohrleitungen mit einer derartigen fasergewebeverstärkten Kunststoffauskleidung, umfassend das Einführen des Auskleidungsmaterials in die Rohrleitungen, Aufbringen des Auskleidungsmaterials auf die Innenfläche der Rohrleitungen unter innerem Druck, der von einem Druckfluid ausgeübt wird, das in die Rohrleitung eingeleitet wird, und das Härten des Harzes durch Erhitzen.
Verschiedene Auskleidungsmaterialien sind zur Reparatur oder Verstärkung von Rohrleitungen bekannt. Speziell ist ein Auskleidungsmaterial aus einer Matte aus faserförmigem Material, das mit einem härtbaren Harz imprägniert ist, z. B. aus den JP-A-51-40595 und 58-9317 bekannt. Das in der JP-A-51-40595 geoffenbarte Auskleidungsmaterial (nachstehend als Ref. 1 bezeichnet) umfaßt – wie aus den 1–5 und 8 ersichtlich – eine Matte oder schlauchförmige Matte aus starkem faserförmigem Material, wie z. B. Glasfasern, die mit einem flüssigen wärmehärtbaren Harz imprägniert sind, das sandwichartig zwischen einem inneren schlauchförmigen Kunststoff-Film und einem äußeren Kunststoff-Film eingeschlossen ist. Das Auskleidungsmaterial wird nach dem Abschälen des äußeren Kunststoff-Films in das Rohr eingeführt und aufgeblasen, um mit der Innenfläche des Rohrs in engen Kontakt zu treten, und das wärmehärtbare Harz gehärtet, um eine faserverstärkte Kunststoff-(FRP-)Auskleidung auf der Innenfläche des Rohrs zu bilden. Der innere schlauchförmige Kunststoff-Film kann durch Abziehen nach Abschluß der FRP-Auskleidung entfernt werden (Spalte 12, Zeilen 2–4, Ref. 1).
Eine Matte oder schlauchförmige Matte aus starkem faserförmigem Material, das mit einem flüssigen wärmehärtbaren Harz imprägniert ist, das üblicherweise zwischen dem inneren und äußeren Kunststoff-Film eingeschoben ist und in einem bestimmten Zustand erhitzt wird, um das flüssige Harz einzudicken, wird als Sheet Moulding Compound ("SMC") bezeichnet. In diesem Fall dienen zwei Kunststoff-Filme auf den Vorderflächen der harzimprägnieren Matte dazu, die Verdampfung des härtbaren Harzbestandteils, z. B. des monomeren Styrols in der Matte, zu verhindern.
Im in Ref. 1 geoffenbarten Auskleidungsmaterial wird zunächst eine Glasfasermatte auf einem Kunststoff-Film ausgebreitet und mit einem härtbaren Harz imprägniert, um einen härtbaren FRP zu bilden, d. h. einen FRP, der noch nicht gehärtet ist und über den anschließend ein schlauchförmiger Film gelegt wird (siehe 2). Die Enden des härtbaren FRP werden auf dem schlauchförmigen Film so gefaltet, daß er mit dem härtbaren FRP umhüllt ist, wobei die seitlichen Endabschnitte des härtbaren FRP überwickelt werden (4). Der härtbare FRP in Form eines Schlauchs wird dann mit dem äußeren Kunststoff-Film umwickelt (dessen Material so gewählt wird, daß er leicht – z. B. durch Abziehen – entfernbar ist) und das so erhaltene Verbundrohr schließlich erhitzt, um den härtbaren FRP einzudicken, wodurch ein schlauchförmiger Gegenstand erhalten wird (5).
Das Auskleidungsmaterial von Ref. 1 ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß beim Einführen in das Rohr infolge des Reibungswiderstands geen die Innenfläche des Rohrs eine starke Kraft auf die SMC ausgeübt wird, sodaß die SMC lokal gereckt wird, wodurch sich ihre Dicke verringert oder sie in extremen Fällen bricht. Insbesondere besitzt die SMC im noch nicht gehärteten Zustand geringe Zugfestigkeit und kann leicht verformt werden.
Ein weiterer Nachteil von SMC besteht darin, daß sie nicht reckbar ist. Beim Aufbringen des Auskleidungsmaterials wird dieses üblicherweise so ausgebildet, daß seine Um fangslänge etwa der inneren Umfangslänge des zu behandelnden Rohrs entspricht. Wenn das in das Rohr eingesetzte Auskleidungsmaterial aufgeblasen wird, um es gleichmäßig in engen Kontakt mit der Innenfläche des Rohrs zu bringen, stehen jedoch nicht alle Teile der Außenfläche des Auskleidungsmaterials immer mit der korrekten Position der Innenfläche des Rohrs in Kontakt, selbst wenn das Auskleidungsmaterial gleichmäßig aufgeblasen wird. Der Teil des Auskelidungsmaterial, der anfänglich mit der Innenfläche des Rohrs in Kontakt gebracht wird, ist infolge von Reibungswiderstand nicht in die korrekte Position verschiebbar, sodaß das Auskleidungsmaterial infolge von Verformung und Auftreten lokal loser Abschnitte Faltenbildung zeigen kann. Der Abschnitt des Auskleidungsmaterials, der schließlich nicht an der Innenfläche der Rohrleitung befestigt wird, ist deutlich länger, sodaß der schwache Abschnitt des Auskleidungsmaterials zumeist reißt, da SMCs nicht dehnbar sind.
Das in der JP-A-58-9317 (nachstehend als Ref. 2 bezeichnet) geoffenbarte Auskleidungsmaterial umfaßt SMC, die in sandwichartiger Weise zwischen einem schlauchförmigen Außenfilm und einem speziellen schlauchförmigen Innenfilm eingeschoben ist, umfassend eine Deckschicht, die leicht von der SMC abgelöst werden kann, und eine Innenschicht, die sehr feuchtigkeitsbeständig ist. Ref. 2 offenbart als spezifisches Beispiel für den schlauchförmigen Innenfilm einen Film mit einer Außenschicht aus Polyamid, Polyester oder einem Fluorharz und einer Innenschicht aus Polyvinylchlorid, Polyester, Polyolefin oder einem Fluorharz, einen Film mit einer Außenschicht aus Polyamid und einer Innenschicht aus Polyolefin (Spalte 2–3, Ref. 2) und insbesondere einen Film mit einer Außenschicht aus Nylon 6-Film und einer Innenschicht aus einem laminierten Film aus Nylon 6 und Polyethylen (Tabelle 4).
Ref. 1 und Ref. 2 zeigen, daß sich SMC als Material zum Auskleiden von Rohrleitungen eignet und in der letzten Stufe in FRP umgewandelt wird, obwohl hinsichtlich der Struktur des inneren Kunststoff-Films einige Unterschiede zwischen selbigen bestehen. Demzufolge sind die Beschaffenheit und Struktur von SMC in Ref. 1 und Ref. 2, sobald sie auf die Innenfläche von Rohren aufgebracht ist, die gleiche. Beide Publikationen offen baren, daß das Auskelidungsmaterial auf die Innenfläche eines Rohrs nach dem Abziehen der Außenschicht aufgebracht und aufgeblasen wird, um mit der Innenfläche des Rohrs in gleichmäßigen Kontakt gebracht zu werden, und die SMC durch Erhitzen mit Dampf oder einem Heißluftgebläse gehärtet wird. Der innere schlauchförmige Film wird dann vom resultierenden FRP abgezogen, wie aus 10 von Ref. 2 ersichtlich. Wenn die Innenfläche der Rohrleitung durch unterirdisches Wasser, das durch einen abgenutzen oder beschädigten Abschnitt eindringt, benetzt wird, wird die SMC in der Gegenwart dieses Wassers nicht vollständig gehärtet. Da der eigentliche Zweck des Aufbringens des Auskleidungsmaterials auf Rohrleitungen die Reparatur oder Verstärkung solcher beschädigter oder abgenutzter Abschnitte der Rohrleitungen ist, erfüllt dies den eigentlichen Zweck der Rohrauskleidung nicht. SMC kann am Kontakt mit Wasser gehindert werden, indem die Rohrauskleidung ohne Abziehen des die SMC abdeckenden äußeren Kunsttoff-Films eingepaßt wird. In diesem Fall kann Kontakt der SMC mit Wasser zuverlässig verhindert werden, doch Lösungsmittel bleiben unverdampft in der SMC zurück, was die Bildung eines starken Auskleidungsmaterials beeinträchtigt oder verhindert.
