一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)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(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法，屬于非開挖管道修復(fù)用材料制備技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明以滌綸非織造布作為復(fù)合材料的基體，新型紗線作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，采用熱塑性氨綸彈性體作為防滲膜，經(jīng)熱壓成型工藝，制備非開挖管道修復(fù)用復(fù)合材料，工藝流程短、成本低，復(fù)合材料的防滲效果和機(jī)械性能優(yōu)良，力學(xué)性能超過同類復(fù)合材料，可應(yīng)用于不同直徑的燃?xì)夤艿?、供水管道、排水管道、電力管道、熱力管道的修?fù)翻新改造等領(lǐng)域。
【專利說明】
-種非開挖管道修復(fù)用紗線増強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種新型復(fù)合材料，特別是指一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 城市的生存與發(fā)展需要供應(yīng)水、氣、油、電W及排泄污水、洪潰等功能都需要管道 來完成，為了不干擾人們的生活，運(yùn)些管道常鋪設(shè)于地下，稱為地下管道，運(yùn)些管道按照其 功能可分為:燃?xì)夤艿?、供水管道、排水管道、電力管道、熱力管道、及電視、電話、網(wǎng)絡(luò)電纜 或者光纜等。城市埋地管道投入使用15~20年后，就進(jìn)入了事故高發(fā)期，有計(jì)劃地開展對(duì)舊 管道的修復(fù)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(fù)面影響是城市建設(shè)W及現(xiàn)代社會(huì)生活的強(qiáng)烈要求。
[0003] 目前，采用軟管內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)、質(zhì)量可靠，可W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(jìn)行防滲附膜處理并縫合成管狀，然后浸潰樹脂， 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(fù)合材料內(nèi)襯管，從而完成對(duì)舊管道的保護(hù)與修復(fù)。非開挖修復(fù)技術(shù)是一種施工 快、成本低、局部開挖的環(huán)保型修復(fù)技術(shù)，采用非開挖修復(fù)技術(shù)對(duì)受損的管道進(jìn)行修復(fù)施工 引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，然而內(nèi)襯材料在翻轉(zhuǎn)過程中需要承受復(fù)雜的應(yīng)變與腐蝕，開發(fā)一 種防滲透且力學(xué)性能良好的新型非開挖管道修復(fù)用復(fù)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透、且力學(xué)性能良好的非開挖管道修復(fù)用 紗線增強(qiáng)復(fù)合材料。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案如下：
[0006] -種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于:包括依次設(shè)置的基體、增 強(qiáng)體、防滲膜，其中：基體為涂絕針刺非織造布，增強(qiáng)體為紗線，防滲膜為熱塑性氨絕彈性 體。
[0007] 進(jìn)一步的設(shè)置在于：
[000引所述涂絕針刺非織造布：斷裂應(yīng)力7.3M化，斷裂伸長率60.7 %，厚度3.9mm，重量 448g/m^0
[0009]所述紗線規(guī)格為:紗線的皮層為PVC和碳酸巧，忍層為涂絕長絲，線密度3820dtex， 斷裂強(qiáng)度2. OcNAltex。
[0010] 所述熱塑性氨絕彈性體:厚度0.06mm，重量83.8g/m2。
[0011]本發(fā)明的第二方面目的是提供一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備 方法，其特征在于，包括W下步驟：W涂絕針刺非織造布作為復(fù)合材料的基體，紗線作為復(fù) 合材料的增強(qiáng)體，采用熱塑性氨絕彈性體作為防滲膜，復(fù)合時(shí)，將涂絕針刺非織造布、紗線 和熱塑性氨絕彈性體依次平鋪放入，經(jīng)過熱壓復(fù)合后即得到紗線增強(qiáng)復(fù)合材料。
[0012] 所述紗線在基體上的設(shè)置為5cm內(nèi)平均13-21根。
[0013] 所述熱壓成型工藝，熱壓時(shí)間為60-300S，熱壓溫度為100-140°C，熱壓壓強(qiáng)0.5- SMPa O
[0014] 熱壓成型工藝為熱壓壓強(qiáng)5MPa，熱壓溫度140°C，熱壓時(shí)間為300s。
[0015] 所述的熱塑性氨絕彈性體共設(shè)置有7-11層。
[0016] 進(jìn)一步地，選擇一層涂絕針刺非織造布作為基體，一層紗線作為增強(qiáng)體，紗線的設(shè) 置密度為5cm內(nèi)平均13根，熱塑性氨絕彈性體共設(shè)置有7層，經(jīng)過熱壓復(fù)合，制備的紗線增強(qiáng) 復(fù)合材料，斷裂應(yīng)力達(dá)到了 31.4MPa，斷裂伸長率在20.5 %。
[0017] 本發(fā)明的原理和有益效果如下：
[0018] 1、本發(fā)明主要通過W下兩個(gè)方面創(chuàng)新來解決技術(shù)問題:一是優(yōu)化熱壓成型工藝， 通過工藝的改進(jìn)，開發(fā)防滲性能良好的復(fù)合材料;二是通過改進(jìn)增強(qiáng)體的配比與含量，提高 城鎮(zhèn)排水管道修復(fù)用復(fù)合材料的機(jī)械性能。
