(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維補強ポリマー材料によって効率的に管を補修するための管の補強・補修構造を提供する。【解決手段】補強すべき管の一部分に繊維構造体を配置する段階と、繊維構造体を通じて管の一部分まで樹脂を加圧して繊維構造体を樹脂で実質上飽和させる段階とを含み、その際樹脂が約１００００ｃＰ未満の粘度と約３０ダイン未満の表面張力を備える。樹脂は約９３°Ｃ（２００°Ｆ）より高いピーク発熱時に周囲条件で硬化が可能であり、その際硬化した樹脂は、約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高いガラス転移温度と約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高い加熱撓み温度を備える。樹脂を加圧する段階は、補強収容要素と圧縮されて繊維構造体を通じて管まで樹脂を加圧する繊維構造体の下の柔軟な型の使用を含んでもよい。【選択図】図１
0003159943.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
管の一部分を補強する方法において、
前記管の補強すべき部分に繊維構造体を配置する段階と、
前記繊維構造体を通じて前記管の一部分まで樹脂を加圧して前記繊維構造体を樹脂で飽和させる段階であって、その際前記樹脂が約１００００ｃＰ未満の粘度と約３０ダイン未満の表面張力を備える段階と、
約９３°Ｃ（２００°Ｆ）より高いピーク発熱時に周囲条件で前記樹脂を硬化させる段階であって、その際硬化した前記樹脂が約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高いガラス転移温度と約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高い加熱撓み温度を備える段階とを備える管の一部分を補強する方法。
【請求項２】
前記樹脂を硬化させる前記段階が、外部熱源を使用せずに周囲条件下で前記樹脂を硬化させる段階を備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記樹脂を加圧する前記段階が、
前記繊維構造体の周囲に柔軟な型を設置する段階と、
前記柔軟な型の周囲に補強収容要素を設置する段階と、
前記繊維構造体の上部で前記補強収容要素を通じて前記柔軟な型に樹脂を注入する段階と、
前記柔軟な型を圧縮し前記樹脂を前記繊維構造体を通じて前記管まで加圧する段階とを備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記補強収容要素が前記管と共に円環を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記補強収容要素が、前記管の周囲の前記樹脂の厚さの制御を助ける請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記補強収容要素が半径方向では可撓性であり、軸方向では剛直性を提供する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
物体を補強する方法において、
前記物体の表面に繊維構造体を配置する段階と、
前記物体の表面上に配置された前記繊維構造体に樹脂を塗工して、前記繊維構造体を実質上飽和させ前記繊維構造体上に樹脂の層を形成する段階と、
前記樹脂を硬化させて前記物体の表面上に乾燥した前記繊維構造体と前記樹脂の複合材を形成する段階であって、その際硬化した前記樹脂が約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高いガラス転移温度と約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高い加熱撓み温度を備える段階とを備える物体を補強する方法。
【請求項８】
前記物体が管を備え、その際前記繊維構造体を配置する前記段階が、前記管の外面の周囲に前記繊維構造体を巻き付ける段階を備える請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記繊維構造体上の前記樹脂の層が、前記管の中心軸に沿って半径方向に実質上対称的である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記繊維構造体上の前記樹脂の層が、約２．５４ｍｍ（０．１インチ）〜約１０２ｍｍ（４．０インチ）の厚さを備える請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記樹脂の層が、クロス、網、鎖、ミルドファイバ、短繊維、またはロービング、またはそれらの任意の組み合わせを備える請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記繊維構造体が、前記物体の表面に配置する前または配置するときに樹脂で含浸されない請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
物体を補強する方法において、
前記物体の表面に繊維構造体を配置する段階と、
配置した前記繊維構造体の周囲に布型を設置する段階と、
前記布型の周囲に外枠を位置付ける段階と、
前記布型の内部にポリマー材料を配置して前記ポリマー材料を前記繊維構造体まで加圧し前記繊維構造体を実質上飽和させる段階であって、その際前記ポリマー材料が１００００センチポアズ未満の粘度を備える段階とを物体を補強する方法。
【請求項１４】
前記ポリマー材料を硬化させて前記物体の表面上に前記繊維構造体と前記ポリマー材料の複合材を形成する段階を備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記繊維構造体を配置する前記段階が、前記物体の外面の周囲に前記繊維構造体を巻き付ける段階を備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記外枠が複数の押出成形スラットを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
管を補修するシステムであって、
前記管の周囲に巻き付けられて前記管の周囲に補強材料を設置した後樹脂を受容するように構成された補強材料と、
前記管の周囲に巻き付けられた前記補強材料の周囲に配置されるように構成された柔軟な型であって、その際前記柔軟な型が前記補強材料の周囲の前記樹脂を受け入れ保持するように構成されている柔軟な型と、
前記管上に配置された前記柔軟な型の少なくとも一部分を収容し支持するように構成された支持構造体と、
前記柔軟な型の内部に注入されて前記繊維に浸透し前記管上の前記補強材料との複合材を形成するように配合された前記樹脂であって、その際前記樹脂が３０ダイン未満の表面張力と１００００ＣＰ未満の粘度を備える前記樹脂とを備える管を補修するシステム。
【請求項１８】
前記補強材料が繊維構造体を備える請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記繊維構造体が炭素繊維を備える請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記樹脂がエポキシ系、ポリエステル系、ビニルエステル系、ウレタン系、またはメタクリレート系、またはそれらの任意の組み合わせを備える請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記柔軟な型の内部が布を備える請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記柔軟な型が、圧縮されて前記樹脂を前記補強材料を通じて前記管まで加圧し、前記補強材料を前記樹脂で実質上飽和させるように構成された請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記支持構造体が、前記管と共に円環を形成する剛体のシェル部材を備える請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
前記支持構造体が、半径方向では可撓性であり、軸方向では剛直性を提供する請求項１７に記載のシステム。
【請求項２５】
前記支持構造体が金属薄板を備える請求項１７に記載のシステム。
【請求項２６】
前記支持構造体が、軸方向に剛直性を提供する複数の可撓性部材を有する外枠を備える請求項１７に記載のシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、一般に管補修に関する。詳細には、本考案は、繊維補強ポリマー材料によって効率的に管を補修するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、本願を一体をなすものとして参照する２００４年１２月３日出願の米国特許出願第１１／００３１９９号の一部継続出願（ＣＩＰ）である。
【０００３】
