用于加固管道的衬里及其制造方法.pdf

本发明公开了一种加固衬里和一种制造这种加固衬里的方法。该衬里包括玻璃纱层和外增强层，该玻璃纱层作为最内层与外增强层结合，该外增强层包括玻璃纤维。玻璃纱层和增强层通过例如弹性纱线被接合到一起。玻璃纤维纱层的夹杂物给予加固衬里期望的表面抛光性能。

1.  一种用于修复管道的加固衬里，所述加固衬里包括：
纱层，所述纱层由随机取向的切碎玻璃纤维形成；
增强层，所述增强层包括玻璃纤维；以及，
树脂，
其中，所述纱层比所述增强层更靠近所述加固衬里的中心轴线，
其中，所述纱层和所述增强层彼此接合，
其中，所述树脂浸渍所述增强层，并且，
其中，所述树脂通过施加能量而能够固化。

2.  根据权利要求1所述的加固衬里，其中，所述纱层的玻璃含 量在10-200克/米²的范围内。

3.  根据权利要求2所述的加固衬里，其中，所述纱层的玻璃含 量约为30克/米²。

4.  根据权利要求1所述的加固衬里，其中，所述增强层的所述 玻璃纤维为随机取向的切碎玻璃纤维。

5.  根据权利要求4所述的加固衬里，其中，所述增强层的玻璃 含量在400-700克/米²的范围内。

6.  根据权利要求1所述的加固衬里，其中，所述增强层的所述 玻璃纤维为统一取向的连续玻璃纤维。

7.  根据权利要求6所述的加固衬里，其中，所述增强层的玻璃 含量在50-200克/米²的范围内。

8.  根据权利要求7所述的加固衬里，其中，所述增强层的玻璃 含量约为140克/米²。

9.  根据权利要求6所述的加固衬里，其中，所述增强层的所述 玻璃纤维统一取向为平行于所述加固衬里的中心轴线。

10.  根据权利要求6所述的加固衬里，其中，所述增强层的所述 玻璃纤维取向为垂直于所述加固衬里的中心轴线。

11.  根据权利要求1所述的加固衬里，所述加固衬里还包括第一 增强层和第二增强层，所述第一增强层包括第一玻璃纤维，所述第二 增强层包括第二玻璃纤维，其中，
其中，所述第二玻璃纤维取向为相对于所述第一玻璃纤维成一角 度，并且
其中，所述第二玻璃纤维包括大致平行排列的切碎玻璃纤维。

12.  根据权利要求11所述的加固衬里，其中，所述第一玻璃纤维 沿大致相同的方向排列。

13.  根据权利要求11所述的加固衬里，其中，所述第一玻璃纤维 为不连续纤维。

14.  根据权利要求11所述的加固衬里，其中，所述第二玻璃纤维 大致垂直于所述第一玻璃纤维。

15.  根据权利要求11所述的加固衬里，所述加固衬里还包括布置 在所述第一增强层和所述第二增强层之间的填充材料。

16.  根据权利要求15所述的加固衬里，其中，所述填充材料包括 以下材料之一:树脂、玻璃、碎的回收玻璃增强塑料化合物和多个微球 体。

17.  根据权利要求1所述的加固衬里，其中，所述纱层和所述增 强层通过缝合元件被缝到一起。

18.  根据权利要求17所述的加固衬里，其中，所述缝合元件为弹 性纱线。

19.  根据权利要求11所述的加固衬里，其中，所述加固衬里具有 纵向轴线，
其中，所述第二玻璃纤维大致沿所述纵向轴线的方向取向，并且
其中，所述第一玻璃纤维大致垂直于所述第二玻璃纤维布置。

20.  根据权利要求1所述的加固衬里，其中，所述纱层对紫外 (UV)光具有半透过性。

21.  根据权利要求1所述的加固衬里，其中，在固化后，所述加 固衬里的内表面足够平滑，以通过高压水洗测试。

22.  根据权利要求11所述的加固衬里，其中，在固化后，所述加 固衬里的内表面形成保护层，所述保护层覆盖与所述树脂结合的所述 第一玻璃纤维和与所述树脂结合的所述第二玻璃纤维。

23.  根据权利要求22所述的加固衬里，其中，所述保护层在使用 过程中能够被磨损而不会降低所述加固衬里的性能。

24.  根据权利要求1所述的加固衬里，其中，所述能量为紫外辐 射。

25.  一种用于制造用于修复管道的加固衬里的方法，所述方法包 括：
提供纱层，所述纱层由随机取向的切碎玻璃纤维形成；
提供增强层，所述增强层包括玻璃纤维；
接合所述纱层和所述增强层；
用树脂浸渍已接合的所述纱层和所述增强层；以及
由已接合的所述纱层和所述增强层形成管状件，使得所述纱层比 所述增强层更靠近所述管状件的中心轴线。