[0019] 2、本發(fā)明W涂絕非織造布作為復(fù)合材料的基體，新型紗線（皮層為PVC和碳酸巧， 忍層為涂絕長絲)作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，采用熱塑性氨絕彈性體(TPU)作為防滲膜，制備 非開挖管道修復(fù)用復(fù)合材料，工藝流程短、成本低，制備的復(fù)合材料防滲效果和機(jī)械性能優(yōu) 良，力學(xué)性能超過同類復(fù)合材料，可應(yīng)用于不同直徑的燃?xì)夤艿?、供水管道、排水管道、電?管道、熱力管道的修復(fù)翻新改造等領(lǐng)域。
[0020] W下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【附圖說明】：
[0021 ]圖1為熱壓復(fù)合工藝示意圖；
[0022] 圖2為熱壓復(fù)合工藝處理后的樹脂分布圖；
[0023] 圖中標(biāo)號(hào)：1為基體;2為增強(qiáng)體;3為防滲膜。
【具體實(shí)施方式】：
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括 W下步驟：
[0025] W涂絕非織造布作為復(fù)合材料的基體，新型紗線（皮層為PVC和碳酸巧，忍層為涂 絕長絲)作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，采用熱塑性氨絕彈性體(TPU樹脂)作為防滲膜，復(fù)合時(shí)，將 涂絕針刺非織造布、紗線和TPU樹脂依次平鋪放入，經(jīng)過化B型熱壓機(jī)熱壓復(fù)合后得到紗線 增強(qiáng)復(fù)合材料。
[00%] 基于上述工藝步驟，調(diào)整不同的材料選擇、紗線增強(qiáng)工藝、熱壓成型工藝、TPU含量 選擇，并測試其對(duì)紗線增強(qiáng)復(fù)合材料性能的影響。
[0027] 1、材料選擇；
[0028] 本發(fā)明的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料，如圖1所示，選擇涂絕針刺非 織造布作為復(fù)合材料的基體1，紗線作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體2,采用熱塑性氨絕彈性體(TPU) 作為防滲膜3。
[00巧]涂絕針刺非織造布：斷裂應(yīng)力7.3MPa，斷裂伸長率60.7 %，厚度3.9mm，重量448g/ m2。
[0030]紗線規(guī)格為：紗線的皮層為PVC(聚氯乙締）和碳酸巧，忍層為涂絕長絲，線密度 382(Wtex，斷裂強(qiáng)度 2. OcNAltex。
[0031 ] 熱塑性氨絕彈性體(TPU):厚度0.06mm，重量83.8g/m2。其特點(diǎn)是耐油，耐水，耐磨， 化學(xué)惰性強(qiáng)，溫度適應(yīng)范圍可在-55~150°C條件下長期使用，粘結(jié)強(qiáng)力高，密封能力好。
[0032] 2、紗線增強(qiáng)工藝：
[0033] 如圖1所示復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖，依次平鋪放入1層涂絕針刺非織造布、1層紗線和2層 TPU樹脂，經(jīng)過XLB型熱壓機(jī)熱壓復(fù)合后得到紗線增強(qiáng)復(fù)合材料。
[0034] 根據(jù)上述復(fù)合工藝，采用正交試驗(yàn)獲得最佳處理工藝，測試紗線根數(shù)對(duì)材料經(jīng)向 拉伸性能影響，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。
[0035] 表1、紗線根數(shù)對(duì)材料拉伸性能的影響。 LQ〇37」注：紗線5cm內(nèi)放葺根數(shù)是指1^基體1
即深絕針刺非織造布計(jì)算。
[0038] 從表1中可知:與未添加紗線的純涂絕針刺非織造布相比，加入新型紗線后復(fù)合材 料的斷裂應(yīng)力顯著提高，隨著新型紗線根數(shù)的增加復(fù)合材料的斷裂應(yīng)力提高而斷裂伸長率 下降，開始時(shí)隨著紗線根數(shù)的增加復(fù)合材料的斷裂應(yīng)力提高較大，同時(shí)復(fù)合材料的斷裂伸 長率下降也較大，當(dāng)紗線根數(shù)達(dá)到一定值(5cm內(nèi)平均13根)后，隨著紗線根數(shù)的增加復(fù)合材 料的斷裂應(yīng)力和斷裂伸長率變化不大。
[0039] 經(jīng)過紗線增強(qiáng)工藝處理，TPU樹脂在復(fù)合材料中的分布如圖2所示：在涂絕針刺非 織造布中充滿樹脂，且紗線合理的植入復(fù)合材料中，運(yùn)表明復(fù)合材料中充滿樹脂，可W有效 地防止污水等滲入，同時(shí)粘結(jié)了各纖維及紗線，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0040] 3、熱壓成型工藝：
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合工藝，為了分析熱壓時(shí)間、熱壓溫度W及熱壓壓強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料 力學(xué)性能的影響，探索最優(yōu)增強(qiáng)復(fù)合材料制備工藝，取熱壓溫度、熱壓時(shí)間、熱壓壓力=個(gè) 因素各設(shè)置五個(gè)水平進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，熱壓溫度、熱壓時(shí)間、熱壓壓力=個(gè)因素的各實(shí)驗(yàn)水平 見表2。
[0042] 表2、熱壓成型工藝正交實(shí)驗(yàn)=因素五水平 r〇fM3i
[0044] 正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)參考采用L25(56)的正交表。試驗(yàn)采用I層針刺非織造布和2層TPU 復(fù)合，其中TPU長度和寬度與非織造織物一致，正交試驗(yàn)分析表見表3。