本節は、以下説明されかつ／または実用新案登録請求の範囲に記載される、本考案の様々な態様に関連しうる本技術の様々な態様を示すことを目的とする。本節の記載は、本考案の様々な態様のよりよい理解を助ける背景情報を示す上で有用であると考える。したがって、以下の記載は先行技術の承認としてではなく、この見地から読まれるべきであるということを理解されたい。
【０００４】
配管は今日の社会の至る所に存在している。配管は住居、商業、および工業の幅広い用途で見られる。例えば、配管は、ユーティリティーの分配、製造工程、化学製品／石油化学製品の輸送、エネルギーの輸送、水道工事、加熱および冷却、下水システム、ならびに、廃化学物質、汚水の排出といった使用済み化学物質／化合物の回収等で利用されることがある。操業中に、施設内および長距離にわたる配管は、水、蒸気、化学製品、石油化学製品、原油、天然ガス、および多様な他の液体、ガス、および化合物を収集、分配、および輸送する役目を果たすことができる。
【０００５】
管路のような配管システムは、ユーティリティー、エネルギーおよび化学／石油化学製品を、製品の需要家、製造現場、化学／精製施設、商業施設、公共施設、消費者等に輸送できる。疑いもなく、管路（例えば、輸送管路）は、資源の供給における生産性を向上するため有益な役割を果たしてきた。実際に、世界経済は、原材料や製品を幅広い範囲の顧客やエンドユーザに輸送する管路の能力に依存している。
【０００６】
管路（例えば、ガスおよび石油の管路）の建設のピークは３０〜４０年前であって、それらの管路の大部分は、第２次世界大戦前に建設されたものも含めてまだ使用されている。年月を経ているため、古くなった管路インフラストラクチャの完全性を維持することはコストがかかるものになっている。管路の腐食および他の管路の欠陥、潜在的な欠陥、および異常箇所を減らすために発生する年間コストは数１０億ドルにのぼる。管路補修を経済的に考察する際の検討事項には、人件費、材料費、設備費用、資金、経済的見返り、補修の耐用年数、管路の停止期間等が含まれる。予想されるように、管路補修の経済性は、管路の生産性に対して重大な影響を有し得る。
【０００７】
管の欠陥および損傷は、機械的損傷、腐食、浸食、被覆の損傷、断熱材の不良、不利な動作条件、天候等によって発生することがある。例えば、内部浸食は、管路内の内容物の流れによって発生することがある。こうした浸食は、流路の方向の変化に伴う遠心力によって悪化することがある。腐食に関しては、配管の外面は腐食性の土壌または地上の腐食性の環境にさらされることがあり、配管の内面は腐食性の内容物にさらされることがある。重大なことだが、浸食、腐食その他の損傷は、管の肉厚を減少させて、管または管路の圧力定格または圧力保持能力を低下させることがある。したがって、管路企業（例えば、ガス輸送会社）の運転保守要員は管路で発見された欠陥または潜在的欠陥の領域を補修すべきか、それとも管の一部を交換すべきか、それとも管路を廃棄すべきかを決定することになる。
【０００８】
補修方針を評価する際に、管路の操作員およびサービス業者は通常、管路の停止期間、管の仕様、補修すべき管の領域、埋設条件、地上環境、配管または管路の内容物、管路の動作条件等を考慮する。もちろん、管路の操作員およびサービス業者は規則上の制約、当該工業規格、製造業者の推奨事項等に対応しなければならない。更に、最終的に選択される保守のアプローチは、漏れまたは他の欠陥の補修、または管路の欠陥（例えば、漏れ、破断等）が起きる前の管の領域を前もって補修することを含んでもよい。最後に、コスト、環境、規制上の制約等に留意しつつ管路の完全性を維持するため、管路の操作員およびサービス業者は通常、利用可能な工学的選択肢とこれらの選択肢の経済的影響に基づいて、配管／管路の保守、交換および補修を評価している。補修の場合、いくつかのテクノロジー、応用技術および材料が利用可能である。
【０００９】
一般的な補修技術は、管を補強するため、管の一部分の周囲に配置した金属スリーブを利用する。管の漏れおよび他の欠陥を補修するため、溶接スリーブおよび非溶接（機械式）スリーブの両者を様々な長さと直径の配管の上に設置してもよい。また、スリーブによって、潜在的な管の欠陥を前もって補修する、内部および外部の腐食のある管の各部を補強する、配管の圧力定格を向上させる、等のことを行ってもよい。一般に、確立されたスリーブ技術は、管の周囲の位置に溶接したスリーブを利用するにせよ、あるいは溶接せずに管に機械的に固定したスリーブを利用するにせよ、産業界でなじみのある補修アプローチの利点を提供する。管路の補修では、操作員、技術者、技能工は、溶接スリーブのための溶接継手ならびに非溶接スリーブのための機械装置およびクランプにも慣れている。残念ながら、スリーブを正しく設置するために、適切な機械および溶接技術を持つ人員を訓練するのは時間がかかる。更に、管路の非溶接スリーブおよび溶接スリーブによる補修の結果、管路上の補修箇所で脆化および残余応力が生じることがある。
【００１０】
溶接スリーブの場合、スリーブは補修すべき管の周囲に溶接して、補強すべき管の一部を収容してもよい。スリーブの２つの分かれた部分の対になる縁端を溶接してつなぎ合わせ、組み立てられたスリーブを管に溶接し、溶接スリーブを管に密封、固定してもよい。溶接スリーブを設置する際には、上述の一般的なアプローチ以外にも多様な溶接構成が利用可能である。（例えば、高圧輸送管路での）溶接スリーブによる補修を含む溶接補修に伴うコストは、高度に熟練した溶接作業者の雇用、管路の操業停止および不足、関連する製造施設、化学／石油化学処理の操業停止等に起因しうるものである。
【００１１】
一般に、操業コストの観点から、管路を操業したままで補修し、コストのかかる停止期間をなくすことが望ましい。例えば、管の溶接または切断を回避する補修技術は、補修中管路を動作状態に保持し管路の停止期間に伴うコストを回避するために適したものとなりうる。補修のために管路の操業を停止することは、上流および下流の施設の操業停止を余儀なくし、生産の損失、販売の損失、操業停止および再開のコスト等を招くであろう。
【００１２】
非溶接補強スリーブは、一般に溶接または切断を必要としないので、この問題を解決している。非溶接補強スリーブは、管の補修すべき部分に機械的に結合される。別言すれば、こうした非溶接スリーブ（機械式スリーブとも呼ぶ）は、クランプ、ボルト等によって管に配置し固定可能である。残念ながら、非溶接スリーブを使用する場合、補修部と管の圧力定格を十分に保証するには特殊な機械技術が必要なことがあり、溶接技術よりも手間のかかる複雑なものとなることがある。その結果、非溶接スリーブによる管補修は、溶接スリーブによる補修より高価になることがある。しかし、非溶接スリーブによる補修は有利にも、例えば、管路の各領域および化学／石油化学処理の各領域といった現場での溶接を回避できる。更に、上述のように、非溶接アプローチは一般に、中断のない管路の操業を可能にする。他方、非溶接（機械式）スリーブの構成によっては、大きな機械的力が管に印加される場合、または非溶接スリーブを設置する際のその他の要因によっては、管路の不足を来すことがある。
【００１３】
残念ながら、配管エルボ、配管ティー、管路ベンド等を補修する特殊な場合は、補修すべき湾曲した管のベンドに剛体の金属スリーブを配置するのが困難なため溶接および機械式（非溶接）どちらのスリーブにとっても問題がある。更に、剛体の金属スリーブは管路ベンドに十分に接触できず、そのため通常管路ベンドに存在する応力のかかる場所を補強できないことがある。その上、外側にある金属スリーブと管路エルボまたはベンドの曲率半径を適切に一致させるのが困難なこともある。管路ベンドでのスリーブの設置に伴うこうした問題を回避するため、（スリーブの代わりに）溶加材をベンド（例えば、異常箇所の空隙内）に配置することも可能であるが、こうした溶加材による補修は一般に制限された範囲の動作圧力および肉厚の管路の場合にしか適していない。
【００１４】
上記段落の記載から見られるように、溶接および非溶接（機械式）どちらのスリーブにとっても様々な課題が存在する。全体として、溶接または非溶接の補強スリーブを使用するこうした確立された技術は、コストがかかる傾向にあり、高度に熟練した労働力を必要とし、管の応力の増大につながり、管路操業中断の必要も増大する。改良された管補修の技術が必要とされている。
【００１５】
直管および管ベンドの補修における溶接および非溶接スリーブの従来のアプローチに関連する問題および課題に答えて、被覆と、高強度プラスチック、繊維補強プラスチック、複合材料等の使用を伴う新しい技術が出現した。こうしたポリマーによる補修はコストを下げ、これまでの溶接および機械式スリーブよりも脆化と残余応力を少なくできる。更に、ポリマー複合材は、例えば、一般に酸化しないので、管路の処理した領域のさらなる腐食を阻止できる。その上、特に石油およびガス輸送産業の分野で複合材補修システムの使用が増加した結果、米国機械学会（ＡＳＭＥ）は現在、新しい建設後補修規格を含む非金属ラップ技術に関する規格の策定中である。現在、比較的新しいＡＳＭＥ規格(ASME PCC-2)は、測定および評価すべき補修システムのいくつかの材料特性を指定している。