26.  根据权利要求25所述的方法，其中，所述纱层的玻璃含量在 10-200克/米²的范围内。

27.  根据权利要求26所述的方法，其中，所述纱层的玻璃含量约 为30克/米²。

28.  根据权利要求25所述的方法，其中，所述增强层的所述玻璃 纤维为随机取向的切碎玻璃纤维。

29.  根据权利要求28所述的方法，其中，所述增强层的玻璃含量 在400-700克/米²的范围内。

30.  根据权利要求25所述的方法，其中，所述增强层的所述玻璃 纤维为统一取向的连续玻璃纤维。

31.  根据权利要求30所述的方法，其中，所述增强层的玻璃含量 在50-200克/米²的范围内。

32.  根据权利要求31所述的方法，其中，所述增强层的玻璃含量 约为140克/米²。

33.  根据权利要求31所述的方法，其中，所述增强层的所述玻璃 纤维统一取向为平行于所述管状件的中心轴线。

34.  根据权利要求31所述的方法，其中，所述增强层的所述玻璃 纤维取向为垂直于所述管状件的中心轴线。

35.  根据权利要求25所述的方法，其中，所述增强层包括第一增 强层和第二增强层，所述第一增强层包括所述第一玻璃纤维，所述第 二增强层包括所述第二玻璃纤维，
其中，所述第二玻璃纤维取向为相对于所述第一玻璃纤维成一角 度，并且
其中，所述第二玻璃纤维包括大致平行排列的切碎玻璃纤维。

36.  根据权利要求35所述的方法，其中，所述第一玻璃纤维沿大 致相同的方向排列。

37.  根据权利要求35所述的方法，其中，所述第一玻璃纤维为不 连续纤维。

38.  根据权利要求35所述的方法，其中，所述第二玻璃纤维大致 垂直于所述第一玻璃纤维。

39.  根据权利要求35所述的方法，所述方法还包括在所述第一增 强层和所述第二增强层之间提供填充材料。

40.  根据权利要求39所述的方法，其中，所述填充材料包括以下 材料之一:树脂、玻璃、碎的回收玻璃增强塑料化合物和多个微球体。

41.  根据权利要求25所述的方法，其中，所述纱层和所述增强层 通过缝合元件被缝到一起。

42.  根据权利要求41所述的方法，其中，所述缝合元件为弹性纱 线。

43.  根据权利要求35所述的方法，其中，所述加固衬里具有纵向 轴线，
其中，所述第二玻璃纤维大致沿所述纵向轴线的方向取向，并且
其中，所述第一玻璃纤维大致垂直于所述第二玻璃纤维布置。

44.  根据权利要求25所述的方法，其中，所述纱层对紫外UV光 具有半透过性。

45.  根据权利要求25所述的方法，其中，在固化后，所述加固衬 里的内表面足够平滑，以通过高压水洗测试。

46.  根据权利要求35所述的方法，其中，在固化后，加固衬里的 内表面形成保护层，所述保护层覆盖与所述树脂结合的所述第一玻璃 纤维和与所述树脂结合的所述第二玻璃纤维