Wenn SMC durch Pressen geformt wird, erfolgt ein derartiges Formen bei einer Temperatur von 130–150°C unter einem Druck von 30–80 kg/cm², wodurch die Glasfasern vollständig mit dem Harz und einem beliebiegen Füller imprägniert werden können. In Ref. 1 oder 2 jedoch wird das Auskleidungsmaterial innen mittels Druckfluid gegen die Innenfläche der Rohrleitung angepreßt, z. B. mit einem Heißluftstrom oder Dampf, der als Heizquelle dient. Demzufolge erfolgt das Härten von SMC in diesem Fall unter milden Bedingungen, d. h. bei Temperaturen von etwa 60–80°C und Drücken in der Größenordnung von 1 kg/cm². Somit sind die Glasfasern möglicherweise nicht ausreichend mit dem Harz und dem gegebenenfalls vorhandenem Füller imprägniert, und das gehärtete Harz neigt dazu, Lücken zu bilden, durch die Wasser eindringt, wenn der Wasserdruck hoch ist.
Wenn ein laminierter Film aus einem Polyamid und Polyethylen als Innenschicht im Auskleidungsmaterial von Ref. 2 verwendet wird, kann das Polyethylen schmelzen, wenn heißer Dampf eingeleitet wird. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß der Dampf in den Polyamidfilm eindringt und die Härtung der SMC beeinträchtigt. Demzufolge kann ein Polypropylenfilm mit höherer Hitzebeständigkeit anstelle des Polyethylenfilms verwendet werden, doch Polypropylen zieht sich beim Erhitzen stark zusammen und besitzt hohe Zugelastizität bei niedriger Reißfestigkeit, sodaß der Polypropylenfilm durch die Hitze des Dampfs schrumpft; ferner reißt er leicht, wodurch Dampf eindringt, der die Härtung von ungesättigtem Polyesterharz stört. Wenn Nylon 6 als Innenschicht des schlauchförmigen Films verwendet wird, kann es – da es einen relativ niedrigen Schmelzpunkt besitzt – teilweise schmelzen, wenn die Temperatur durch die exotherme Härtung von ungesättigtem Polyeterharz in der SMC über mehrere Minuten auf etwa 200°C erhöht wird. Das Nylon 6 kann nicht mehr abgezogen werden, und die Innenfläche des resultierenden FRPs ist ungleichmäßig.
In der GB-A-2.113.608 wird eine Matte aus faserförmigem Material verstärkt, indem innerhalb der Dicke der Matte eine oder mehrere Verstärkungsschichten eingeschoben sind, z. B. ein Maschengewebe, Stoff oder Geflecht. Es kann eine herkömmliche undurchlässige Innenschicht vorhanden sein. Das Einpassen des Materials als Auskleidung wird erzielt, indem Klebstoff an seine Außenfläche und/oder die Innenfläche des auszukleidenden Rohrs aufgebracht wird, das Material im Rohr positioniert wird, und ein getrennter aufblasbarer Sack oder dergleichen eingesetzt wird, um die Auskleidung in Kontakt mit dem Rohr zu bringen, während der Klebstoff aushärtet. Eine längsseitige Überlappung ist vorgesehen, sodaß sich das Material an Rohre eines Bereichs verschiedener Innenumfangsgrößen anpassen kann.
In dieser Offenbarung werden verschiedene Probleme betreffend die Handhabbarkeit der Auskleidung nicht besprochen. Insbesondere ist die Verwendung von Klebstoff nicht zufriedenstellend, und die Autoren sind sich der Möglichkeit oder sogar Wahrschein lichkeit der Beschädigung der Matte, wenn diese entlang des Rohrs in Position gezogen wird, nicht bewußt.
Somit sind Auskleidungsmaterialien nach dem Stand der Technik – wie oben besprochen – mit einigen Nachteilen verbunden, die es zu überwinden gibt. Es besteht daher die Notwendigkeit, eine neue Art von Auskleidungsmaterialien für Rohrleitungen anstelle der herkömmlichen Auskleidungsmaterialien, insbesondere von SMC-Typ, zu entwickeln.
Es stellte sich nun überraschenderweise heraus, daß ein neues Auskleidungsmaterial erhalten werden kann, in dem eine Lage aus einem Glasfasergewebe und eine Matte aus gehackten Glasseidensträngen mit einem flüssigen wärmehärtbaren Harz imprägniert und das Harz z. B. durch partielle Härtung eingedickt wird, um eine fasergewebeverstärkte formbare Verbundlage zu bilden, wobei das Glasfasergewebe eine Außenschicht bildet, um das auszukleidende Rohr zu kontaktieren. Diese fasergewebeverstärkte formbare Verbundlage kann leicht gehandhabt und in Rohrleitungen eingeführt werden, bevor Härtung durch Erhitzen erfolgt..
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Auskleidungsmaterial für Rohrleitungen bereitgestellt, umfassend einen flexiblen schlauchförmigen Film, eine formbare Verbundlage, welche die Außenfläche des schlauchförmigen Films abdeckt, und einen abziehbaren Film, der die Außenfläche der Lage abdeckt, wobei die Lage aus einem Glasfasergewebe und einer Matte aus gehackten Glasfasersträngen hoher Zähigkeit besteht, die mit einem eingedickten, flüssigen, wärmehärtbaren Harz imprägniert sind, um eine fasergewebeverstärkte formbare Verbundlage zu bilden, in der die Fasern dispergiert sind und deren Glasgewebeschicht bei der Verwendung die äußerste Schicht darstellt, wobei die Ränder der Lage einander gleitend überlappen.
Vorzugsweise kann im Auskleidungsmaterial der flexible schlauchförmige Film im innersten Abschnitt durch Innendruck, der von einem Druckfluid ausgeübt wird, aufgeblasen und geweitet werden.
Das Gewebe kann ein wasserabstoßendes Finish aufweisen. Der innere schlauchförmige Film kann folgendes aufweisen: eine Außenschicht, umfassend einen Film aus biaxial gerecktem Kunststoffmaterial, eine Zwischenschicht, umfassend einen Film aus biaxial gerecktem Kunststoffmaterial, die Flexibilität, Zähigkeit und hohe Zugspannung bei geringem Dehnungsgrad aufweist, und eine Innenschicht, die geringe Dampfdurchlässigkeit und eine Hitzebeständigkeit aufweist, die dafür sorgt, daß das Kunststoffmaterial nicht durch den Dampf schmilzt oder beeinträchtigt wird.
Ein Zwischenfilm kann zwischen der Außenschicht der Lage und dem inneren schlauchförmigen Film angeordnet sein; er kann mit einem Lösungsmittel, das im wärmehärtbaren Harz enthalten ist, oder durch Erhitzen verflüssigt und nach dem Härten des wärmehärtbaren Harzes einstcükig mit der Lage verbunden werden.
Die Gewebeschicht, oder eine weitere Gewebeschicht, kann über die Ränder der Lage hinausragen und im Bereich der Überlappung befestigt werden. Auf diese Weise kann die Gefahr eines Austritts oder Aufplatzens des Materials verringert werden, wenn Lücken oder Risse im Rohr mit der Position der Überlappung zusammenfallen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Versehen eines Rohrs mit einer Kunststoffauskleidung bereitgestellt, umfassend das Abziehen des äußeren Films eines Auskleidungsmaterials (wie oben definiert), das Einführen des Auskleidungsmaterials in das Rohr, wobei das Gewebe mit dem Rohr in Kontakt steht, das Verschließen beider Enden des Auskleidungsmaterials, das Aufblasen des Auskleidungsmaterials durch Einleiten eines Druckfluids, wodurch die überlappenden Abschnitte des Materials gleiten können, um im gleichmäßigen Kontakt mit der Innenfläche des Rohrs zu kommen, und das anschließende Erhitzen des Auskleidungsmaterials, um das einge dickte wärmehärtbare Harz in der Lage zu härten und eine einstöckig verbundene Kunststoffauskleidung auf der Innenfläche der Rohrleitung zu bilden. Das Einleiten des Fluids unter Druck kann in zwei Phasen erfolgen: ein erstes Einleiten, um das Auskleidungsmaterial aufzublasen, und eine zweite Phase des leichten Drucks, um das Gleiten der überlappten Teile der Lage zu bewirken.
Nach Abschluß des Rohrauskleidens kann bzw. können der Innenfilm bzw. die Innenfilme durch Ziehen eines Drehgurts, der zuvor an einem Ende des Auskleidungsmaterials befestigt wurde, in Richtung des anderen Endes unter Umstülpung des Innenfilms bzw. der Innenfilme abgezogen werden.