【００１６】
樹脂のみ（補強材料なし）では通常、管補修、特に中および高圧力管路の補修のための十分な強度を提供しないことに注意されたい。したがって、一般に、ポリマー補修システムは損傷した管の周囲に一体的構造を生み出す、エポキシ材料および他の樹脂とのマトリックス複合材布に基づいている。一般に、多様な繊維、ポリマー、樹脂、プレポリマー、接着剤および他の成分を使用して管の損傷した部分の周囲に複合材料構造体を形成してもよい。特に、複合材補修システムは通常ガラス繊維を利用し、コストのかかる機械式スリーブ、溶接および停止期間を回避することによって、腐食した管の補修コストを下げる可能性を提供する。
【００１７】
しかし、上述のように、こうした複合材補修の作業は労働集約的なものとなる傾向がある。例えば、繊維の各層は、管の周囲に繊維を巻き付ける前に樹脂に浸して樹脂を含浸しておく。繊維と樹脂（本明細書ではポリマーとも呼ぶ）の多数の層は、各繊維層を貼付する前に樹脂にゆっくりと注意深く事前含浸しながら、一度に一層ずつ手作業で入念に貼付する。例えば、繊維を手間をかけて管に貼付する際に、繊維（例えば、繊維テープ）をポリマー（例えば、エポキシ樹脂）の槽を通して引っ張ることもある。こうした面倒な取り扱いと開放据え付けは、環境および用途、樹脂化学物質および溶剤の取り扱いの増大、労働時間の増大等の課題を提示している。
【００１８】
更に、当業者が認識するように、作業者は樹脂のポットライフ（すなわち、分または時間を単位とする樹脂のセットアップ時間）について知らなければならない。ポットライフが経過すると、樹脂の粘度が大きく増大し、樹脂を繊維に適切に塗工し、ポリマー樹脂複合材を有効に成形し形成することが困難になる。樹脂のポットライフを樹脂の硬化時間と混同してはならない。硬化時間とは、通常１日または数日後の、架橋熱硬化樹脂が形成されるのに要する時間である。こうした樹脂系のポットライフ（およびそれに伴う粘度の増大）は通常数分間しかないことがある。疑いもなく、樹脂のポットライフが経過する前に設置が完了しなければ、管および管の異常箇所の周囲の複合材構造体は欠陥品になってしまうだろう。
【００１９】
一般に、繊維を一層ずつゆっくりと手間をかけて事前含浸し貼付する技術と、樹脂のポットライフが経過しそれと共に粘度が増大するため粘性の樹脂構造体が比較的すぐに形成されることとの間には緊張した関係が存在する。したがって、管の複合材による補修では、多数の繊維および樹脂系を成形して、管および管の異常箇所を覆う適切な複合材構造体を形成するのは困難である。
【００２０】
その上、産業界では比較的高いガラス転移温度（Ｔｇ）および加熱撓み温度（ＨＤＴ）を有する複合材補修システムが必要とされている。こうした必要は、管路の比較的高温の環境および内容物、管路の温度および圧力定格、工業規格の要求等のために存在することがある。当該工業規格の一例は、「配管および配管工事用非金属複合材補修システム(Non-Metallic Composite Repairs Systems for Piping and Pipe Work)」という名称の米国機械学会（ＡＳＭＥ）Post-Construction Code-2(PCC-2)である。例えば、ASME PCC-2の認証では、樹脂／繊維複合材システムは一般に一定のＴｇおよびＨＤＴの要求を満たさなければならない。例えば、ASME PCC-2によれば、補修システムの使用温度は、非漏洩配管工事の場合Ｔｇ−３８°Ｃ（−３６°Ｆ）／ＨＤＴ−３３°Ｃ（−２７°Ｆ）であり、漏洩配管工事の場合Ｔｇ−４８°Ｃ（−５４°Ｆ）／ＨＤＴ−３８°Ｃ（−３６°Ｆ）であると報告されている。
【００２１】
有利にも低い収縮率と現実的な作業時間（例えば、２時間未満）で室温で硬化する樹脂（例えば、いくつかのエポキシ、ウレタン、ポリエステル、アクリル、ビニルエステル等）は、残念ながら、（例えば、外部熱源による）後硬化なしでは硬化しても低いＴｇ（例えば、４３°Ｃ〜５７°Ｃ（１１０°Ｆ〜１３５°Ｆ）の範囲内）にしかならないことがあるのに注意されたい。すなわち、通常、これまでの樹脂を周囲温度で硬化すると、硬化した樹脂のＴｇは５７°Ｃ（１３５°Ｆ）以下にしかならないことがある。こうしたＴｇはASME PCC-2規格によれば非漏洩管用の３７°Ｃ（９９°Ｆ）の動作等級しか満足せず、多くの管補修用途では不十分である。現場で外部熱源を追加して所定の時間硬化中の樹脂を（例えば、６６°Ｃ〜２０４°Ｃ（１５０°Ｆ〜４００°Ｆ）まで）加熱するという選択肢もあるが、これは通常手間と時間がかかり、非現実的で、一般的に多くの配管の現場補修の場合費用効果的でない。この外部加熱（後硬化）の非現実的な手順では、熱硬化性／活性化エポキシ樹脂系（およびウレタン、エポキシビニルエステル、ビニルエステル、ポリエステル等）は使用できない。こうした樹脂では通常、硬化した樹脂のＴｇは９３°Ｃ（２００°Ｆ）以上になるが、一般に、適切な効果のためには所定の時間６６°Ｃ〜２０４°Ｃ（１５０°Ｆ〜４００°Ｆ）以上の外部熱源の使用を必要とするからである。
【００２２】
本考案の上記および他の利点および特徴は、以下の詳細な説明を読み図面を参照することから明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案の例示実施形態に係る、管を補修するための例示的な方法のブロック図である。
【図２】本考案の例示実施形態に係る、管に配置する乾燥繊維マットを例示する補修中の管の透視図である。
【図３】本考案の例示実施形態に係る、管の周囲に巻き付けて固定されていない乾燥繊維を示す図１の管の透視図である。
【図４】本考案の例示実施形態に係る、管に設置したシールを有する図２の管の透視図である。
【図５】樹脂を収容するための２つに分かれた部分を有する外側構成要素（例えば、シェル部材）を例示する図３の管の分解透視図である。
【図６】本考案の例示実施形態に係る、管の周囲に設置されシールと組み合わされた外側構成要素を有する図４の管の透視図である。
【図７】本考案の例示実施形態に係る、線６−６に沿って見た図５の管の断面図である。
【図８】本考案の例示実施形態に係る、配管システムのエルボまたはベンドに適用した管補修システムの透視図である。
【図９】本考案の例示実施形態に係る、外側構成要素の２つに分かれた部分の例示的な接続部をより詳細に例示する図５の管の一部の分解図である。
【図１０】本考案の例示実施形態に係る、代替外側構成要素および該外側構成要素上に配置された代替接続部を有する管の一部の透視図である。
【図１０Ａ】図１０の一部の詳細図である。
【図１１】本考案の例示実施形態に係る、補修される管の周囲に外側構成要素を固定するホースクランプを有する管の一端の詳細を示す図５の断面線Ａ−Ａに沿って見た代替的な断面図である。
【図１２】本考案の例示実施形態に係る、補修される管の周囲に外側構成要素を固定するホースクランプを有する管の一端の詳細を示す図５の断面線Ａ−Ａに沿って見た代替的な断面図である。
【図１３】本考案の例示実施形態に係る、樹脂を保持するために使用される外側構成要素を補修される管の周囲に固定する（ホースクランプの代わりの）例示的な固定具の透視図である。
【図１４】本考案の例示実施形態に係る、樹脂のポットライフを示す、樹脂粘度対時間のグラフである。
【図１５】本考案の例示実施形態に係る、管、容器その他の物体の補修または補強の際に使用される外枠の内面の透視図である。
【図１６】本考案の例示実施形態に係る、図１５の外枠の外面の透視図である。
【図１７】本考案の例示実施形態に係る、外枠を固定するための雄継手を有する外枠の一部の透視図である。
【図１８】本考案の例示実施形態に係る、雌継手とエンドギャップスパン装置を有する外枠の一部の透視図である。
【図１９Ａ】本考案の例示実施形態に係る、係合状態にある雄継手と雌継手によって固定された外枠の透視図である。
【図１９Ｂ】本考案の例示実施形態に係る、係合状態にある雄継手と雌継手によって固定された外枠の透視図である。
【図２０】本考案の例示実施形態に係る、外枠の押出成形スラットをロックするためのエンドキャップの透視図である。
【図２１】蝶番式設計を有する外枠の２つの押出成形スラットの端面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａおよび図２２Ａ′は、それぞれ欠陥を有する管の透視図および断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂおよび図２２Ｂ′は、それぞれ、本考案の例示実施形態に係る、管の外面に配置された誘電体ラップ（例えば、ガラス繊維ラップ）を有する図２２Ａの管の透視図および断面図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃおよび図２２Ｃ′は、それぞれ、本考案の例示実施形態に係る、誘電体ラップの周囲に巻き付けられた補強繊維クロス（例えば、炭素繊維）を有する図２２Ｂの管の透視図および断面図である。