47.  根据权利要求46所述的方法，其中，所述保护层在使用过程 中被磨损而不会降低加固衬里的性能。

48.  根据权利要求25所述的方法，其中，所述树脂通过施加紫外 辐射而能够固化。

用于加固管道的衬里及其制造方法
技术领域
本申请要求2012年10月16日提交的美国临时申请号61/714,514的 优先权，该申请通过引用而整体地并入到本文中。
广义的发明概念涉及用于修复地下管道系统的衬里，并且具体地涉 及对这样的修复具有改进的性能的加固衬里。广义的发明概念还涉及制 造这种衬里的方法。衬里在受损和/或老化的管道系统的修理和修复中是 有用的。
背景技术
地下管道系统对于向住宅和企业运送液体和气体是必不可少的。公 用事业公司典型地使用这些管道系统作为下水道、输水通道、输气通道 和其他应用。这种管道系统被安装于地下几英尺，并且因此进入该管道 系统是受限的。
地下管道要经受周期性载荷、早期磨损、腐蚀、孔隙和环境基础或 地壳运动。这些因素促使管道的整体老化。通常管道具有需要修复的受 损或弱化的区域。
为维持地下管道系统的运行，任何裂缝或泄漏必须被迅速地检测和 修复。这种修复通常需要替换一定长度的管道，这是因为通过焊接、修 补或其他方法对管道的小区段的修复效果通常不能令人满意，并且由于 管道的直径不允许人在安全的情况下进入，因此对管道的小区段的修复 是困难的甚至不可能的。就地下管道而言，管道的替换是困难、昂贵并 且费时的。
一种用于修复地下管道的解决方案是当管道还在原位时对其进行修 复。原位修复方法已得到发展。一些方法包括把可弯的加固衬里插入到 受损管道中。衬里典型地具有与受损管道的内径大致相等的外径。衬里 被加压，使其能沿受损管道的内壁稳固地压缩。随后膨胀的衬里在原管 道内固化形成新的、刚性衬里或表面。
存在多种类型的加固或加强衬里：一些衬里由聚酯材料制成。其他 衬里使用合成树脂浸渍的纤维。纤维垫可选择地用作衬里的材料。一些 加固衬里包括用于支承和提供强度的玻璃纤维，这是因为玻璃纤维具有 高的强度和刚度，同时还拥有出色的抗延展性。
一些衬里在被安装后被硬化或固化。这些衬里被称为“原位固化管 道”(CIPP)衬里。原位固化衬里中的树脂在其被固化后结合或粘附到 玻璃纤维或其他增强纤维上。由于树脂和纤维之间的结合，当轴向或径 向载荷施加到固化衬里上时，该树脂还变得更加抗拉伸。因此，只要固 化树脂和玻璃纤维间的结合没有被破坏，该固化树脂就会通过纤维被增 强。
衬里典型地安装在持续接触水和其他腐蚀性材料的环境中。具体地， 由于废水中厌氧菌的出现，下水道管线中经常包括硫化氢，而硫化氢在 氧化后在废水中产生稀硫酸。衬里还处于变化的温度状态和流动状态中。 因此，衬里应设计成能承受这样的环境。
插入管道中的衬里还应该具有好的柔性以在固化前拉伸和调整自身 至宿主管道的直径，并且在固化后必须具有优秀的强度特性和足够的刚 度以抵抗地面沉降或地面位移，尤其是在宿主管道已失去其所需的结构 完整性时。
制造CIPP玻璃纤维衬里的制造方法包括折叠过程和缠绕过程。
如图1所示，在常规的折叠过程100中，多个织物层102(例如编织 粗纱垫织物)围绕内部管状薄膜104(例如苯乙烯致密管状薄膜)以每层 重叠几厘米的方式折叠在一起。然后整个玻璃包被包裹在外部薄膜106 中(例如焊接接合部的外部薄膜)。织物层102的数量取决于所需的壁厚。 准备好干燥管后，进行树脂浸渍。该浸渍步骤经常由真空环境辅助进行。 然后浸渍后的衬里需避免被日光/紫外光照射以防止树脂的过早固化。
为了在管道(例如下水管道)内安装衬里(通过折叠过程100形成)， 衬里被拉入管道并利用空气压力使其膨胀。衬里内的空气压力用于推动 衬里抵靠待修复的管道的内表面。不同的浸渍纤维层102在彼此之上滑 动，使得衬里膨胀成与原管道的形状匹配，形成十分紧密的配合。最后， 例如通过穿过受压衬里的紫外(UV)光使得衬里被固化，所述紫外线由 一系列紫外灯发出。
在常规缠绕过程200中，有限宽度的织物卷首先利用树脂/增稠剂混 合物浸渍并重绕以熟化。在限定的熟化期后，预浸渍的卷被展开，并且 关联的织物202被螺旋形地缠绕在被塑料薄片206覆盖的芯轴204上， 如图2所示。该缠绕操作一直持续直到达到所需的叠层厚度。然后预浸 渍的织物被覆盖上热塑性外膜，并且在储存和运输过程中被保护免受自 然光/UV光的照射。
为了在管道(例如下水管道)内安装衬里(通过缠绕过程200形成)， 该衬里被拉入管道并利用空气压力使其膨胀。衬里内的空气压力推动衬 里抵靠待修复的管道的内表面。衬里的膨胀主要通过伸展织物202实现。 最后，例如通过穿过受压衬里的紫外(UV)光使得衬里被固化，所述紫 外光由一系列紫外灯发出。