Eine fasergewebeverstärkte formbare Verbundlage (nachstehend einfach als "FCM-Lage" bezeichnet) kann den Hauptbestandteil des Auskleidungsmaterials bilden. Diese FCM-Lage unterscheidet sich hinsichtlich ihrer Struktur und technischen Wirkungsweise grundsätzlich von der herkömmlichen SMC, wie nachstehend ausführlich besprochen. Außerdem unterscheidet sich die Verstärkung von Rohrleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung von den in den US-A-4.600.615, 4.686.126 usw. beschriebenen Verfahren, bei dem ein Harz im Auskleidungsmaterial vor der Rohrauskleidungsbehandlung vollständig gehärtet wurde.
Die FCM-Lage kann auf ihrer Oberfläche, die in der fertigen Auskleidung zuinnerst liegt, eine Faservliesschicht aufweisen, die vergleichsweise weiche und flexible Fasern enthält. Dies sorgt für bessere Abriebfestigkeit als Auskleidungen, in denen spröde harte Fasern Fluids im Rohr ausgesetzt sind.
In der FCM-Lage ist es vorzuziehen, daß das flüssige wärmehärtbare Harz ein ungesättigtes Polyesterharz oder ein Epoxyacrylatharz jeweils mit einer maximalen exothermen Temperatur gemäß JIS K-6901 von zumindest 200°C umfaßt. Es ist ferner vorzuziehen, daß ein derartiges flüssiges wärmehärtbares Harz Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Polystyrol, Polyethylen, Methylpolymethacrylat, Polyvinylacetat, gesättigten Poly ester, urethan-modifiziertem gesättigten Polyester und/oder Polycaprolacton als schrumpfungssenkenden Additiv, Bariumsulfat, Talk, Aluminiumhydroxid und/oder Glaspulver als Füllstoff, Magnesiumoxid und/oder Magnesiumhydroxid als Eindicker und ein organisches Peroxid mit einer Zersetzungstemperatur von 60–90°C enthält, um für eine Halbwertszeit von 10 Stunden als Härtungskatalysator zu sorgen.
Ferner sollte es in eingedickter oder teilweise gehärteter Form (z. B. durch Altern, partielle Härtung oder andere je nach der genauen Beschaffenheit des Harzes geeignete Verfahren) vorliegen, bevor es verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Abbildungen näher erläutert, worin:
1 eine Querschnittsansicht des Auskleidungsmaterials der Erfindung in abgeflachtem Zustand ist;
2 ein Detail einer Modifikation ist;
3 eine teilweise vergrößerte Ansicht des Querschnitts des Auskleidungsmaterials ist (in 1 eingekreist);
4 ein Querschnitt eines Beispiels für den inneren schlauchförmigen Film mit drei Schichten ist;
die 5a und 5b teilweise vergrößerte Ansichten des Querschnitts anderer Beispiele des Auskleidungsmaterials sind;
6 eine Draufsicht eines Endes des Auskleidungsmaterials ist, das an einem Zuggurt befestigt ist, um das Auskleidungsmaterial in die Rohrleitung einzuführen;
7 eine Querschnittsansicht des Zustands des in die Rohrleitung eingeführten Auskleidungsmaterials ist;
8 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht des Zustands des lediglich innen aufgeblasenen Auskleidungsmaterials ist; und
9 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht des Zustands des Auskleidungsmaterials, in engen Kontakt mit der Innenfläche der Rohrleitung gebracht, ist.
In 1, die ein Beispiel für das Auskleidungsmaterial im abgeflachten Zustand zeigt, ist ein flexibler schlauchförmiger Film 1 mit einer FCM-Lage 2 überzogen. Dieser Film 1 ist luftdicht und elastisch und kann durch Innendruck aufgeblasen und geweitet werden. Die Lage 2 besitzt eine etwas größere Breite als der Umfang des Films 1 in relaxiertem Zustand. Wenn also die Lage 2 entlang des äußeren Umfangs des Films 1 liegt, sind die seitlichen Endabschnitte gleitend in einer Überlappung überlappt, die sich längsseitig entlang des Rohrs erstreckt. Die Lage 2 ist mit einem Kunststoff-Film 3 überzogen, der leicht von der Lage 2 entfernt werden kann, z. B. durch Ablösen oder Abziehen. Dieser Film 3 ist gegenüber Fluids undurchlässig, sodaß er das Abdampfen eines in der Lage 2 enthaltenen Lösungsmittels verhindern kann. Der Film 3 ist wie die Lage 2 an seinen seitlichen Endabschnitten überlappt, um zu verhindern, daß die Lage 2 gegenüber der Luft freiliegt.
In 3, einem vergrößerten Querschnitt der FCM-Lage 2 zwischen den Filmen 1 und 3, sind ein Gewebe 4 und eine Matte 5 aus hochfesten Fasern mit einem flüssigen wärmehärtbaren Harz 6 imprägniert. Ein Webstoff aus Glasfasern, wird als Gewebe 4 verwendet. Gehackte Glasseidenstränge stellen die hochfesten Fasern dar, die für die Matte 5 verwendet werden. Das Gewebe liegt nahe der Außenfläche der Lage 2, da es in dieser Position den Abrieb des Harzes zwischen der Lage 2 und der Innenfläche eines Rohres verhindert, wenn das Auskleidungsmaterial durch das Rohr gezogen wird.
In diesem Fall besitzt das Gewebe 4 vorzugsweise ein wasserabstoßendes Finish, wobei diese wasserabstoßende Eigenschaft dem Gewebe verliehen wird, indem die Fasern des Gewebes mit einer hydrophoben Substanz überzogen oder hydrophobe Gruppen in die Strukturmoleküle der Fasern eingeführt werden. Die Behandlung, welche die Fasern wasserabstoßend macht, kann durch Verwendung eines oder mehrerer wasserabstoßender Mittel der Fluor- oder Silikonreihe erfolgen. Wasserabstoßende Mittel der Fluorreihe sind organische hochmolekulare Verbindungen mit hochmolekularen Polyacrylestern oder dergleichen als Hauptkette und Fluorkohlenstoff-Seitenketten. Um diese wasserabstoßenden Mittel an die Fasern aufzubringen, werden sie in Wasser disperdiert, um eine Emulsion zu bilden, in die dann die Fasern eingetaucht werden. Copolymere, die Ester von Perfluoralkansäuren als Hauptkomponente enthalten, werden als wasserabstoßende Mittel der Fluorreihe bevorzugt. Die wasserabstoßenden Mittel der Silikonreihe besitzen eine Hauptkette, in der Silizium- und Sauerstoffatome alternierend angeordnet sind, und können sich direkt an die Moleküle der Fasern des Gewebes binden, um einen extrem dünnen, starken, wasserabstoßenden Film auf der Faseroberfläche zu bilden. Konkret wird Methylhydrogensiloxan als wasserabstoßendes Mittel der Silikonreihe bevorzugt. Ein Melamin- oder Iminharz kann zur Verbesserung der Haltbarkeit verwendet werden.
Ein Problem, das auftritt, wenn das Auskleidungsmaterial eine längsseitige Überlappung besitzt, liegt darin, daß, wenn die Überlappung mit der Position einer Lücke oder eines Lochs im auszukleidenden Rohr zusammenfällt, die Auskleidung in diese Lücke "ausgeblasen" werden kann, wodurch die schlauchförmige Innenschicht 1 im Bereich 18 platzt. Um dies zu verhindern, kann – wie aus 2 ersichtlich – ein Gewebefortsatz 19 über die Ränder der Lage 2 hinausgehen. Dieser Fortsatz 19 wird vorzugsweise durch das Gewebe 4 gebildet, doch er kann auch eine getrennte Gewebeschicht sein. Die Fortsätze besitzen eine derartige Länge, daß sie in einer Längsnaht 20, die über den überlappenden Abschnitt 2a zurückgelegt werden kann, zusammengenäht oder in anderer Weise aneinander befestigt werden können.
Die so gebildete Hülle bietet für die Lage 2 eine Stütze, falls im Rohr an dieser Position eine Lücke oder ein Spalt liegt.