【図２２Ｄ】図２２Ｄおよび図２２Ｄ′は、それぞれ、本考案の例示実施形態に係る、補強繊維クロスの周囲に配置された布型を有する図２２Ｃの管の透視図および断面図である。
【図２２Ｅ】図２２Ｅおよび図２２Ｅ′は、それぞれ、本考案の例示実施形態に係る、布型の周囲に配置された外枠を有する図２２Ｄの管の透視図および断面図である。
【図２２Ｆ】図２２Ｆおよび図２２Ｆ′は、それぞれ、本考案の例示実施形態に係る、布型に樹脂を導入することを示す図２２Ｅの管の透視図および断面図である。
【図２２Ｇ】図２２Ｇおよび図２２Ｇ′は、それぞれ、本考案の例示実施形態に係る、布型を介して樹脂を加圧することを示す図２２Ｆの管の透視図および断面図である。
【図２２Ｈ】図２２Ｈおよび図２２Ｈ′は、それぞれ、本考案の例示実施形態に係る、外枠と布型を取り外して硬化した樹脂を露出させた後の図２２Ｇの管の透視図および断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
以下、本考案の１つ以上の例示実施形態を説明する。それらの実施形態の簡潔な理解を提供するため、本明細書では実際の実現の全ての特徴を説明することはしない。何らかのこのような実際の実現を開発する場合には、あらゆる工学または設計プロジェクトの場合と同様に、開発者固有の目標を達成するためには、システム関連および業務関連の制約条件の遵守といった、実現毎に異なりうる、非常に多くの実現固有の決定を行わなければならないということを認識されたい。更に、こうした開発のための努力は複雑で時間かかかることがあるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとっては設計、製作および製造する上で日常的な業務であることを認識されたい。
【００２５】
本技術の説明を容易にするため、数節に分けて説明を行う。第Ｉ節は例示的な管補修システムの部分を論じる。第ＩＩ節は管の異常箇所と管路の調査技術を論じる。第ＩＩＩ節は例示的な補強材料の特性を論じる。第ＩＶ節は管補修システムで使用しうる例示的なポリマー材料を論じる。最後に、第Ｖ節は柔軟な型の上で補強収容要素（例えば、外枠）を利用する管補修技術を論じる。
【００２６】
Ｉ．管補修システム
本技術は、複合材による補修に関連する補修材料の通常の時間のかかる処理を回避しつつ、管上に補強ポリマー複合材を形成することによる効率的な管補修を可能にする。まず、管の補修すべき部分を特定する。補修を実現するため、補強材料（例えば、繊維構造体）を管の補修すべき部分の表面に配置してもよい。実施形態によっては、補強材料は管の周囲に巻き付けられるが、パッチのような他の形態で配置してもよい。湿性材料（例えば、樹脂飽和繊維）の処理に関連する問題を回避するため、補強材料は乾燥状態で配置される。そして、管上の補強材料に樹脂を塗工してもよい。例えば、樹脂をブラシで塗工してもよく、また、補強材料を管に固定した後、外側収容構成要素（例えば、スリーブ、シェル部材、箱、壁、外側管等）を補強材料に隣接して、またはその周囲に設置してもよい。後者の場合、ポリマー材料、ポリマー前駆体、および／またはプレポリマー等を収容構成要素と補強材料との間に配置する。本明細書中で使用する場合、「ポリマー材料」という用語は、多様なポリマー、プレポリマー、樹脂、硬化剤、プラスチック、複合混合物等の広範な対象におよぶ。
【００２７】
いくつかの構成では、流動性または半流動性のポリマー材料を収容構成要素の中で補強材料の上部に注入する。ポリマー材料の粘度が大きく増大する前に、ポリマー材料は補強構造体に浸透する。重力、毛細管現象、外部圧力等によってポリマー材料が補強材料に浸透しまた飽和させるように、補強材料とポリマー材料の特性を選択してもよい。最後に、ポリマー材料は硬化または重合させて、管を補修し管または管路の動作圧力性能を回復させる補強ポリマー複合材を形成するようにしてもよい。
【００２８】
Ａ．管の異常箇所を特定し乾燥繊維構造体を管に配置する
図面を参照すると、図１〜図７は、管の補修および／または補強、管の肉厚の増大、管の圧力定格または圧力性能の回復または向上、容器または他の機器の補修等の際に使用可能な管補修システム１０の例示的な実現を示す。図１は、管補修のための方法１のブロック図であって、図２〜図７に示す例示的な技術を論じる際に参照されるものである。まず、ブロック２に示すように、管の内面または外面上の異常箇所（例えば、腐食、点食、応力亀裂腐食等）を検出して管の補修すべき部分を特定してもよい。異常箇所を特定し分析する際に（そして、乾燥繊維構造体のような補強材料を配置する前に）異常箇所の清掃、異常箇所の研削または研磨、異常箇所へのフィラーの配置等といった何らかのやり方で異常箇所を事前処理してもよい。異常箇所の事前処理の有無にかかわらず、樹脂を含浸していない乾燥繊維構造体（例えば、乾燥繊維テープまたはパッチ）を管の異常箇所の周囲に配置または巻き付けしてもよい（ブロック３）。乾燥繊維構造体は、例えば標準的な接着剤またはテープで各端部を固定してもよい。
【００２９】
図２、３の例示実施形態では、欠陥または異常箇所１６を有する管１４に乾燥繊維構造体１２（例えば、乾燥繊維テープ、マット、布等）を配置する。管１４は管路３０（例えば、ガスまたは液体の輸送管路）の一部でもよく、多様な金属、および／またはセメント、プラスチック等といった非金属材料から構成されるものでもよい。例示的な管の金属は、鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、真鍮、ならびにニッケル合金および他の金属合金等といったより特殊な金属を含んでもよい。例示的な管のポリマー材料には、ポリプロピレン、ポリエチレン、他の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、フィラー補強ポリマー、ガラス繊維補強プラスチック等が含まれる。また、管１４は、耐食、太陽光線への露出防止、化学物質の作用に対する保護等を目的とする内部および外部の被覆（図示せず）を含んでもよい。最後に、図示のように、管１４の肉厚２６は、管１４および配管システム（例えば、管路３０）の望ましい圧力定格を満足するように指定してもよい。
【００３０】
この例では、乾燥繊維構造体１２は、上述の通常の接着剤またはテープといった接着構成要素１８によって初めに管に固定してもよい。例えば、乾燥繊維構造体１２の一端を固定したら、欠陥または異常箇所１６の補修を開始し、かつ／または管１４の圧力定格または圧力性能の一部または全てを回復するため、乾燥繊維構造体１２の１つ以上の層を管１４の周囲に巻き付けてもよい。一般に、乾燥繊維構造体１２は、管１４の補修すべき部分の外面２２を覆う。乾燥繊維構造体１２は、管の周囲に巻き付ける代わりに、パッチまたは他の形態で配置してもよい。更に、乾燥繊維構造体１２および補修システム１０は、容器、容器ノズル、機械、タンク、ポンプ、反応器等の配管以外の設備に適用してもよい。管１４の場合、管１４は通常、外面２２と内面２４を有する円筒壁２０を含む。管１４の望ましい圧力定格を回復または維持する乾燥繊維構造体１２を選択する際に考慮すべき変数には、肉厚２６、内径２８、管１４の構成材料等が含まれる。
【００３１】
管１４を補強または補修するため、本技術は、管１４の外面２２の上に乾燥繊維構造体１２と樹脂の実質上自己形成する複合材を提供する。以下詳述するように、樹脂が乾燥繊維構造体１２内の繊維に沿って管１４の外面まで浸透するためハンドレイアップまたはウエットレイアップの必要がなくなるように乾燥繊維構造体１２と樹脂の特性を指定してもよい。すなわち、樹脂は繊維構造体の繊維または層に事前に含浸する必要なく繊維構造体の上部に塗工すればよい。ここでも、繊維に樹脂を含浸させておく手間のかかる処理は有利にも回避できる。
【００３２】
Ｂ．管にシールと外側収容構成要素を設置する
ここで図１に示す方法１と図４〜図６に示す管の補修を参照すると、可撓性ゴム帯部材、金属構成要素その他の要素といったシール部材またはシールエンド３２を、巻き付けて固定した乾燥繊維構造体１２の上流および下流といった、管１４の部分に設置してもよい（ブロック４）。シール部材３２を設置する前または後に、スリーブ、シェル部材、箱、容器等といった収容構成要素３６を、乾燥布構造体１２を有する管１４の部分の周囲に配置してもよい。収容構成要素はシール部材３２と組み合わさって、収容構成要素３６と管１４および繊維構造体１２の外面との間に実質上密封された空間を形成する（ブロック５）。更に、例えば、収容構成要素の各長手方後端に簡単なホースクランプまたはより複雑な固定具を配置することによって、収容構成要素３６を管１４に固定してもよい（ブロック５）。収容構成要素３６上のこうしたクランプ装置は、シール部材３２の圧縮を容易にし、シール部材３２の完全性を高めることができる。
【００３３】