发明内容
广义的发明概念考虑涉及修复地下管道的系统、设备和方法，更具 体地涉及制造具有改进的内表面特性的加固CIPP衬里的系统和方法， 以及具有改进的内表面特性的衬里本身。
在一个示例性实施例中，公开了一种用于修复管道的加固衬里。该 加固衬里包括：纱层，所述纱层由随机取向的切碎玻璃纤维形成；增强 层，所述增强层包括玻璃纤维；以及树脂，其中所述纱层比所述增强层 更靠近加固衬里的中心轴线，其中所述纱层和所述增强层彼此接合，其 中所述树脂浸渍所述增强层，并且其中所述树脂通过施加能量而能够固 化。在一个示例性实施例中，所述能量为紫外(UV)辐射。在一个示例 性实施例中，所述纱层对紫外光具有半透过性。
在一个示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量在10-200克/米²范围 内。在一个示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量约为30克/米²。
在一个示例性实施例中，所述纱层的所述玻璃纤维为随机取向的切 碎玻璃纤维。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量在400-700 克/米²的范围内。
在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维为统一取向的 连续玻璃纤维。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量在50-200 克/米²的范围内。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量约为 140克/米²。
在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维统一取向为平 行于加固衬里的中心轴线。在一个示例性实施例中，所述增强层的所述 玻璃纤维取向为垂直于加固衬里的中心轴线。
在一个示例性实施例中，加固衬里还包括：第一增强层和第二增强 层，该第一增强层包括第一玻璃纤维，该第二增强层包括第二玻璃纤维， 其中所述第二玻璃纤维取向为相对于第一玻璃纤维成一角度，并且其中 所述第二玻璃纤维包括大致平行排列的切碎玻璃纤维。
在一个示例性实施例中，所述第一玻璃纤维沿大致相同的方向排列。 在一个示例性实施例中，所述第一玻璃纤维为不连续纤维。在一个示例 性实施例中，所述第二玻璃纤维大致垂直于所述第一玻璃纤维。
在一个示例性实施例中，加固衬里还包括布置在所述第一增强层和 所述第二增强层之间的填充材料。在一个示例性实施例中，所述填充材 料包括以下材料之一:树脂、玻璃纤维、碎的再生玻璃增强塑料化合物和 多个的微球体。
在一个示例性实施例中，所述纱层和所述至少一个增强层通过缝合 元件缝在一起。在一个示例性实施例中，所述缝合元件为弹性纱线。
在一个示例性实施例中，所述加固衬里具有纵向轴线，所述第二玻 璃纤维大致沿所述纵向轴线的方向取向，并且其中所述第一玻璃纤维大 致垂直于所述第二玻璃纤维布置。
在一个示例性实施例中，在固化后，加固衬里的内表面足够平滑， 以通过高压水洗测试。
在一个示例性实施例中，在固化后，加固衬里的内表面形成保护层， 该保护层覆盖与所述树脂结合的所述第一玻璃纤维和与所述树脂结合的 所述第二玻璃纤维。在一个示例性实施例中，所述保护层在使用过程中 能够磨损掉而不会降低加固衬里的性能。
在一个示例性实施例中，公开了一种制造用于修复管道的衬里的方 法。该方法包括：提供纱层，所述纱层由随机取向的切碎玻璃纤维形成； 提供增强层，所述增强层包括玻璃纤维；接合所述纱层和所述增强层； 用树脂浸渍接合的纱层和增强层；以及由接合的纱层和增强层形成管状 件，使得所述纱层比所述增强层更靠近所述管状件的中心轴线。
在一个示例性实施例中，所述树脂通过应用紫外辐射而能够固化。 在一个示例性实施例中，所述纱层对紫外(UV)光具有半透过性。
在一个示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量在10-200克/米²的范 围内。在一个示例性实施例中，所述纱层的玻璃含量约为30克/米²。
在一个示例性实施例中，所述纱层的所述玻璃纤维为随机取向的切 碎玻璃纤维。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量在400-700 克/米²的范围内。