Das wärmehärtbare Harz kann ein ungesättigtes Polyesterharz oder Epoxyacrylatharz sein, das üblicherweise für SMCs verwendet wird. Diese Harze besitzen vorzugsweise eine maximale exotherme Temperatur von 200°C, vorzugsweise 220°C oder höher (gemäß den Hochtemperatur-Härtungseigenschaften vom JIS K-6901). Da ein ungesättigtes Polyesterharz verwendet wird, können beliebige ungesättigte Polyester des Ortho-, Iso- und Bis-Typs mit den obigen Eigenschaften verwendet werden. Ein urethan-modifiziertes oder acryl-modifiziertes Harz kann auch als Polyesterharz verwendet werden. Als Epoxyacrylatharz wird jedes der Epoxyacrylatharze des Bisphenol- oder Novolak-Typs mit den obigen Eigenschaften verwendet.
Die obige FCM-Lage 2 kann gegebenenfalls verschiedene Zusatzsubstanzen wie z. B. schrumpfungssenkenden Additiv, einen Füllstoff, ein Eindickmittel und/oder einen Härtungskatalysator enthalten. Beispiele für das schrumpfungssenkende Additiv sind ein thermoplastischer Gummi, wie etwa Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, und ein thermoplastisches Polymer, wie etwa Polystyrol, Polyethylen, Methylpolymethacrylat, Polyvinylacetat, ein gesättigter Polyester, ein urethan-modifizierter gestättigter Polyester und/oder Polycaprolacton. Der Anteil des schrumpfungssenkenden Additivs am wärmehärtbaren Harz ist günstigerweise wie folgt: wärmehärtendes Harz/schrumpfungssenkendes Additiv = 50–90/50–10. Beispiele für den Füllstoff sind anorganische Substanzen mit Beständigkeit gegenüber Chemikalien, insbesondere Säurebeständigkeit, wie etwa Bariumsulfat, Talk, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und/oder Glaspulver. Der Füllstoff wird in einer Menge von 15–200 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge des wärmehärtbaren Harzes und des schrumpfungssenkenden Additivs, eingesetzt. Beispiele für das Eindickmittel sind Magnesiumoxid und/oder Magnesiumhydroxid. Das Eindickmittel wird günstigerweise in einer Menge von 0,5 bis 5,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge des wärmehärtbaren Harzes und schrumpfungssenkenden Additivs, eingesetzt. Als Härtungskatalysator wird ein organisches Peroxid mit einer Zersetzungstemperatur von 60–90°C, vorzugsweise etwa 70°C, verwendet, um eine Halbwertszeit von 10 Stunden zu erzielen. Beispiele für den Härtungskatalysator sind Cumylperoxyneodecanat, t-Butylperoxyoctoat, t-Butylperoxyisobutyrat, 1,1-Bis-(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, Benzoylperoxid und Bernsteinpersäure. Ein organisches Peroxid mit einer Zersetzungstemperatur von mehr als 90 °C zur Erreichung einer Halbwertszeit von 10 Stunden besitzt geringe Reaktionsgeschwindigkeit, sodaß die Härtungszeit länger ist. Ein organisches Peroxid mit einer Zersetzungstemperatur von weniger als 60°C bewirkt jedoch frühzeitige Gelierung des Harzes, sodaß der Vorgang des Imprägnierens des Gewebes 4 und der Matte 5 mit dem Harz 6 sehr schwierig ist. Der Härtungskatalysator wird günstigerweise in einer Menge von 0,5 bis 4,0 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des wärmehärtbaren Harzes und schrumpfungssenkenden Additivs, eingesetzt.
Neben den obigen Zusatzsubstanzen können ein Färbemittel, wie z. B. ein Farbstoff oder Pigment, und ein anderes Additiv, wie z. B. ein Stabilisator usw., in das Harz 6 eingemischt werden.
Die Matte wird günstigerweise in einer Menge von 15 bis 150 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge des wärmehärtbaren Harzes und schrumpfungssenkenden Additivs, eingesetzt.
Der innere schlauchförmige Film 1 besteht im speziellen günstigerweise aus einem Polyester, der ein synthetisches festes Harz mit Hitzebeständigkeit ist und durch Innendruck mäßig dehnbar oder reckbar ist. Der schlauchförmige Film 1 besitzt vorzugsweise eine zumindest aus zwei Schichten bestehende Struktur, in der die Innenfläche eine Schicht aus Polyolefin, vorzugsweise Polypropylen mit geringer Wasserdampfdurchlässigkeit, und die Außenfläche eine Schicht aus Polyester ist. Der bevorzugteste schlauchförmige Film 1 ist ein aus drei Schichten bestehender Film, wie weiter unten ausführlich beschrieben. Genauer gesagt besteht der äußere Kunststoff-Film 3 günstigerweise aus einem ähnlichen Polyester wie der schlauchförmige Film 1.
Die FCM-Lage 2 kann hergestellt werden, indem zuerst das wärmehärtbare Harz 6 mit einem oder mehreren der optional vorhandenen Bestandteile, wie z. B. den schrumpfungssenkenden Additiven, Füllstoffen, Eindickmitteln, Härtungskatalysatoren und/oder Färbemitteln vermischt wird, um eine Verbundsubstanz zu bilden, und dann eine Kombination des Gewebes 4 und der Matte 5 aus hochfesten Fasern imprägniert wird. Das wärmehärtbare Harz 6 wird auf einen getrennten Kunststoff-Film aufgebracht und der harzbeschichtete Film solcherart auf die Matte 5 aufgelegt, daß die Oberfläche des Films, die mit dem Harz 6 überzogen wurde, mit der Matte in Kontakt kommt. Die Struktur aus Gewebe 4, Matte 5 und Harz 6 (zwischen dem Film 3 und einem weiteren Kunststoff-Film angeordnet) wird von außen aufgepreßt, um die Kombination des Gewebes 4 und der Matte 5 ausreichend mit dem Harz 6 zu imprägnieren. Ein alternatives Verfahren besteht darin, eine Zusammensetzung von Fasern und Harz zwischen Walzen zu einer gewünschten Dicke zu kalandrieren, wobei die Schicht wie oben auf der Lage 3 und dem Gewebe 4 ausgebreitet wird.
Die so erhaltene Lage wird dann auf eine vorbestimmte Temperatur, z. B. 40°C, erwärmt, um das Harz 6 zu teilweise zu härten und es dadurch etwas einzudicken. Zusätzlich oder alternativ dazu kann es zu diesem Zweck gereift werden. Die Viskosität des Harzes 6 nach dem Eindicken beträgt vorzugsweise 10.000 bis 100.000 Poise als Verbundsubstanz. Wenn die Viskosität zu gering ist, ist es schwierig, den Kunststoff-Film abzuziehen, wodurch seine Bearbeitbarkeit sinkt. Wenn hingegen die Viskosität übermäßig hoch ist, zeigt das resultierende Auskleidungsmaterial schlechtere Haftung an der Innenfläche des Rohrs, wodurch die Qualität der Auskleidung beieinträchtigt wird. Die so erhaltene eingedickte VCM-Lage 2 wird abgekühlt und bei einer Temperatur von unter 20°C gelagert, wodurch die Eindickwirkung überprüft wird, und die VCM-Lage 2 kann über einen langen Zeitraum gelagert werden.
Das Auskleidungsmaterial der Erfindung, in dem die VCM-Lage 2 z. B. zwischen den Filmen 1 und 3 vorliegt, kann in folgender Weise aus VCM-Lage gefertigt werden: die VCM-Lage 2 mit einer Dicke von z. B. 3 bis 20 mm wird solcherart auf ein Brett aufgebracht, daß der Film 3 auf dem Brett liegt, und der temporäre Kunststoff-Film von der anderen Vorderfläche abgezogen. Der schlauchförmige Film 1 wird dann auf einem mittleren Teil der freiliegenden Lage 2 angeordnet, und beide Ränder der Lage 2 werden solcherart über den schlauchförmigen Film 1 gelegt, daß die seitlichen Randabschnitte einander gleitend überlappen, und der Film 1 zur Gänze durch die Lage 2 abgedeckt. Die Lage 2, welche insgesamt die Form eines Schlauchs besitzt, obwohl ihre Randabschnitte einander überlappen, wird dann mit dem Kunststoff-Film 3 überzogen, dessen Ränder einander wie im Fall der Lage 2 überlappen, wodurch das Auskleidungsmaterial mit dem in 1 gezeigten Querschnitt gebildet wird. Wenn Fortsätze 19 vorgesehen sind werden sie miteinander vernäht oder in anderer Weise aneinander befestigt, bevor die Ränder des Films übereinandergelegt werden.