図４、図５、６の例示実施形態は、管１４の補修すべき部分の各端に向かって例示的な管補修システム１０において配置されたシール部材３２を示す。この実施形態では、例示的なシール部材３２（例えば、ゴム帯部材）は、管１４の周囲に巻き付けて、乾燥繊維１２が巻き付けられた外側で管１４に沿って長手方向に配置できるような可撓性のものでもよい。ここでも、シール部材３２の目的は、管１４の乾燥繊維構造体１２を含む部分と外側収容構成要素３６の内面との間に実質上密封された空間を形成するのを助けることである。この空間は、乾燥繊維構造体１２を通じて管１４の外面２２まで浸透し、最終的には硬化して管１４を補修する複合材となる樹脂または他のポリマー材料を受容することができる。本技術では、例示的なシール部材３２以外の密封構造を利用することができよう。例えば、管１４と収容構成要素３６との間の端部にフォーム材料を埋め込んでもよい。他方、加圧した収容構成要素３６のシステムで、例えば、機械的シールのようなより複雑なシールを利用してもよい等である。
【００３４】
２つに分かれた部分３６Ａ、３６Ｂを有する例示的な収容構成要素３６を図４に例示する。２つの部分３６Ａ、３６Ｂは、組み合わさって管１４の一部と乾燥繊維構造体１２とを収容する端面３４Ａ、３４Ｂを含む。収容構成要素３６は、薄い金属板（例えば、３．２ｍｍ（１／８″）金属薄板）、管（例えば、標準炭素鋼管）、プラスチック、布等から構成してもよい。収容構成要素３６は管１４の乾燥繊維構造体１２の周囲に設置される。例示実施形態では、収容構成要素３６の２つに分かれた部分３６Ａ、３６Ｂは、収容構成要素３６の端面３４Ａ、３４Ｂで接続される。２つに分かれた部分の端面３４Ａ、３４Ｂで収容構成要素３６の２つに分かれた部分３６Ａ、３６Ｂを固定する固定要素３７は、溶接、ボルト締め、締結、ステープル、接着等でもよい。
【００３５】
更に、収容構成要素３６は、単一の部材または２つより多い部材を備えてもよく、多様な形状でもよいことに注意されたい。実際には、樹脂４１を収容するものと判断されるならば、収容構成要素３６は布、巻く前の状態の金属テープ、金属またはプラスチックのスリーブ、円筒形のカラー、クランプ、中空のセグメント等でもよい。更に、第Ｖ節で後述するように、収容構成要素は、例えば布型の上に装着可能な補強収容要素（例えば、外枠、金属薄板等）を含んでもよい。
【００３６】
Ｃ．乾燥繊維構造体に樹脂を塗工し樹脂を浸透させる
ここで図１〜図６を参照すると、補修の際、樹脂４１は、例えば、樹脂４１がまず管１４の上に配置された乾燥繊維構造体１２の上部に置かれるように、開口または充填チューブを通じて収容構成要素３６内に注入してもよい（ブロック６）。重力、毛細管現象、または印加圧力によって樹脂が繊維の内部および周囲に浸透するように、樹脂の粘度、ポットライフその他の特性を指定してもよい（ブロック７）。一般に、単純に重力および／または毛細管現象によって樹脂が繊維に含浸されるようにすることで、収容構成要素３６を加圧して乾燥繊維構造体１２に樹脂が含浸するのを支援する技術と比較して設置を容易にすることができる。しかし、図示のように、外部ポンプ機構（図示せず）の使用、または樹脂に対して可撓性のシェル部材（例えば、布、プラスチック等）を押圧または圧搾すること等によって、追加の圧力を印加してもよい。最終的には、樹脂は硬化して、異常箇所を補修し、配管システムの完全性を向上し、かつ／または配管システムの動作圧力性能を回復する樹脂と繊維の複合材またはマトリックスを形成する（ブロック８）。
【００３７】
樹脂４１を収容構成要素３６内に堆積させるため、収容構成要素３６の開口３８、４０は、図６に例示するように、樹脂を受け入れかつ／または空気を排出させてもよい。例えば、ポリマー材料または樹脂４１を開口３８から注入するようにしてもよく、その場合収容構成要素３６の空間内の空気は、流れ込んでくる樹脂４１によって排除されるにつれて開口４０を通じて出て行くようになる。代替的には、２つの開口の代わりに収容構成要素３６の単一の開口、または収容構成要素３６の２つより多い開口を利用して樹脂４１を追加してもよい。更に、シール部材３２のような、補修システム１０の別の部分に設けた密封可能な開口を使用して、収容構成要素３６内に樹脂４１を追加してもよい。
【００３８】
開口３８、４０は、樹脂４１の充填および／または空気の排除を助けるチューブ４６、４８を受容するような構成の継手４２、４４または他のコネクタを備えてもよい。図６の実施形態では、参照矢印６０で示すように、充填チューブ４６を介して開口３８に樹脂４１を注入する。参照矢印６２で示すように、収容構成要素３６内の空気はチューブ４８を介して開口４０から排除される。
【００３９】
収容部材３６を使用することは、管１４上の乾燥繊維構造体１２に樹脂４１を塗工しうるやり方の一例に過ぎないことを理解されたい。他の代替案には、例えば、乾燥繊維構造体１２を管１２上に配置した後で、ブラシを使用して樹脂を乾燥繊維構造体１２に塗工することが含まれる。この代替案は樹脂の収容を行うが、収容部材３６を使用しないため安価な補修が可能になっている。
【００４０】
Ｄ．例示的な管補修層
管補修システム１０の例示的な層を、図６の断面線７−７に沿って見た管補修システム１０の断面図である図７に示す。断面図の中心は内面２４を有する管１４である。管補修システム１０が完成すると、初めに管１４上に配置した乾燥繊維構造体１２はこの時点で硬化した樹脂４１によって実質上飽和している。更に、硬化した樹脂４１は、収容構成要素３６内で乾燥繊維構造体１２の上の位置をも占めている。一体となって、樹脂４１と繊維構造体１２は管１４上および収容構成要素３６内のマトリックスまたは複合材を形成している。
【００４１】
個々の用途に応じて、収容構成要素３６は設置したままにしてもよくまた取り外してもよい。収容構成要素３６を取り外すには、収容構成要素３６を切断する、固定要素３７を分解する等を行ってもよい。収容構成要素３６を設置したままにする場合、それは通常補修システム１０の外側構成要素となることに注意されたい。この場合、収容構成要素３６の外面５４が管補修システム１０の外面となる。しかし、もう一度言うが、収容構成要素３６は取り外してもよい。
【００４２】
Ｅ．管エルボおよび管ベンドの補修
最後に、図８に示すように、管補修システム１０は有利にも管１４４のエルボ１４２に適用してもよいことに注意されたい。ここでも、これまでの図面の管１４の場合と同様に、管１４４（およびエルボ１４２）は管路３０の一部を構成し外面１４８と内面１５０を含んでもよい。しかし、当業者が認識するように、管１４４のエルボ１４２の方向の変化はさらなる補修上の課題を提起する。それにもかかわらず、本技術は、補修が必要な管エルボ１４２、他の管ベンドその他の不規則な形状の物体にも適用される。
【００４３】
この代替実施形態で示される収容構成要素１４６は、収容構成要素１４６の内部に樹脂を注入すると共に収容構成要素１４６内から空気を排除するための開口１５２、１５４を含んでもよい。更に、上述のように、収容構成要素３６は、開口１４２、１５４の継手１５６、１５８、ならびに充填チューブおよび／または空気チューブ１６０、１６２を含んでもよい。最後に、例示しないが、図８に示す管補修システム１０は一般に、例えば、収容構成要素１４６の下で、管エルボ１４２の異常箇所の上に複合材を形成する繊維構造体１２と樹脂４１を含む。
【００４４】
Ｆ．収容構成要素の構成および固定具
図９、１０は、収容構成要素３６を管補修システム１０の中で固定しうるやり方の例を示す。図９では、収容構成要素３６は、互いに組み合わされて２つの部分３６Ａ、３６Ｂをつなぎ合わせるフランジ８０を有する、金属薄板またはプラスチックといった薄板材料でもよい。フランジ８０は、ナット８６と組み合わされるボルト８４を受容するように構成された穴８２を有する。必要に応じて、穴９０を有するガスケット材料８８を使用して、収容構成要素３６の２つの部分３６Ａ、３６Ｂの間の密封を改善してもよい。収容構成要素３６は独立した２つの部分を備える代わりに、例えば、一方の側に蝶番を有し、もう一方の側のフランジによって密閉される単一の構造体を備えることができよう。
【００４５】
図１０に示すように、収容構成要素３６は材料の単一の部材または幅広のストリップ部でもよい。収容構成要素３６は、金属、プラスチック薄板、布ロール等といった可撓性または半可撓性材料でもよい。管１４の補修すべき部分を収容するため、可撓性の収容構成要素３６のストリップ部が管１４の周囲に巻き付けられている。収容構成要素３６のストリップ部の一方の端部１００は収容構成要素３６のもう一方の端部に重なり合っている。収容構成要素３６の重なり合うシールの細部をよりよく例示するため、図１０Ａは、収容構成要素３６のストリップ部端部１００を示す管補修システム１０の分解図を示す。収容構成要素３６の設置を完了するため、ホースクランプ６８または他の構成要素によって、乾燥繊維構造体１２を有する管１４の部分の周囲に巻き付けられた収容構成要素３６のストリップ部を固定してもよい。必要に応じて、シール材料１０２または樹脂４１は、管補修システム１０の収容構成要素３６のストリップ部端部１００を更に固定し密封してもよい。
【００４６】