在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维为统一取向的 连续玻璃纤维。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量在50-200 克/米²的范围内。在一个示例性实施例中，所述增强层的玻璃含量约为 140克/米²。
在一个示例性实施例中，所述增强层的所述玻璃纤维统一取向为平 行于所述管状件的中心轴线。在一个示例性实施例中，所述增强层的所 述玻璃纤维取向为垂直于所述管状件的中心轴线。
在一个示例性实施例中，所述增强层包括第一增强层和第二增强层， 该第一增强层包括第一玻璃纤维，该第二增强层包括第二玻璃纤维，其 中所述第二玻璃纤维取向为相对于第一玻璃纤维成一角度，并且其中所 述第二玻璃纤维包括大致平行排列的切碎玻璃纤维。在一个示例性实施 例中，所述第一玻璃纤维沿大致相同的方向排列。在一个示例性实施例 中，所述第一玻璃纤维为不连续纤维。在一个示例性实施例中，所述第 二玻璃纤维大致垂直于所述第一玻璃纤维。
在一个示例性实施例中，该方法还包括在所述第一增强层和所述第 二增强层之间提供填充材料。在一个示例性实施例中，所述填充材料包 括以下材料之一:树脂、玻璃、碎的再生玻璃增强塑料化合物和多个的微 球体。
在一个示例性实施例中，所述纱层和所述增强层通过缝合元件缝在 一起。在一个示例性实施例中，所述缝合元件为弹性纱线。
在一个示例性实施例中，所述加固衬里具有纵向轴线，所述第二玻 璃纤维大致沿所述纵向轴线的方向取向，并且其中所述第一玻璃纤维大 致垂直于所述第二玻璃纤维布置。
在一个示例性实施例中，在固化后，加固衬里的内表面足够平滑， 以通过高压水洗测试。
在一个示例性实施例中，在固化后，加固衬里的内表面形成保护层， 该保护层覆盖与所述树脂结合的所述第一玻璃纤维和与所述树脂结合的 所述第二玻璃纤维。在一个示例性实施例中，所述保护层在使用过程中 可以磨损掉而不会降低加固衬里的性能。
当结合附图阅读时，对于本领域的技术人员来说，广义的发明概念 的其他方面、优点和特征将变得明了。
附图说明
为了更全面理解广义的发明概念的性质和优点，应结合附图参阅下 文的具体实施方式，其中：
图1是由折叠过程形成的常规CIPP衬里的截面透视图。
图2是由缠绕过程形成的常规CIPP衬里的透视图。
图3是根据示例实施例的加固CIPP衬里的各层的截面侧视图。
具体实施方式
虽然广义的发明概念容许许多不同的形式的实施例，但是附图所 示和本文中将以详细的具体实施例描述的内容基于这样的理解，即本 说明书被认为是广义的发明概念的一个示例。因此，广义的发明概念 不会局限于此处说明的具体实施例。
除非另外限定，本文使用的术语和所属技术领域中普通技术人员 通常的理解相同，都包括广义的发明概念。本文中使用的术语仅用于 描述广义的发明概念的示例实施例，并且不对广义的发明概念造成限 制。当用在广义的发明概念的描述和所附权利要求中时，单数形式的 “一”和“该”也包括复数形式的意思，除非上下文另外明确指出。
根据一个示例实施例，图3示出了具有已改进的内表面性能的加 固衬里300。
这种加固衬里典型地包括一系列增强构件，该增强构件沿与衬里 的纵向轴线垂直的圆周方向取向。这些增强构件围绕衬里的圆周布置 并在衬里固化和凝固之后为衬里提供径向强度和刚度。增强构件典型 地是丝状元件，例如玻璃纤维。
加固衬里还可以在其纵向上提供支承，具体地，衬里可以包括沿 其纵向轴线取向的增强构件。这些增强构件通常是丝状元件，例如玻 璃纤维。
在固化前，该加固衬里在径向上应是柔性的，并且在固化后加固 衬里应具有足够的刚度。径向上的柔性允许加固衬里沿径向扩展以压 靠受损管道的内壁。不同的管道(及其受损的区域)可能具有不同的 截面形状和轮廓。因此，当衬里被置入并被固化时，该加固衬里沿其 长度方向可能不具有连续的内径和外径。
玻璃纤维具有相对较差的延展特性。因此，具有沿衬里径向方向 取向的连续玻璃纤维的加固衬里具有有限的径向伸展能力。因此，广 义的发明概念包括增强织物的制造，该增强织物在经向、纬向或两个 方向上均是可伸展的。织物在转变为软管状后易于插入主管道并且易 于膨胀而符合受损管道的直径。
示例的衬里体现这些原理，并且这样的示例之一的加固衬里300 包括一个或更多个增强织物层。在一个示例实施例中，织物层包括具 有沿衬里长度取向的连续纤维和沿大致垂直于衬里的长度取向的不连 续纤维的织物。不同的纤维被联接在一起形成织物。不连续纤维在衬 里的径向或圆周方向上具有柔性和环向强度。衬里由织物的重叠带形 成。例如，重叠带可以被螺旋状缠绕、周向缠绕或放置为纵向重叠带。