4 zeigt den Querschnitt eines inneren schlauchförmigen Films 1 mit 3 Schichten; der Film umfaßt eine Außenschicht 7 (d. h. die äußerste Schicht des Schlauchs, die näher zur Lage 2 liegt), eine Zwischenschicht 8 und eine Innenschicht 9. Die Außenschicht 7 umfaßt einen biaxial gereckten Kunststoff-Film, der leicht von der FCM-Lage 2 abgezogen werden kann und hohe Zugfestigkeit und Hitzebeständigkeit besitzt. Konkret eignet sich Polyethylenterephthalat oder Nylon 66 für den die Außenschicht bildenden Kunststoff. Ein solcher Kunststoff besitzt einen Schmelzpunkt von über 250°C und wird daher nicht einmal durch die Hitze, die während der Härtungsreaktion des wärmehärtbaren Harzes entsteht, beeinträchtigt. Somit kann der schlauchförmige Innenfilm 1 nach dem Härten von der Innenfläche der FCM-Lage 2 abgezogen werden. Da die Zugfestigkeit der Außenschicht 7 hervorragend ist, widersteht sie der Zugkraft beim Abziehen des schlauchförmigen Films 1 von der Lage 2 nach dem Härten.
Die Zwischenschicht 8 umfaßt einen biaxial gereckten Kunststoff-Film der Flexibilität, Zähigkeit und hohe Zugspannung bei geringem Dehnungsgrad aufweist. Nylon 6 ist für diese Anwendung ein geeigneter Kunststoff. Polyethylenterephthalat oder Nylon 66 weist hohe Festigkeit, jedoch unzureichende Flexibilität und Zähigkeit, auf. Wenn das Auskleidungsmaterial flach zusammengefaltet ist, ist der schlauchförmige Innenfilm 1 so stark gefaltet, daß in den gefalteten Randabschnitten sogenanntes "Blushing" erfolgt und sich in extremen Fällen Nadellöcher bilden können. Daher ist innerhalb der äußeren Schicht 7 die Zwischenschicht 8 angeordnet, um die Flexibilität des inneren schlauchförmigen Films 1 zu bewahren und gleichzeitig die Bildung von Stiftlöchern zu verhindern, die ein Eindringen von Wasserdampf ermöglichen würden.
Die Innenschicht 9 umfaßt einen nichtgereckten Kunststoff-Film, der Wasserdurchlässigkeit und Hitzebeständigkeit aufweist, die dafür sorgt, daß der Kunststoff weder schmilzt noch durch Dampf beeinträchtigt wird. Polypropylen ist als Kunststoff geeignet, sollte aber nicht gereckt sein. Polypropylen besitzt geringe Wasserdampfdurchlässigkeit und einen Schmelzpunkt von 130 bis 140 °C, sodaß es Dampf standhalten kann. Obwohl Polypropylen der während der Härtung der Lage 2 entstehenden Wärme (etwa 200°C) nicht standhalten kann, ist die Innenschicht am weitesten von der Lage 2 weg angeordnet und wird von Dampf mit niedrigerer Temperatur kontaktiert. Demzufolge wird das Polypropylen nicht über seinen Schmelzpunkt erhitzt und deckt die Innenfläche des schlauchförmigen Films 1 ab, um Durchtritt von Wasserdampf zu verhindern. Wenn die Innenschicht 9 eingesetzt wird, wo sie höheren Temperaturen ausgesetzt ist, wird bevorzugt, ein blockcopolymeres Polypropylen mit hohem Schmelzpunkt einzusetzen. Im allgemeinen besitzt nicht gerecktes Polypropylen hohe Zugelastizität und Wärmekontraktion zusammen, weist jedoch geringe Reißfestigkeit auf. Demzufolge bewirkt die Verwendung von nichtgerecktem Polypropylen Wärmeschrumpfung durch heißen Dampf und in extremen Fällen teilweise Rißbildung, sodaß die Zwischenschicht und die Außenschicht direkt mit heißem Dampf in Kontakt kommen können. Da dieser Film jedoch nicht gereckt ist, besteht selbst bei Erhitzen keine Gefahr der Kontraktion. Außerdem besitzt der Film eine extrem geringe Zugelastizität, jedoch hohe Reißfestigkeit. Daher bilden sich auf dem Film keine Risse durch Erhitzen, und Dampfdurchtritt wird verhindert.
Der innere schlauchförmige Film 1 wird folgendermaßen hergestellt: einstöckiges Verbinden jedes Kunststoff-Films der Außenschicht 7, der Zwischenschicht 8 und der Innenschicht 9 mit Hilfe eines Isocyanat-Bindemittels als Trockenlaminat, Formen des kombinierten Films zu einem Schlauch und Heißversiegeln der Innenschicht 9 an beiden Ränder. Alternativ dazu kann der innere schlauchförmige Film 1 durch In-Kontakt-Bringen beider Ränder des einstückig kombinierten Films und Heißversiegeln des Films mit einem Band, das die gleiche Struktur wie der innere schlauchförmige Film 1 aufweist, solcherart hergestellt werden, daß die Schicht, die der Innenschicht 9 des Bands entspricht, mit der Innenschicht 9 des Films 1 in Kontakt gebracht wird.
In 5a, einer teilweise vergrößerten Ansicht eines anderen Beispiels für das Auskleidungsmaterial, ist die FCM-Lage 2 wie im Beispiel aus 1 zwischen dem inneren schlauchförmigen Film 1 aus hitzebeständigem Kunstharz (dieses kann der soeben beschriebene Verbundstoff sein) und dem Außenfilm 3 angeordnet. In diesem Beispiel jedoch ist außerdem ein verflüssigbarer Film 9A, d. h. der Polystyrolfilm 9A, zwischen der FCM-Lage 2 und dem schlauchförmigen Film 1 angeordnet und bildet einen dritten Film in der Struktur. Dieser Polystyrolfilm 9A kann um den Film 1 herum angeordnet werden, indem der schlauchförmige Film 1 mit einem Polystyrol-Schlauch bedeckt oder ein Polystyrolfilm spiralförmig um den schlauchförmigen Film 1 gewickelt wird. Diese Filme 1 und 9A werden dann in gleicher Weise wie in 1 mit der FCM-Lage 2 und dem Außenfilm 3 abgedeckt.
Das wärmehärtbare Harz 6 enthält monomeres Styrol als reaktives Lösungsmittel. Der Polystyrolfilm 9A ist in diesem monomeren Styrol gelöst und bildet in seiner Gesamtheit eine viskose konzentrierte Lösung von Polystyrol in monomerem Styrol. Diese Lösung wird zwischen dem schlauchförmigen Innenfilm 1 und der FCM-Lage 2 gehalten. In diesem Fall können das Gewebe 4 und die Fasermatte 5 gleich wie in 1 ausgebildet sein. Das monomere Styrol nimmt an der Reaktion als Vernetzen beim Härten des ungesättigten Polyesterharzes 6 teil und ist zur Gänze aufgebraucht, sobald die Härtung des ungesättigten Polyesterharzes 6 abgeschlossen ist.
Ein weiteres Beispiel für einen verflüssigbaren Film 9A ist ein Film aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA). In diesem Fall wird der EVA-Film 9A durch die während des Härtens des ungesättigten Polyesterharzes 6 in der FCM-Lage 2 entstehende Wärme geschmolzen und der geschmolzene EVA-Film 9A nach dem Ende der Härtungsreaktion des ungesättigten Polyesterharzes 6 durch Abkühlen wieder verfestigt, um eine einstöckig kombinierte gewebefaserverstärkte Kunststoffauskleidung zu bilden.
In 5b sieht man eine weitere Version des Auskleidungsmaterials. Ein Problem mit einigen bereits ausgekleideten Rohren besteht darin, daß Abriebmaterialien in den Rohren transportieren Fluids die Auskleidung übermäßig abnützen können. Dies ist besonders bei Regenabfluß- und Kanalisationsrohren der Fall, in denen Erdkörner, Sand oder dergleichen in den Flüssigkeiten mitgerissen werden können.
Das in 5b gezeigte Material ist für solche Umstände geeignet. So wie das Gewebe 4 in der Nähe der Außenfläche der Auskleidung, die Fasermatte 5 und die schlauchförmige Schicht 1 (die eine Verbundstruktur sein kann) kann ein Faservlies 16, in diesem Fall ein Filz, an der Innenfläche der Matte angeordnet werden.