図１１、１２を参照すると、図１０の管補修システム１０の端部の断面線Ａ−Ａに沿って見た断面図は、収容構成要素３６を安定化する例示的な代替案を示す。図１１では、例えば、ホースクランプ６８を収容構成要素３６の端部の周囲に巻き付けて、システム１０の収容構成要素３６を固定している。また、クランプ６８は更に、樹脂４１が収容構成要素３６から逃げる可能性を減少させるシール部材３２を備える。図１１の例示実施形態では、ホースクランプ６８は、収容構成要素３６の周囲のクランプ６８を締め付けるための通常のネジ７０を有する。更に、シール部材３２上に必要に応じて設けられる表面７２は樹脂４１の空間のシールを助けることができる。
【００４７】
同様に、図１２は、図１１のものと同様の特徴を有するが、可撓性の収容構成要素３６の端部に形成されたリップ部１１２を持つ管補修システム１０を示す。このリップ部１１２は、例えば、収容構成要素３６の設置および配置を助けると共にシール部材３２の完全性を向上し、樹脂４１が管補修システム１０から逃げるのを実質上防止できる。更に、薄肉の収容構成要素３６（例えば、金属薄板）と共にこうしたリップ部１１２を形成するのは比較的簡単なものになりうる。
【００４８】
管１４の周囲に収容構成要素３６を固定する代替的な固定具１２０の例を図１３に示す。例示的な固定具１２０は、様々な種類の収容構成要素３６と共に使用できる。例えば、ホースクランプ６８の代わりに固定具１２０を使用して、可撓性の収容構成要素３６を固定してもよい。他方、固定具１２０を使用して、補修システム１０のより剛性および／または肉厚の管型収容構成要素３６を固定してもよい。更に、固定要素１２０は収容構成要素３６と一体であるかまたはその一部であり独立した構成要素でないものでもよい。
【００４９】
固定具１２０の構成要素は、例えば、外面１２２を有する２つの部材を含んでもよい。ネジまたはボルト１３２を受容する穴１２４および受け口１２６を固定具１２０の一方の部材に提供してもよい。この実施形態では、ネジ１３２は穴１２４を通る内部チューブ１２８を通じて受け口１２６に入るようにしてもよく、その際ボルト１３２のネジ付き部分は固定具１２０のもう一方の部材の雌ネジ付き空間１３０によって受け入れられる。
【００５０】
ホースクランプ６８、固定要素１２０、溶接要素、グルー、接着剤、ステープル、フランジ、ボルト、ネジおよび他の構成要素といった多様な固定要素を使用して、管補修システム１０の収容構成要素３６を固定してもよい。こうした固定構成要素および要素はシール部材３２（例えば、シール端部）に対する収容構成要素３６のストリップ部の圧縮力を提供して、収容構成要素３６の内面と管１４の外面２２との間に形成される空間内の樹脂を有効に密封することができる。
【００５１】
Ｇ．管補修システムの樹脂／繊維の実施形態
管補修システム１０の実施形態によっては、補強材料は乾燥繊維構造体であり、ポリマー材料は樹脂（例えば、エポキシ系）である。適切に指定された乾燥繊維と液体樹脂は、管１４上に形成される自己発展型(self-developing)複合材を提供する。構成中、乾燥繊維構造体１２の１つ以上の層が管１４の周囲に配置または巻き付けられている。樹脂４１は、（例えば、外側シェル部材の中で）繊維構造体１２の上部に配置、塗工、または注入される。重要なことだが、乾燥繊維構造体１２に樹脂４１を事前に含浸する必要はない。したがって、樹脂飽和湿性繊維の手間のかかる取り扱いやウェットレイアップは有利にも回避できる。ここでも、上述のように、樹脂４１と乾燥繊維構造体１２の特性は、樹脂で飽和または含浸した湿性繊維の煩雑なハンドレイアップを行うことなく樹脂４１が乾燥繊維構造体１２の層を通じて管１４の表面まで浸透するように指定してもよい。最後に、配管の補修または補強に加えて、本技術は容器、容器ノズル、他の機器等の補修または補強にも適用することができよう。
【００５２】
図１４は、例えばセンチポアズ（ｃＰ）単位の樹脂粘度１７２と、例えば分単位の時間１７４とのグラフ１７０である。グラフ１７０は特定の樹脂４１（すなわち後述の樹脂３２０）のポットライフを表すものとなりうる。樹脂のポットライフは、樹脂がもはや容易に操作、成形、乾燥繊維構造体への塗工等できなくなるまで樹脂の粘度が増大する時点の尺度となりうる。実施形態によっては、樹脂のポットライフが経過する前の樹脂の例示的な初期粘度の値は、１１００〜１２００ｃＰ、１２００〜１５００ｃＰ、１１００〜１５００ｃＰ、１０００〜１６００ｃＰ、および１〜２００００ｃＰ（例えば、１ｃＰ、５ｃＰ、２０ｃＰ、５０ｃＰ、１００ｃＰ、３００ｃＰ、５００ｃＰ、１０００ｃＰ、１１００ｃＰ、１１５０ｃＰ、１２００ｃＰ、１２５０ｃＰ、１３００ｃＰ、１３５０ｃＰ、１４００ｃＰ、１４５０ｃＰ、１５００ｃＰ、２０００ｃＰ、３０００ｃＰ、４０００ｃＰ、５０００ｃＰ、７０００ｃＰ、９０００ｃＰ、１００００ｃＰ、１２０００ｃＰ、１５０００ｃＰ、１８０００ｃＰ）でもよい。（樹脂４１の温度上昇に帰結する）発熱が進むにつれて、初期の期間に（例えば、当初の２０００ｃＰから１００ｃＰまで）粘度が低下することがある。（発熱とそれに関連する温度上昇による）こうした樹脂の粘度の低下は、樹脂４１または３２０による乾燥繊維構造体１２の濡れ性を促進する上で有益なことがある。
【００５３】
例示実施形態では、グラフ１７０は２つの曲線１７６、１７８を示す。曲線１７６は、配管の複合材による補修で利用される通常の樹脂を表す。通常の樹脂はポットライフが短く、粘度が（初期に低下した後）比較的急速（かつ指数的に）増大する傾向がある。それと対照的に、曲線１７８は、本技術により適したものとなりうる樹脂またはポリマー材料を表している。この場合、樹脂の粘度はよりゆっくりとしたペースで増大し、例えば、（１０、２０、４０、７０、１００１５０分等といった）１０〜２００分というより長いポットライフを有するので、樹脂４１または３２０は、粘度が著しく増大する前に乾燥繊維構造体１２に浸透することがある程度可能になる。しかし、長すぎるポットライフは、管補修システム１０から樹脂が漏れる、補修時間が長くかかりすぎる等といったことにつながることがあるので、ポットライフ時間の範囲を定めるのが有益なことがある。
【００５４】
本技術のための樹脂４１系の例示的な成分とそれらの特性を以下の表１に示す。樹脂４１はプレポリマー、硬化剤、ポリマー樹脂等を含んでもよいことに注意されたい。実際には、樹脂４１系は通常、樹脂（すなわち、硬化してポリマーになるプレポリマー）と硬化（すなわち、架橋して熱硬化性樹脂になること）を助ける硬化剤を含んでもよい。図１には、成分の性質、それらの働きおよび通常の配合で使用される例示的な重量レベルを示す配合の大要が示される。しかし、本技術は、表に示した範囲および特性以外にも候補となる樹脂系を利用可能である。
【００５５】
表１の例示的な情報は、管補修複合材の（樹脂および硬化剤を含む）候補となる適切な樹脂系を得るための、低い粘度、強度、硬度、濡れ性および反応性といった様々な特性間の妥協の例を示すものである。考慮すべきことは、低い粘度の成分と複合材の十分な強度の維持という要求が相反しがちなことである。更に、樹脂４１で使用される硬化剤（例えば、ポリアミン）の反応性もある程度重要である。早い重合時間と長いポットライフを組み合わせると、樹脂４１が繊維１２を通じて十分に浸透できるような十分な長さのポットライフと迅速な硬化を両立させられることがある。いくつかの例では、濡れ性が改善され、樹脂４１と硬化剤の反応時に急速に低下しないような低分子量の成分または添加剤が注目される。最終的には、樹脂が硬化した時点で、例えば、複合材の引っ張り特性によって、複合材の強度が測定される。更に、複合材の硬度は、複合材構造の完全性の指標となることがある。最後に、様々な組成は追加の添加剤等を組み込むことがあるのに注意されたい。
【００５６】
表１．例示的な樹脂／ポリマーの特性値の範囲および作用
【表１】
0003159943.tif 000003
ＤＧＥＢＰＡ＝ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル
ＮＰＧＤＧＥ＝ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル
ＣＨＤＭＤＧＥ＝シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル
【００５７】
ＩＩ．配管の異常箇所と調査
補修すべき管１４の欠陥、潜在的な欠陥、または異常箇所１６は、肉厚を減少させ、ひいては管１４および関連する管路３０の圧力定格を低下させることのある腐食、浸食、点食等を含んでもよい。こうした欠陥または異常箇所１６は、例えば、後述する多様な調査および試験技術によって検出してもよい。欠陥または異常箇所１６は、深さ、面積、体積、軸方向および半径方向寸法その他の寸法および尺度によって定義してもよい。図２の例示実施形態では、欠陥または異常箇所１６は、管１４の外面２２上に形成されている。しかし、本技術は、管１４の内部の欠陥または内部の潜在的な欠陥１６を緩和するためにも適用可能である。
【００５８】