广义的发明概念包括各种这些加强织物。美国专利6,360,780(专 利‘780)和6,615,875(专利‘875)中说明了这种织物的一些示例实施例， 这两个专利均由申请人共同拥有。‘780专利的公开内容通过引用而 整体地并入本说明书中。‘875专利的公开内容通过引用而整体地并 入本说明书中。本领域的普通技术人员应意识到广义的发明概念还包 括其他的增强织物的配置和设置。
根据广义的发明概念，除一层或更多层加强织物层304外，加固 衬里300还包括一层或多层纱层302。纱层302由玻璃制成。任何合 适的玻璃均能用于纱层302。在一个示例实施例中，纱层302由 玻璃形成，该玻璃是Owens Coming Corporation的产品。 在一个示例实施例中，纱层的玻璃纤维含量在10-200克/米²范围内， 含10、200克/米²。在一个示例实施例中，纱层的玻璃含量在10-100 克/米²范围内，含10、100克/米²。在一个示例实施例中，纱层302 的玻璃含量约为30克/米²。在一个示例实施例中，每一纱层302均由 多个随机取向的切碎玻璃纤维形成，该切碎玻璃纤维通过应用粘结剂 而被相互束缚。
纱层302被布置为加固衬里300的最内层玻璃层，并且该纱层给 予加固衬里300许多有利的性能，例如，纱层302和织物层304的组 合为加固衬里300提供良好的浸渍性能，例如良好的树脂获得和滚压 成型(例如缠绕稳定性)。因此，加固衬里300能很容易地接纳并保 持需要数量的树脂而树脂不会被压出。因此，增加衬里300的浸渍速 度是有可能的。另外，如果衬里300在缠绕过程中浸渍树脂，例如通 过在缠绕过程中提升纱层302的张力能改进生成卷的稳定性。因此， 此缠绕稳定性(对给定的树脂含量)通过衬里300的不起皱的相对均 匀缠绕而实现。
纱层302还有助于高的紫外半透过性，该高的半透过性使加固衬 里300的固化更快和/或更高效。
因为纱层302典型地作为加固衬里300的最内层306(与最外层 308相对)放置，一旦衬里300被固化，纱层302还能给予该衬里提 升的表面抛光特性(例如平滑性)。因此，固化的衬里300的更平滑 的内表面可以使其更容易通过工业中常用的测试，例如高压水洗测试。 在没有纱层的情况下，已固化的衬里的内表面可能是粗糙的和/或多孔 的，这令该衬里更难通过这样的测试。
纱层302具有的另一个表面抛光特性是保护层的形成，该保护层 可在使用期间消失(例如通过磨损)，而不影响衬里管道的结构性能。 通过纱层302的使用而得到的保护层比无纱层302的构造更耐磨损， 使得固化后的衬里300具有更低的磨损率(重量损耗)。因此，保护 层是牺牲层，该牺牲层能提供增强的耐磨损性和耐磨耗性，从而进一 步保护下层的增强织物层304。
如上所述，广义的发明概念考虑CIPP衬里，该衬里具有作为增 强层的至少一个织物层304。每个织物层304距离衬里300的中心轴 线比纱层302更远。在一个示例性实施例中，至少一个织物层304比 加固衬里300的最内层306更靠近加固衬里300的最外层308。典型 地，织物层304之一(例如第一增强层310)将作为加固衬里300的 最外层308。广义的发明概念所包括的CIPP衬里还可以包括其他层， 例如非增强织物层。
在一个示例性实施例中，每个织物层304均形成为连续材料带的 形式。如图3所示，加固衬里300的织物层304包括第一增强层310 和第二增强层312。在一个示例性实施例中，至少一个织物层304包 括贯穿该织物层随机分布的玻璃纤维。在一个示例性实施例中，至少 一个织物层304由切碎玻璃纤维形成，该切碎玻璃纤维在织物层中随 机取向，该织物层的玻璃含量在450-600克/米²范围内，含450、600 克/米²。在一个示例性实施例中，织物层的玻璃含量在400-600克/米 ²范围内，含400、600克/米²。
在一个示例性实施例中，至少一个织物层304包括在该织物层内 相对统一取向的玻璃纤维。在一个示例性实施例中，增强层310和312 包括彼此具有不同取向的玻璃纤维，例如专利'780和/或专利'875中所 公开的。在一个示例性实施例中，增强层310和312中的至少一个的 玻璃含量在50-200克/米²范围内，含50、200克/米²。在一个示例性 实施例中，增强层310和312中的至少一层的玻璃含量约为140克/ 米²。
为提高衬里300的强度和刚度特性，每个增强层310、312的厚度 可以被改变。310、312层的厚度由玻璃纤维的类型、数量、纹理等决 定。类似地，一些织物层304(彼此相同或不同)能相互重叠从而获 得最终衬里厚度和需要的衬里结构。