Das Faservlies 16 mit einer Dicke von z. B. 0,3 bis 1,2 mm besteht aus allgemeinen synthetischen oder natürlichen Fasern, wie z.B. Nylon oder Polyester, jedoch nicht aus hochfesten Fasern, da letztere zumeist spröde sind und zu Abrieb neigen. Ein konkretes Beispiel ist ein Faservlies kurzer 100d-Polyesterfasern mit einem Gewicht von 130 g/m² und einer Dicke von 0,6 mm.
Es wird zusammen mit der Matte 5 und dem Gewebe 4 imprägniert. Wenn die Auskleidung in situ vorliegt und gehärtet wird und das Rohr 1 entfernt wurde (Beschreibung folgt), besteht zunächst eine Schicht aus gehärtetem Harz, die den Fluids im Rohr ausgesetzt ist. Früher oder später zeigt dieses Abrieb und die faserhältige Komponente des Faservlieses 16 wird freigelegt. Es ist vergleichsweise weich und flexibel und absorbiert Stöße; es ist weniger abgerieben als spröde harte Fasern.
Diese Figur zeigt auch, wie ein Polystyrolfilm 17 dem gleichen Zweck wie der Film 9A, angrenzend an das Gewebe 4, dienen kann. Dies kann alternativ oder zusätzlich zur Gegenwart eines Films 9A angrenzend an die Schicht 1 erfolgen, wie aus 5a ersichtlich.
Es folgt eine Erklärung des Verfahrens der Erfindung zum Versehen von Rohrleitungen mit einer gewebefaserverstärkten Kunststoffauskleidung.
Zu Beginn wird der Außenfilm 3 durch Abziehen vom Auskleidungsmaterial entfernt. Das Auskleidungsmaterial wird vorzugsweise solcherart in ein Rohr gesteckt, daß an einem Ende des Rohrs das Auskleidungsmaterial an einem Ende mit einem Zuggurt verbunden wird, der zuvor von einem anderen Ende durch das Rohr geführt wurde.
6 ist eine Draufsicht des Auskleidungsmaterials und Zuggurts in diesem Zustand. Der Zuggurt 10 besitzt an seinem vorderen Ende einen verbreiterten Abschnitt 11. Das Auskleidungsmaterial 12 liegt im abgeflachten Zustand über einem Ende des verbreiterten Endabschnitts des Zuggurts 10 und wird gefaltet, um diesen Abschnitt 11 zu umwickeln (siehe 5). Das Auskleidungsmaterial 12 wird so mit dem Zuggurt 10 verbunden, wobei der verbreiterte Abschnitt diese Verbindung sichert. Demzufolge kann die Zugkraft des Gurts 10 gleichmäßig auf das Auskleidungsmaterial 12 ausgeübt werden.
Wenn das Auskleidungsmaterial 12 im abgeflachten Zustand durch die Wirkung des Zuggurts 10 in das Rohr 14 gezogen wird, wird das Auskleidungsmaterial 12 vorzugsweise in seinem mittleren Teil hinuntergedrückt, wenn es in das Rohr eindringt, um – wie aus 7 ersichtlich – einen U-förmigen Querschnitt zu bilden.
Das Auskleidungsmaterial mit den überlappenden Rändern der Lage 2 besitzt einen äußeren Umfang, der etwas kleiner als der Innenumfang des Rohrs 14 ist. Demzufolge besitzt das Auskleidungsmaterial im abgeflachten Zustand eine Breite, die deutlich größer als der Innendurchmesser des Rohrs 14 ist. Wenn das Auskleidungsmaterial im abgeflachten Zustand in die Rohrleitung eingeführt und durch die Wirkung des Zuggurts nach vorne gezogen wird, werden die äußersten Ränder des abgeflachten Auskleidungsmaterials hart gegen die Innenfläche des Rohrs 14 gedrückt, sodaß sie durch Reibung und Abnützung beschädigt werden können. Wenn das Auskleidungsmaterial in seitlicher Richtung gebogen wird, um einen U-förmigen Querschnitt zu bilden; wird die Reibung zwischen dem sich bewegenden Auskleidungsmaterial und der Innenfläche des Rohrs minimiert und das Auskleidungsmaterial reibungslos nach vorne gezogen.
Wenn das Auskleidungsmaterial zur Gänze in das Rohr 14 eingesetzt wurde, erstrecken sich die Enden des Auskleidungsmaterials über die Enden der Rohrleitung hinaus. Beide Enden des Auskleidungsmaterials werden dann abgedichtet, sodaß ein Ende des Auskleidungsmaterials geschlossen wird. Ein Fluid unter Druck wird in das Auskleidungsmaterial durch die Dichtung am anderen Ende eingeleitet, um das Auskleidungsmaterial aufzublasen.
8 ist eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht des Zustands des Auskleidungsmaterials in der Rohrleitung, das im Inneren anfänglich aufgeblasen ist, d. h. im Zustand des Auskleidungsmaterials, das herkömmlicherweise durch ein Fluid unter Druck aufgeblasen wird (siehe oben). Druckluft oder Druckwasser können verwendet werden, doch Druckluft wird bevorzugt. In 8 ist ein Freiraum 15 zwischen der Rohrleitung 14 und der FCM-Lage 2 ausgebildet, da die Länge des Außenumfangs des inneren schlauchförmigen Films 1 ursprünglich so ausgewählt ist, daß sie etwas kürzer als die Länge des Innenumfangs des auszukleidenden Rohrs 14 ist.
Durch Erhöhen des Innendrucks im Auskleidungsmaterial – dies kann in einem getrennten zweiten Stadium der Druckbeaufschlagung erfolgen – wird der schlauchförmige In nenfilm 1 geweitet und die FCM-Lage 2 gleitend im überlappten Abschnitt bewegt, sodaß sich die Ränder der Lage 2 in entgegengesetzten Richtungen bewegen (siehe Pfeile in 7), um die Umfangslänge der Lage 2 zu vergrößern.
Wenn Druckluft zum Aufblasen des Auskleidungsmaterials dient, liegt ihr Druck normalerweise im Bereich von 0,3 bis 1,0 kg/cm². Wenn das Auskleidungsmaterial lediglich aufgeblasen wird, ist ein Druck von etwa 0,3–0,5 kg/cm² notwendig. Ein etwas höherer Druck, z. B. 0,5–1 kg/cm² ist jedoch erforderlich, um das Auskleidungsmaterial zu weiten und es mit der Innenfläche der Rohrleitung in engen Kontakt zu bringen.
9 ist eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht des Zustands des Auskleidungsmaterials in der Rohrleitung im Endstadium, in dem das Auskleidungsmaterial in engem und gleichmäßigem Kontakt mit der Innenfläche der Rohrleitung steht. Die obige zweistufige Druckbeaufschlagung zur Erreichung des Zustands der 7 und 8 kann kontinuierlich durchgeführt werden. Nach der Druckbeaufschlagung wird dann geprüft, ob das Auskleidungsmaterial über seine gesamte Länge mit der Innenfläche der Rohrleitung in engem Kontakt steht oder nicht. Als nächstes wird das Druckfluid abgesaugt und ein Fluid zum inneren Aufheizen des Auskleidungsmaterials in die Rohrleitung eingeleitet. Üblicherweise wird als dieses Fluid Dampf verwendet. Der Dampfdruck liegt in diesem Fall normalerweise im Bereich von 0,3–1,0 kg/cm², und das Erhitzen wird fortgesetzt, bis das wärmehärtbare Harz 6 in der FCM-Lage 2 vollständig gehärtet ist. Wenn die FCM-Lage 2 Styrol oder EVA enthält, wird auch diese Substanz einstückig mit dem wärmehärtbaren Harz gehärtet. Die für das Härten des Harzes notwendige Zeit liegt im allgemeinen im Bereich von 30 Minuten bis 2 Stunden und beträgt vorzugsweise 1 Stunde.
Nach Abschluß der Härtung wird Dampf durch Druckluft ersetzt, um das Auskleidungsrnaterial abzukühlen. Durch das Erhitzen wird das wärmehärtbare Harz in der FCM-Lage einstückig mit dem Gwebe und der Matte aus hochfesten Fasern gehärtet, um eine fasergewebeverstärkte Kunststoffauskleidung zu bilden, die als starres Rohr fest mit der In nenfläche der Rohrleitung verbunden ist. Schließlich wird der schlauchförmige Innenfilm 1 durch Abziehen von der resultierenden fasergewebeverstärkten Kunststoffauskleidung in Form eines starren Rohrs entfernt. In diesem Fall erfolgt das Abziehen des schlauchförmigen Films 1 vorzugsweise, indem unter Umstülpung an einem Führungsgurt gezogen wird, der zuvor durch die Innenseite der Rohrleitung geführt und mit einem Ende des schlauchförmigen Films 1 verbunden wurde.