配管の欠陥１６は、腐食、浸食、機械的損傷等によって発生することがある。腐食は管路の露出面を伝播する化学的または電気化学的反応として特徴付けられることがあり、欠陥または潜在的な欠陥および金属の壁が薄くなることに帰結する。外部腐食は、例えば、地下配管に対する土壌の異質な性質、および地上配管に対する環境からの化学的作用によって発生することがある。配管の内部腐食は、管の内面に対する配管内の内容物の化学的作用によって発生することがある。腐食は、管１４の表面または被覆の打痕またはかき傷といった局所的な傷の存在によって進行することがある。更に、内部浸食は、管路を通る内容物の流れによって発生することがある。こうした浸食は、流通する内容物中の粒子の存在、または、例えば、配管のエルボまたはティーといった、管路を通る内容物の流れの方向の変化によって悪化することがある。その上、掘削作業中に不注意で地下管路に打撃を与えるといった機械的損傷によって管１４の異常箇所が発生することがある。内部または外部の腐食／浸食、または機械的損傷の何れにしても、それらの結果生じる肉厚２６の減少は、不都合にも管１４または管路３０の圧力定格および／または圧力保持能力を低下させることがある。予想されるように、過度に損傷した管路３０の操業は問題があり、管路の補修、交換、または廃棄が必要なことがある。
【００５９】
一般に、配管システム操作保守要員は、管路３０に発見した欠陥または異常箇所１６を、例えば、補修すべきかまたは管１４の一部を交換すべきか決定してもよい。疑いなく、産業界では、欠陥または異常箇所１６を費用効果的に特定し補修する管補修技術に対する必要が絶えず増大し続けている。全体として、異常箇所１６の例には、局所的および全体的な不具合、裂傷、打痕、かき傷、機械的損傷、浸食、内部および外部の腐食等が含まれる。一般に、管路３０の検査の目的は、異常箇所１６（例えば、空隙、穴、腐食した領域、応力亀裂等）の検出および寸法測定等を含んでもよい。分析とは、潜在的な欠陥または異常箇所１６の数、寸法、深さおよび軸方向長さを判定して、管の交換または補修が必要かといった必要な作業に関する決定を行うことを含んでもよい。
【００６０】
操作員、技師、技術者、保守要員、サービス業者等は、管の外部および内部の調査を利用して、管路３０およびその異常箇所１６の状態を判定および評価し、管１４を補修または交換すべきか判定してもよい。調査技術は、輸送管路のような管路２８に設置された外部腐食防止系（例えば、被覆）の効果を評価する陰極防食電位の調査を含んでもよい。例えば、この調査で低電位が記録されるのは被覆の損傷を示していることがある。続いて外部被覆の分析を行い管路３０の被覆の損傷部分を特定してもよい。一般に、被覆の損傷部分は活性腐食のリスクが高いことがある。他の調査技術には、配管内検査ツール(online inspection tools)およびスマートツール(smart tool)とも呼ばれるインテリジェントピグのような内部ツールの使用が含まれる。当業者が認識するように、インテリジェントピグは、管路内を通過する、管路の金属変化を検出するセンサを有する装置である。さらなる試験技術には超音波厚さ計が含まれるが、これは内部または外部の腐食を測定するために利用されることがある。更に、外部腐食の基本的な測定器具には、直定規または物差し、ピットゲージ、スケールまたは輪郭ゲージ、ブリッジバー等が含まれる。
【００６１】
内部および外部の調査技術から得られる管路情報は、配管の溶接、分岐接続、弁、肉厚の変化および減少、異常箇所、欠陥、潜在的な欠陥等を含んでもよい。更に、米国機械学会（ＡＳＭＥ）および他の組織および公的機関が定めた補修規格が、管路の腐食および異常箇所の評価および分析、測定技術、および、腐食した管１４の計算破壊圧力（または残留圧力能力）等の技術計算を提供していることがある。一般に、残留圧力保持能力が十分な余裕を持って最大許容動作圧力（ＭＡＯＰ）を越えるならば、検査対象の部分または管１４は操業を続けてもよい。
【００６２】
補修の決定を行う前に獲得および分析されうる計算および他の検討事項における変数は、管１４の寸法、降伏強度、異常箇所の深さ、異常箇所の軸方向長さ、幾何学的形状要因、設置圧力、管路のＭＡＯＰ、クラスロケーションおよび他の該当する管路企業の規格を含む。更に、操作員またはサービス業者は、管路３０の場所、管１４上の異常箇所１６の場所、および異常箇所１６の種類を考慮してもよい。もちろん、補修の適用は、製造業者毎または特殊な要求毎に条件付けられまた修正されることがある。理想的には、補修によって元の状態の管１４の強度に合致しまたはそれを越える強度が得られ、管路３０が最大許容動作圧力（ＭＡＯＰ）の１００％の圧力での動作に復帰できることが一般に望ましい。
【００６３】
ＩＩＩ．例示的な補強材料
管の複合材による補修では、１００％のＭＡＯＰの回復のために有益な引っ張り特性は通常主として、図２、３に示す例示的な乾燥繊維構造体１２のような、システムの補強繊維要素によって促進される。乾燥繊維構造体１２は、ガラス、先端高分子、炭素、ポリエステル、ポリアクリル、ポリプロピレン、金属繊維、ナイロン（ポリアミド繊維）、ケブラーのような有機材料、セラミックのような無機材料その他の材料といった多様な材料によって構成してもよい。一般に、繊維マットまたはテープといった乾燥繊維構造体１２は、繊維補強複合材を形成する樹脂４１または接着剤を受容するように構成してもよい。例えば、乾燥繊維構造体１２は、ポリマーまたは樹脂４１の材料を乾燥繊維構造体１２に塗工した時マトリックスまたは複合材の形成を助ける織物構造を有してもよい。
【００６４】
本技術では、ガラス繊維、炭素繊維、ハイブリッド織物等といった多くの種類の繊維を利用できる。（剛性、強度および適用性の点で）特に有益な繊維は炭素繊維（例えば、ＰＡＮ系、ピッチ系等）である。多くの形態の炭素繊維が使用可能である。有用な炭素繊維の例示的な形態は織テープである。有利なテープの構造は、一方向炭素（縦糸）であって、横糸方向に何らかの他の非構造または低構造繊維(non-structural or less-structural fiber)（例えば、ガラス、ポリエステル、ホットメルトタック(hot melt tack)等）を持つものでもよい。有益な繊維の例示的な製造業者には、ゾルテック(Zoltek)、トーラー(Torah)、サイテック(Cytec)、ヘクセル(Hexcel(Hercules))、東邦(Toho)、三菱(Mitsubishi)およびグラフィル(Grafil)が含まれる。本技術で利用される繊維の例示的な引張強度は、３４５ＭＰａ〜５５１５ＭＰａ（５０〜８００×千ポンド／平方インチ（ＫＳＩ））、例えば、６８９ＭＰａ（１００ＫＳＩ）、１３７９ＭＰａ（２００ＫＳＩ）、２０６８ＭＰａ（３００ＫＳＩ）、２７５８ＭＰａ（４００ＫＳＩ）、３４４７ＭＰａ（５００ＫＳＩ）、４１３６ＭＰａ（６００ＫＳＩ）、４８２６ＭＰａ（７００ＫＳＩ）等を含む。また、例えば、２７５７６ＭＰａ（４×百万ポンド／平方インチ（ＭＳＩ））より大きい（例えば、３４４７０ＭＰａ（５ＭＳＩ）、６８９４０ＭＰａ（１０ＭＳＩ）、１０３４１０ＭＰａ（１５ＭＳＩ）、１３７８８０ＭＰａ（２０ＭＳＩ）、１７２３５０ＭＰａ（２５ＭＳＩ）等より大きい）弾性率を持つ繊維も有効である。しかし、上記で指定したものより低いかまたは高い引張強度および弾性率も本技術において有効に実現可能である。
【００６５】
更に、多数の構成を持つ繊維テープおよび他の繊維構造体を製造可能であることに注意されたい。例えば、実施形態によっては、乾燥繊維構造体１２の繊維は一方向性でもよくまた無方向性でもよい。例示的な繊維は、望ましい繊維の含有率および構造を得るために様々なやり方で編まれた１０００〜５００００本のモノフィラメントから構成された炭素トウ（ヤーンとして定義される炭素モノフィラメントの集合体）によって製造されるものでもよい。より特定的な例は、４０７ｇ／ｍ2（１２オンス／平方ヤード）の重量を有する繊維の１２０００本／２５．４ｍｍ（１インチ）のモノフィラメントを有するヤーンから構成された、２５．４ｍｍ（１インチ）当たり１２本の縦糸ヤーンを有する７６．２ｍｍ（３インチ）のテープである。また別の例では、乾燥繊維構造体１２は、フープ方向の１２０００本／インチのモノフィラメントと軸方向の６３０００本／インチのモノフィラメントから構成される平織り炭素布である。一般に、繊維１２の織物構造および他の特性は、乾燥繊維構造体１２へのポリマー材料（例えば、樹脂４１）の浸透を助けるように指定してもよい。
【００６６】
例示実施形態では、乾燥繊維構造体１２は事前含浸なしに設置してもよいので、乾燥繊維構造体１２を管１４に配置するのは簡単である。例えば、乾燥繊維構造体１２（例えば、炭素布補強材）は、管１４に配置する前に、エポキシまたは他の樹脂といったポリマー材料を含浸させることはない。更に、管１４の欠陥または異常箇所１６は、管１４の周囲に乾燥繊維構造体１２を配置または巻き付ける前に、フィラー材料で充填してもよいことに注意されたい。更に、損傷した管１４の周囲の乾燥繊維構造体１２の巻き付け回数または層の数は、補修対象の配管システムの望ましい圧力定格または望ましい最大許容動作圧力に依存してもよい。考慮しうる乾燥繊維構造体１２の光学的特性には、乾燥繊維構造体１２（および最終的には補修された管１４）の長手方向および横方向の最終的な引張強度および弾性率が含まれる。考慮すべき硬化した複合材の特性は、剪断強度、ガラス転移温度、熱膨張係数等を含んでもよい。最後に、当業者が認識するように、完成した補修システム１０は、システム１０の動作中の完全性を判定する多様な試験の対象になることがある。