在一个示例性实施例中，第一增强层310包括丝状元件或纤维314 (例如玻璃纤维)，该丝状元件或纤维314在大体相同的方向上延伸。 具体地，纤维314沿加固衬里300的纵向延伸。因此，纤维314在该 方向上为衬里300提供强度。
在一个示例性实施例中，第二增强层312包括丝状元件或纤维316 (例如玻璃纤维)，该丝状元件或纤维沿彼此大致相同的方向布置。在 第一增强层310中，这些纤维316沿与第一增强层310中的纤维314 的大致垂直的方向延伸。在一个示例性实施例中，纤维316是长切纤 维，并沿大致平行的线分布。在抛光的加固衬里300中，这些纤维316 能沿衬里300的圆周或周向方向沿伸。第一增强层310中的纤维314 和第二增强层312中的纤维316的取向形成一个交叉影线图案，该交 叉影线图案沿径向和周向为加固衬里300提供支承。
在一个示例性实施例中，纤维314和/或316是玻璃纤维，例如E 型或ECR-型玻璃纤维。在一个示例性实施例中，纤维314和/或316 可以包括S-2型玻璃纤维、纸浆纤维、棉纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯 纤维、聚酯纤维、芳纶纤维和碳纤维。
在一个示例性实施例中，加固衬里300的纱层的玻璃含量约为30 克/米²，加固衬里300的第一增强层310的玻璃含量约为140克/米²， 加固衬里300的第二增强层312的玻璃含量约为450克/米²。
增强层310、312彼此接合、联接或通过另外的方式结合。在一个 示例性实施例中，增强层310、312通过缝合元件318(见图3)被缝 在一起。缝合元件318穿过增强层310、312进行缝合或编织，以将这 些增强层固定到一起。缝合元件318是柔性的以加强织物层304的拉 伸性和柔韧性，因此也能加强加固衬里300的拉伸性和柔韧性。缝合 元件可以由弹性材料或橡胶类型的材料制成。在一个示例性实施例中， 缝合元件318是弹性纱线或者类似物。在一个示例性实施例中，缝合 元件318是不可拉伸的聚酯纱线或其他可拉伸的材料。接合增强层的 其他的合适手段(例如通过粘合剂)均落在广义的发明概念的范围内。
纱层302也和增强层310、312接合、联接或以其他方式结合。在 一个示例性实施例中，纱层302通过缝合元件318与增强层310、312 缝到一起(见图3)。缝合元件318穿过纱层302和增强层310、312 被缝合或编织以把纱层和增强层固定到一起。缝合元件318是柔性的 以加强已结合的纱层302和织物层304的拉伸性和柔韧性，因此也能 加强加固衬里300的拉伸性和柔韧性，缝合元件可由弹性材料或橡胶 类型的材料制成。在一个示例性实施例中，缝合元件318是弹性纱线 或者其类似物。在一个示例性实施例中，缝合元件318是不可拉伸的 聚酯纱线或可拉伸的其他材料。在一个示例性实施例中，和缝合元件 318不同的第二缝合元件被用于接合纱层302和织物层304。用于接合 纱层302和增强层310、312的其他合适手段(例如通过粘合剂)均落 在广义的发明概念范围内。
加固衬里300(例如纱层302和/或织物层304)还包括树脂材料 或者其类似物，该树脂材料或者其类似物通过施加能量而固化。在一 个示例性实施例中，通过使用紫外辐射使树脂材料固化。树脂材料可 以以任何合适的方式应用于衬里300。在一个示例性实施例中，在纱 层302和/或织物层304缠绕形成管状件前，树脂材料被应用于该纱层 和/或织物层。在一个示例性实施例中，在缠绕过程(例如缠绕过程200) 中，当纱层302和/或织物层304被缠绕成管状件时，树脂材料被应用 到该纱层和/或织物层。在一个示例性实施例中，形成的管状件本身立 刻被完全浸渍。树脂材料固化并和各(例如织物层304中的纤维314 和316)在一起，从而为衬里300提供强度。
可使用任何合适的树脂材料。在一个示例性实施例中，树脂材料 是改性的或未改性的不饱和聚酯树脂。在一个示例性实施例中，树脂 材料是乙烯基酯树脂。在一个示例性实施例中，树脂材料是热固化环 氧树脂。
加固衬里300可以包括另外的材料，例如填充材料。填充材料能 用于控制衬里300或其各部分的厚度。示例性的填充材料包括：树脂； 碳酸钙；以及玻璃珠或玻璃泡，该填充材料不必需被融化。在一个示 例性实施例中，填充材料包括膨胀或未膨胀的微球体。微球体是能把 气体封装在内的微小的球型聚合物壳。当气体被加热，其压强增大并 且壳软化并膨胀。在一个示例性实施例中，填充材料包括玻璃和树脂 的再生混合物，该混合物包括再生玻璃增强塑料化合物，例如碎的片 状复合材料(SMC)的部分。