Gemäß der Erfindung können einige Vorteile unter Verwendung der FCM-Lage und des Rohrauskleidungsverfahrens erzielt werden.
Die verwendete FCM-Lage, die sowohl ein Gewebe als auch eine Matte aus mit dem wärmehärtbaren Harz imprägnierten hochfesten Fasern umfaßt, unterscheidet sich hinsichtlich der Festigkeit von SMC, die nur eine Matte ähnlicher starker Fasern umfaßt, die mit einem wärmehärtbaren Harz imprägniert sind. Im Fall von SMC kann das Auskleidungsmaterial in extremen Fällen lokal gereckt oder gebrochen sein. Eine FCM-Lagenauskleidung ist so stark, daß sie hohe Zugfestigkeit besitzt und relativ frei von lokaler Reckung oder Bruch ist, selbst wenn sie in eine Rohrleitung hineingezogen wird. Außerdem hält die FCM-Lage lokaler Reckung stand und bildet keine Falten, wenn die überlappten Abschnitte gleiten, um den Umfang der FCM-Lage, d. h. den Durchmesser der Auskleidung, zu vergrößern. Somit kann eine geeignete Auskleidung der FCM-Lage unter richtiger Spannung auf der gesamten Innenfläche des Rohrs ausgebildet werden. Obwohl die überlappten Abschnitte der FCM-Lage klebrig sind, können sie unter relativ geringem Innendruck ohne gegenseitige Verbindung gleitend bewegt werden.
Die FCM-Lage mit einem wasserabstoßenden Gewebe 4 verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasser in das flüssige wärmehärtbare Harz, sodaß die Härtungsreaktion der FCM-Lage nicht gestört wird. Da das waserabstoßende Gewebe das Eindringen von Wasser sogar nach der Härtungsreaktion verhindert, kann dieses Eindringen selbst dann verhindert werden, wenn die Struktur der FCM-Lage nicht ausreichend dicht ist.
Die Auskleidungsbehandlung kann sogar im Fall einer nassen Rohrleitung durchgeführt werden.
Wenn das Auskleidungsmaterial drei Schichten in seinem schlauchförmigen Innenfilm aufweist, können die folgenden technischen Vorteile erzielt werden. Ein Film hoher Festigkeit wird für die Außenschicht verwendet, und innerhalb der Außenschicht befindet sich eine Zwischenschicht; der innere schlauchförmige Film besitzt hohe mechanische Festigkeit und mäßige Flexibilität, weshalb er in der Handhabung günstig ist. Selbst wenn das sogenannte "Erblassungs"-Phänomen der Außenschicht auftritt, wenn das Auskleidungsmaterial im abgeflachten Zustand gefaltet wird, verhindert das Vorhandensein der Zwischenschicht, die Flexibilität, Zähigkeit und hohe Zugspannung bei geringem Dehnungsgrad besitzt, die Ausbildung von Stiftlöchern. Wenn ein zu behandelndes Rohr eine Verzweigung besitzt, tritt in der Auskleidungsbehandlung ein schwerwiegendes Problem auf. Wenn Dampf in das Auskleidungsmaterial an der Innenfläche des Rohres eingeleitet wird, dehnt sich der schlauchförmige Innenfilm unter dem Dampfdruck aus, sodaß sich die FCM-Lage in die Ausnehmung des verzweigten Abschnitts ausdehnen kann. In dieser Ausführungsform jedoch werden ein hochfester Film als Außenschicht und biaxial gereckte Filme für die Außen- und Zwischenschicht dieser schlauchförmigen Schicht 1 verwendet, sodaß die Innenschicht nicht übermäßig ausgedehnt wird und die FCM-Lage keine fokale Verringerung ihrer Dicke erfährt. Wenn das Auskleidungsmaterial mit Dampf erhitzt wird, verhindert die Innenschicht das Eindringen von Dampf, während die Außenschicht der Hitze (etwa 200°C) der exothermen Reaktion während der Härtung des wärmehärtbaren Harzes standhält. Die Innenschicht besitzt keine so hohe Hitzebeständigkeit, wird aber nicht übermäßig erhitzt, wenn sie mit Dampf kontaktiert wird. Nach Abschluß der Härtungsreaktion kann der schlauchförmige Innenfilm durch Abziehen von der resultierenden fasergewebeverstärkten Kunststoffauskleidung entfernt werden, während der Film durch Ziehen an einem Zuggurt umgestülpt wird. Die Belastung trägt in diesem Fall der Film der Außenschicht, der biaxial gereckt wurde und hohe Zugfestigkeit aufweist. Außerdem besitzt die Außenschicht hohe Hitzebeständigkeit und schmilzt beim Härten des wärmehärtbaren Harzes nicht, sodaß der schlauchförmige Innenfilm mit der Außenschicht in Kontakt mit der resultierenden fasergewebeverstärkten Kunststoffauskleidung leicht davon abgezogen werden kann. Demzufolge kann die Auskleidung der Rohrleitung mit fasergewebeverstärkter Kunststoffauskleidung ohne Probleme durch Verwendung des inneren schlauchförmigen Films mit drei Schichten erhalten werden.
Im Fall des Auskleidungsmaterials aus 5a ist der verflüssigbare Film in einem polymerisierbaren Lösungsmittel gelöst, ist aber verfestigt, um eine einstückige Kunststoffauskleidung mit der FCM-Lage zu bilden. Wenn der Innendruck beim Härten der FCM-Lage nicht ausreicht, kann keine dichte fasergewebeverstärkte Kunststoffauskleidung erhalten werden, und es bilden sich in der Gewebe- und/oder Mattenstruktur einige Zwischenräume. Selbst wenn dies der Fall ist, füllt das verflüssigte Harz die Zwischenräume aus und verfestigt sich einstückig mit dem gehärteten Harz in der Lage. So wird die Haftfestigkeit der fasergewebeverstärkten Kunststoffauskleidung an der Innenfläche der Rohrleitung deutlich verbessert.
Um die Wirksamkeit der in 5b gezeigten Ausführungsform unter Beweis zu stellen, wurde die gesamte Lage zu einer schlauchförmigen Verbundstruktur geformt, um ein Auskleidungsmaterial für ein Naßrohr mit 200 mm Durchmesser zu erhalten.
Als nächstes wurde das so gebildete Auskleidungsmaterial auf die Innenfläche eines Naßrohrs mit 200 mm Durchmesser aufgebracht. Genauer gesagt wurde der Außenfilm 3 zuerst von der Oberfläche des Auskleidungsmaterials abgezogen und das resultierende Auskleidungsmaterial danach in das Naßrohr gesteckt; die Auskleidung wurde wie oben geweitet und gehärtet.
Als Vergleichsbeispiel wurde eine Lage nur aus der Matte (5) und ohne das Faservlies (16) gebildet; ein Vergleichsauskleidungsmaterial wurde in gleicher Weise wie oben aus der Lage geformt. Dieses wurde in gleicher Weise wie oben für ein Naßrohr eingesetzt.
Wasser mit 5 Gew.-% Kieselsand Nr. 2 wurde in jedes der so ausgekleideten Naßrohre mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/min einen Monat lang eingeleitet.
Der Abrieb wurde in beiden Fällen mit freiem Auge überprüft. In der Vergleichsprobe ohne Faservlies (16) nützte sich das Auskleidungsmaterial deutlich ab, und seine Dicke verringerte sich. Im Gegensatz dazu nahm in der Probe der Erfindung mit dem Faservlies (16) die Dicke des Auskleidungsmaterials nicht ab, obwohl die Oberfläche des Auskleidungsmateirals durch den Kontakt mit dem Sand etwas zerkratzt war.
Als nächstes wurde ein 3 × 3 cm großer Prüfkörper aus dem Auskleidungsmaterial der Erfindung und dem als Vergleichsbeispiel dienenden Auskleidungsmaterial geschnitten und beide Prüfkörper unter Hitze und Druck gehärtet. Beide so gehärteten Prüfkörper wurden an der Innenfläche des unteren Teils eines 20 1-Polyethylenkübels befestigt.
Wasser mit 5 Gew.-% Kieselsand Nr. 2 wurde in den Kübel geleert und ein Rührwerk in der Mitte des Kübels angeordnet. Dann wurde der Rühren so rotiert, daß die Strömungsgeschwindigkeit an der Position mit dem Prüfkörper etwa 10 m/min betragen konnte.