[0045] 表3、正交試驗(yàn)極差分析
[0rviAl
[0047]
[004引正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果如表3所示。由表3可知：在任何實(shí)驗(yàn)條件下，添加TPU后的 復(fù)合材料力學(xué)性能顯著提高且都要優(yōu)于純涂絕針刺非織造布，增強(qiáng)效果明顯，從復(fù)合材料 的斷裂應(yīng)力判定，3個(gè)因子對(duì)其影響程度大小順序?yàn)闊釅簤簭?qiáng)〉熱壓溫度〉熱壓時(shí)間，熱壓成 型復(fù)合材料的最優(yōu)熱壓工藝為熱壓壓強(qiáng)5MPa，熱壓溫度140°C，熱壓時(shí)間為300s。
[0049] 4、TPU含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合工藝，復(fù)合材料采用1層涂絕針刺非織造布、1層紗線(選擇5cm 內(nèi)平均添加13根新型紗線，即從復(fù)合材料的斷裂應(yīng)力及成本等方面考慮)及不同層數(shù)的TPU 經(jīng)過熱壓而成，測試不同TPU含量的復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸性能如表4。
[0051 ]表4、復(fù)合材料的拉伸性能及厚度 r〇〇5?i
LUUUOJ
[0054] 從表4中可W看出：隨著TPU含量的增加，復(fù)合材料的斷裂應(yīng)力得到提高而斷裂伸 長率隨之下降，但當(dāng)TPU層數(shù)超過7層時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能變化不明顯。因此從復(fù)合材料 的力學(xué)性能及制作成本考慮，選擇7層TPU與1層針刺非織造布(5cm內(nèi)平均13根新型紗線)經(jīng) 過熱壓復(fù)合，其斷裂應(yīng)力達(dá)到了 31.4MPa，斷裂伸長率在20.5 %。
[0055] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下有益效果：
[0056] 本發(fā)明W涂絕非織造布作為復(fù)合材料的基體，新型紗線(皮層為PVC和碳酸巧，忍 層為涂絕長絲)作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，采用熱塑性氨絕彈性體(TPU)作為防滲膜，制備非 開挖管道修復(fù)用復(fù)合材料，工藝流程短、成本低，制備的復(fù)合材料防滲效果和機(jī)械性能優(yōu) 良，力學(xué)性能超過同類復(fù)合材料，可應(yīng)用于不同直徑的燃?xì)夤艿?、供水管道、排水管道、電?管道、熱力管道的修復(fù)翻新改造等領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于:包括依次設(shè)置的基體、增強(qiáng) 體、防滲膜，其中：基體為滌綸針刺非織造布，增強(qiáng)體為紗線，防滲膜為熱塑性氨綸彈性體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于:所述 滌綸針刺非織造布:斷裂應(yīng)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(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于:所述 紗線規(guī)格為：紗線的皮層為PVC和碳酸鈣，芯層為滌綸長絲，線密度3820dtex，斷裂強(qiáng)度 2.0cN/dtex〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料，其特征在于:所述 熱塑性氨綸彈性體:厚度0. 〇6_，重量83.8g/m2。5. -種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 以滌綸針刺非織造布作為復(fù)合材料的基體，紗線作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，采用熱塑性氨綸 彈性體作為防滲膜，復(fù)合時(shí)，將滌綸針刺非織造布、紗線和熱塑性氨綸彈性體依次平鋪放 入，經(jīng)過熱壓復(fù)合后即得到紗線增強(qiáng)復(fù)合材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于:所述紗線在基體上的設(shè)置為5cm內(nèi)平均13-21根。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述熱壓成型工藝，熱壓時(shí)間為60-300S，熱壓溫度為IOO-HO tC，熱壓壓強(qiáng)0.5-5MPa〇8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于:熱壓成型工藝為熱壓壓強(qiáng)5MPa，熱壓溫度140°C，熱壓時(shí)間為300s。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于:所述的熱塑性氨綸彈性體共設(shè)置有7-11層。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非開挖管道修復(fù)用紗線增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于:選擇一層滌綸針刺非織造布作為基體，一層紗線作為增強(qiáng)體，紗線的設(shè)置密度為 5cm內(nèi)平均13根，熱塑性氨綸彈性體共設(shè)置有7層，經(jīng)過熱壓復(fù)合，制備的紗線增強(qiáng)復(fù)合材 料，斷裂應(yīng)力達(dá)到了 31 · 4MPa，斷裂伸長率在20 · 5%。
【文檔編號(hào)】B32B27/30GK105904808SQ201610231007
【公開日】2016年8月31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(xué)院