对于通过紫外辐射固化的衬里，填充材料优选地尽可能是半透明 的，例如气泡、微球体或切碎玻璃纤维。在一个示例性实施例中，填 充材料包括预制材料，例如羊毛材料或毡材料。填充材料可以插入到 或另外布置到如上所述缝在一起的增强层(例如增强层310和312) 之间。
通常，每个织物层304形成为平面连续片并以卷的形式被收集。 加固衬里300中增强层310和312的取向由衬里300制成的方法决定。 例如，长切纤维316可以大致取向为抛光后的衬里300的圆周方向。 因此，在衬里300形成期间，形成织物层304的纤维316的取向与相 应织物卷的具体取向有关。
用于形成加固衬里300的一个示例性卷包括一个或更多个连续织 物层304。在一个示例性实施例中，卷包括连续织物，该连续织物包 括第一增强层310和第二增强层312，该第一增强层和第二增强层通 过缝合元件318被缝合到一起。在一个示例性实施例中，卷包括连续 织物，该连续织物包括纱层302和一个或更多个织物层304，该纱层 和一个或更多个织物层通过缝合元件318被缝合在一起。
广义的发明概念还考虑加固衬里(例如加固衬里300)的制造方 法。根据一个示例性实施例，制造加固衬里的方法包括从一个或更多 个卷向形成系统供给纱层302和织物层304。形成系统可以实施缠绕 过程，例如图2所示的常规缠绕过程200。在美国专利5,798,013(专 利‘013)中公开了一个更详细解释的缠绕过程的示例。专利’013的 内容通过引用整体地纳入到本文中。
形成系统包括处于固定位置的芯轴。该芯轴具有纵向轴线和外表 面。薄膜层例如防水和防树脂的热塑性薄膜被应用于芯轴的外表面。 在一个示例性实施例中，纱层302可以被额外应用于芯轴的外表面或 取代该热塑性薄膜。
卷(例如纱层302和织物层304的卷)围绕芯轴周向地旋转。以 这种方式，纱层302和织物层304以螺旋的样式被布置到芯轴上的薄 膜，使得连续的纱层和织物层覆盖上一纱层和织物层，并且沿着芯轴 的纵向轴线方向上前进。可以调整织物层在芯轴上缠绕的角度来改变 得到的衬里的厚度。
根据一个示例性实施例，加固件的制造方法包括同时从多个卷向 形成系统供给纱层302和织物层304。形成系统包括支承芯轴，薄膜 层布置在该芯轴的外表面上。纱层302和/或织物层304的多个实体被 用于形成相应数量的卷。每个卷均安装在围绕芯轴的圆周的位置中。
卷联接到支承装置，该装置使卷能展开，并沿芯轴的纵向轴线方 向放置材料。卷被布置成使得相邻的织物带相互重叠。在一个示例性 实施例中，纱层302和织物层304可以被分步应用到芯轴的外表面。 在一个示例性实施例中，纱层302和织物层304可被同时应用到芯轴 的外表面。在一个示例性实施例中，纱层302可以被额外应用到芯轴 的外表面，或者取代薄膜层。
本领域的普通技术人员应该理解的是，广义的发明概念所包括的 加固衬里(例如加固衬里300)可以通过任何合适的方法(包括常规 的安装方法)被安装到受损管道中。示例性的安装方法包括“倒置” 或“倒转”方法和“定位绞进”(WIP)或“穿透绞进”方法。
一旦安装加固衬里(例如加固衬里300)，就要通过应用合适类 型的能量来固化或硬化该衬里，从而固化被能量处理的树脂。在一个 示例性实施例中，固化能量是紫外辐射。其他能用于固化树脂的示例 性能量类型包括超声能量以及热辐射、热对流和热传导。在一个示例 性实施例中，至少一部分的固化是由热量激发的。在一个示例性实施 例中，衬里在完全安装后被固化。在一个示例性实施例中，衬里在安 装时被固化。
广义的发明概念还考虑修复管道系统的方法。根据一个示例性实 施例，现参考安装在地下的管道系统对修复管道系统的方法进行说明。 管道系统包括管道和多个开口。开口的尺寸被设计成允许在沿管道系 统长度的周期性位置进入管道。管道包括受损区域。受损区域可能包 括裂缝或弱化或变薄的区域。管道可能在弱化或变薄的区域下垂。多 种外力对于损坏管道起作用，包括外界环境条件，管道系统中磨耗性 或腐蚀性的材料，以及外部的负荷、孔隙和生长的根茎。管道被修理 或修复从而保证管道系统的有效性和功能。
根据修复管道系统的示例性方法，加固衬里(例如加固衬里300) 被插入到管道的受损区域中。一旦固化，加固衬里300典型地沿径向 提供支承来防止管道的任何下垂并覆盖和密封管道的所有裂缝。
具体实施例的上述说明通过示例给出。从所给出说明书中，本领 域的技术人员不仅会理解广义的发明概念及伴随该发明概念的优点， 还会发现所公开的结构和概念的各种明显的变化和改良。例如，广义 的发明概念包括具有与本文所清楚公开的衬里的玻璃含量不同的层的 加固衬里。因此，本发明旨在覆盖落在由本发明和所附权利要求及其 等同物所限定的广义的发明概念的精神和范围内的所有这种改变和修 改。