Nach einem Monat wurde die Rotation des Rührwerks abgeschaltet und der Prüfkörper aus dem Kübel entnommen. Die Tiefe des Abriebs an der Oberfläche wurde für jeden Prüfkörper gemessen und der Wert in die Abriebmenge pro Jahr umgerechnet; sie betrug bei der Probe der Erfindung 0,7 mm/Jahr, bei der Vergleichsprobe 3,4 mm/Jahr.
Man geht davon aus, daß neben dem Abwasser auch Regen in Kanalisationsrohre fließt, weshalb das Auskleidungsmaterial der Rohre durch die Erd- und Sandkörner im Regen abgenützt und abgerieben wird. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wurde der oben erwähnte Versuch unter der Annahme durchgeführt, daß infolge schweren Regens eine große Regenmenge in Kanalisationsrohre floß. Obwohl dies schwere Einsatzbedingungen von Kanalisationsrohren sind, müssen sie trotzdem berücksichtigt werden, da die Wahrscheinlichkeit besteht, daß es mehrmals jährlich starke Regenfälle gibt.
Selbst wenn die Rohre, die mit dem Auskleidungsmaterial mit dem dünnen Vlies, wie z. B. 16, ausgekleidet sind, kontinuierlich unter den oben beschriebenen schweren Bedingungen über einen langen Zeitraum, wie z. B. 1 Jahr, verwendet werden, sind sie ausreichend haltbar. Daher kann man davon ausgehen, daß das vorliegende Auskleidungsmaterial bei tatsächlicher Verwendung kaum abgerieben wird und seine Dicke kaum abnimmt, obwohl es mehrere Jahrzehnte lang verwendet wird.
Im flüssigen wärmehärtbaren Harz, das in der FCM-Lage enthalten ist, ist ein thermoplastisches Polymer als schrumpfungssenkendes Additiv in Form feiner Teilchen dispergiert. Wenn eine rasche exotherme Reaktion beim Härten des wärmehärtbaren Harzes abläuft, werden die thermoplastischen Polymerteilen rasch durch die Hitze expandiert, um die Schrumpfung des wärmehärtbaren Harzes während der Härtungsreaktion auszugleichen. Wenn das Härten des wärmehärtbaren Harzes abgeschlossen ist, hört die exotherme Reaktion auf, und die Temperatur fällt, wodurch sich die thermoplastischen Polymerteilchen zusammenziehen. Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch das wärmehärtbare Harz bereits gehärtet und bildet dreidimensionale Bindungen, sodaß es nicht mehr schrumpfbar ist. Demzufolge zieht sich nur das thermoplastische Polymer zusammen und bildet Zwischenräume, wodurch eine nicht kontraktierende Auskleidung gebildet werden kann. Das Auskleidungsmaterial zieht sich beim Härten somit nicht zusammen und klebt fest an der Innenfläche des Rohrs.
Als Füllstoff dient die Verwendung einer säurebeständigen Substanz, wie z. B. Bariumsulfat, Talk, Glaspulver und dergleichen, dazu, das Auskleidungsmaterial korrosionshemmend zu machen. Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid und dergleichen besitzen schwache Säurebeständigkeit, können jedoch bevorzugt eingesetzt werden.

Claims

Material zur Auskleidung eines Rohres, umfassend einen flexiblen schlauchförmigen Film (1), eine Lage (2), die um den schlauchförmigen Film (1) herum angeordnet ist und eine Matte (5) aus gehackten Glasseidensträngen, die mit einem eingedickten wärmehärtbaren Harz als Sheet Moulding Compound imprägniert und darin dispergiert sind; sowie ein an der vom Film (1) abgewandten Außenfläche der Lage (2) anliegendes Glasfasergewebe (4) umfaßt, wobei seitliche Randabschnitte (2a, 2b) der Lage einander gleitend überlappen und eine abnehmbare Deckschicht (3) die Außenfläche der Lage (2) bedeckt.
Auskleidungsmaterial nach Anspruch 1, worin die Lage (2) zusätzlich ein Faservlies (16) umfaßt, das an der am Film (1) anliegenden Innenfläche der Lage (2) anliegt.
Auskleidungsmaterial nach Anspruch 2, worin das an der Inennfläche der Lage (2) anliegende Faservlies (16) aus flexiblen Fasern besteht.
Auskleidungsmaterial nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das an der Außenfläche der Lage (2) anliegende Gewebe (4) wasserabstoßend ist.
Auskleidungsmaterial nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der schlauchförmige Film (1) eine Außenschicht (7), die ein hitzebeständiger Film aus biaxial gerecktem Kunststoffmaterial mit hoher Zugfestigkeit ist, eine mittlere Schicht (8), die ein Film aus biaxial gerecktem Kunststoffmaterial mit hoher Flexibilität ist, und eine Innenschicht (9), die ein Film aus nicht gerecktem Kunststoffmaterial mit geringer Durchlässigkeit für Wasserdampf ist, aufweist.
Auskleidungsmaterial nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin ein weiterer Film (9A, 17) an die Matte anliegend vorgesehen ist, wobei der weitere Film (9A, 17) verflüssigbar ist und aus einem Material besteht, das beim Härten des wärmehärtbaren Harzes einstückig mit der Lage verbunden wird.
Auskleidungsmaterial nach Anspruch 6, worin der weitere Film (9A) auch am schlauchförmigen Film (1) anliegt.
Auskleidungsmaterial nach Anspruch 6, worin der weitere Film (17) auch am Gewebe (4) anliegt.
Auskleidungsmaterial nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin Gewebefortsätze (19) über die überlappenden Enden der Lage (2) hinaus miteinander verbunden sind, um einen Gewebeschlauch um die Lage herum zu bilden.
Auskleidungsmaterial nach Anspruch 9, worin die Fortsätze Fortsätze des Gewebes (4) der Lage sind.
Verfahren, um ein Rohr (14) mit einer faserverstärkten Kunststoff-Auskleidung zu versehen, umfassend das Abziehen der Deckschicht (3) eines ungehärteten Auskleidungsmaterials nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das Einschieben des Auskleidungsmaterials in das Rohr (14), wobei sich die Gewebeschicht (4) ganz außen befindet und mit dem Rohr (14) in Kontakt gebracht werden kann, das Schließen beider Enden des Auskleidungsmaterials, das Aufblasen des Auskleidungsmaterials durch Einleiten eines Fluids unter Druck, wodurch die seitlich überlappenden Abschnitte (2a, 2b) der Matte übereinander gleiten können, so daß gleichmäßiger Kontakt des Materials mit der Innenfläche der Rohrleitungen ermöglicht wird, das anschließende Erwärmen des Auskleidungsmaterials, um eingedicktes wärmehärtbares Harz im Material zu härten, um an der Innenfläche des Rohres (14) eine einstückig kombinierte faserverstärkte Kunststoff-Auskleidung zu bilden, und das Abziehen des flexiblen schlauchförmigen Films (1).
Verfahren nach Anspruch 11, worin der flexbile schlauchförmige Film (1) abgezogen wird, indem ein zuvor an einem Ende des Auskleidungsmaterials befestigter Zuggurt (10) in Richtung des anderen Endes gezogen wird, um den flexiblen schlauchförmigen Film (1) umzustülpen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin der Schlauch aus Auskleidungsmaterial in flachgedrücktem Zustand in seitlicher Richtung gebogen wird, damit er einen Uförmigen Querschnitt zum Einziehen in das Rohr (14) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin sich das in das Rohr (14) eingeschobene Auskleidungsmaterial an beiden Enden davon herausragt und auf solche Weise verschlossen wird, daß ein Ende des Auskleidungsmaterials geschlossen wird und das Fluid dann durch eine Dichtungseinrichtung am anderen Ende des Auskleidungsmaterials in das Auskleidungsmaterial eingeleitet wird, um es aufzublasen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin das Fluid unter Druck in zwei Stufen eingeleitet wird, von denen die erste dazu dient, das Auskleidungsmaterial durch Aufblasen in ersten Kontakt mit dem Rohr (14) zu bringen, und eine zweite Stufe bei höherem Druck dazu dient, jegliches Gleiten der überlappenden Abschnitte zu bewirken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, worin das unter Druck stehende Druckausübungs-Fluid durch ein Heizfluid ersetzt wird, um das Auskleidungsmaterial von Innen her zu erwärmen, während es mit der Innenfläche des Rohres (14) in Kontakt steht.