【００６７】
ＩＶ．ポリマー補修材料
補強材料（例えば、乾燥繊維構造体１２）に塗工する例示的なポリマー材料は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、アミノ樹脂、ナイロン、ポリカーボネート等といった熱硬化性樹脂または樹脂４１を含んでもよい。実際には、例示的な流動樹脂４１には、エポキシ系、ポリエステル系、ビニルエステル系、ウレタン系、またはメタクリレート系、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。樹脂４１として利用可能な例示的な熱可塑性プラスチックには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンおよび他の熱可塑性プラスチックが含まれる。更に、繊維構造体１２に塗工されるポリマー材料または樹脂は初めは短鎖プレポリマー分子でもよいことに注意されたい。例示的な材料のさらなる詳細および例示的な特性範囲については表１を参照されたい。
【００６８】
エポキシの場合、エポキシ樹脂とは一般に、少なくとも１つのエポキシド基を含む分子またはオリゴマー群を指す。一般的なエポキシ樹脂にはアルコールまたはフェノールのグリシジルエーテルが含まれる。液体エポキシ樹脂は代表的なビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）（Bis F、Novalacs等）であり、産業用途で使用される樹脂の大部分を占めている。これらの製品は粘稠性が変化する固体または液体であり、エポキシ末端基によって反応して、剛性、硬度を有し、再流動ができないかまたは実質上できない最終的な材料を提供する３次元網状構造を生成する。最終製品は、電気的特性、（エポキシ中の極性基の存在によって促進される）接着性、収縮性、耐衝撃性、耐水性等によって特徴付けられる。この熱硬化性樹脂系は、複合材、被覆、接着剤および封入材料といった多くの用途で使用されている。これらの分子の端部のエポキシド基は、これらの熱硬化性ポリマーにおける架橋のための反応点として作用する。エポキシド末端基を持たない他の熱硬化性樹脂も本技術と共に利用可能であることに注意されたい。例えば、イソシアネート基を含む（例えば、末端とする）ウレタンプレポリマーも使用可能である。更に、不飽和基を有するポリエステルを管補修システム１０で使用してもよい。前に強調したように、広範囲のポリマーおよび樹脂系を補修システム１０で使用するために構成してもよい。
【００６９】
これらのエポキシドおよび他の樹脂または熱硬化性樹脂と反応するために選択された化学物質は硬化剤と呼ばれ、通常窒素、酸素または硫黄と結合した活性水素を有する。一般に、活性水素は窒素またはメルカプタン（−ＳＨ）基の一部と結合する。エポキシ樹脂の場合、アミン硬化剤はもっとも一般的であり、１次または２次の、脂肪族または芳香族、または脂環式でもよい。アミンは通常１分子当たり３つより多い反応点を有しており、これはエポキシ樹脂と混合した時の３次元ポリマー網状組織の形成を助ける。硬化剤の選択は、多くのパラメータに依存しており、大体において、最終的なエポキシ熱硬化性樹脂の性能を決定するものとなりうる。更に、アミンとエポキシドの反応は周囲温度で行ってもよいが、完全な反応が確実に行われるような硬化剤の選択に注意を払うべきである。周囲温度で使用されるようになっているアミンは完全な反応を保証するため可塑剤を使用することがある。更に、熱硬化反応用のアミンは可塑剤をほとんど使用しないかまたは全く使用しなくてもよく、通常より高い強度と熱的性能を持つ熱硬化性樹脂を提供する。
【００７０】
化学的架橋は一般に、エポキシ樹脂と非潜在的硬化剤が混合された時に開始される。芳香族アミンまたは無水物といった硬化剤はエポキシと低速度で反応することがあり、大質量または加熱時に低粘度を維持することがある。しかし、脂肪族アミン、脂環式アミン、メルカプタン、３級アミン、ポリアミン、アミドアミンは、合計配合質量に比例して急速に粘度が増大することがある。ある種の脂環式アミン、ポリエーテルアミン、アミドアミン、脂肪族アミン、可塑剤、２級アミン、および３級アミン等は、樹脂４１のポットライフを延長し粘度の増大を遅らせるために組成中に追加してもよい。上述のように、処理温度は最終的な複合材の特性を決定する上で重要な役割を果たすことがある。更に、利用される時間および温度は硬化剤の選択に依存することがある。
【００７１】
一般に、複合材は、厚さに対する長さの縦横比が識別可能な繊維または他の要素によって補強された材料を含んでもよい。エポキシと共に利用される一般的な繊維はガラスおよび炭素である。しかし、上述のように、アラミド、ボロンその他の有機および自然繊維を使用してもよい。複合材で使用されるポリマーは通常熱硬化性樹脂であり、その目的は、繊維の強度および剛性（弾性率）を利用するため、負荷または応力を繊維補強材に伝達することである。硬化した複合材（すなわち、含浸を助けるため繊維の上部に塗工した追加の樹脂を含む複合材全体）中の例示的な繊維の割合は、重量パーセントで、８％〜８０％（例えば、１０％、２０％、３０％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％）の範囲内でもよい。もちろん、こうした割合は、複合材の実質上の機能部分だけを考慮して追加の樹脂を考慮しない場合は一般にもっと高くなる。繊維の指定される重量パーセントは、個々の用途の望ましい強度、圧力定格その他の要因に基づくものであってもよい。
【００７２】
複合材の最終的な物理的、熱的、電気的および化学的耐性は、繊維、樹脂、硬化剤等の選択および硬化条件によって決定されうる。エポキシ系では、エポキシ樹脂配合のために適切な硬化剤を選択する際に考慮すべきパラメータは、粘度、質量効果、硬化サイクル、ガラス転移温度、破壊靱性その他の要因である。配合物の粘度は補強繊維１２に実質上浸透するのに十分低いものであるべきである。比較的高い粘度を有するエポキシ樹脂と硬化剤の混合物は配合物の粘度を下げるために加熱してもよい。しかし、加熱する場合、硬化剤の種類によっては反応が加速され作業時間が短縮されることもある。
【００７３】
Ｖ．柔軟な型の上で補強収容要素を利用する管補修
Ａ．補強収容要素
本管補修技術では、樹脂で充填した柔軟な型の上に補強収容要素を装着してもよい。上述のように、まず繊維構造体を（例えば、樹脂なしで）補修すべき管または物体の表面の周囲に巻き付けてもよい。そして、繊維構造体（例えば、炭素繊維）をその周囲に配置した管の一部分の周囲に軟質または柔軟な型（例えば、布型）を配置してもよい。布型の周囲に（すなわち、布型を支持するために）補強収容要素を配置し、補強収容要素を通じて柔軟な型の内部に樹脂を導入してもよい。そして、ポリマー複合材を形成する繊維構造体への樹脂の飽和を助けるため、樹脂を加圧してもよい。補強収容要素（すなわち、支持構造体）は柔軟な型を支持し、型の下の管の周囲の樹脂の均一な分布を促進し、柔軟な型内の樹脂厚さの制御を助ける、等の働きをする。
【００７４】
補強収容要素は、例えば、鋼またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）から構成された実質上剛体の円筒形のシェル部材でもよい。他方、補強収容要素は、例えば、金属薄板から形成された可撓性の円筒形のシェル部材でもよい。他の実施形態では、補強収容要素は、後述する外枠を含んでもよい。一般に、補強収容要素は（管の周囲に巻き付けられるように）半径方向では可撓性を提供してもよいが、管の周囲の実質上均一な円環を維持するため、軸方向では剛直性を提供するものとする。
【００７５】
図１５は、管、容器その他の物体のポリマーによる補修またはポリマーによる補強で使用される外枠１８０を示す。内面１８１を有する例示的な外枠１８０は、補修または補強すべき管または物体の周囲に設置してもよく、実施形態によっては、望ましい寸法の管または物体等に適合するように長さまたは幅を調整してもよい。外枠１８０を使用して、管補修システムの補強繊維（例えば、炭素繊維）、樹脂その他の構成要素（例えば、柔軟な型）が存在する管円周の周囲の実質上均一な円環を提供してもよい。外枠１８０は、補修の完了後、すなわち、管上の繊維と補強樹脂の複合材の形成が完了した後、設置したままにしてもよくまた取り外してもよい。
【００７６】
本出願では、外枠１８０は、複数の比較的細い部分または部材１８２（例えば、ストリップ部、スラット、押出成形品等）を有する可撓性または半可撓性の構造収容要素として形成してもよい。部材１８２は剛性、半剛性、または可撓性でもよく、アルミニウム、鋼、木材、平坦な金属薄板、波形金属薄板、ＰＶＣ、ポリエチレン、ガラス繊維、または他の加工可能な材料等から構成されるものでもよい。一般に、スラットまたは部材１８２は半径方向に柔軟性を提供してもよく、軸方向には剛直性を提供する。
【００７７】
例示実施形態では、部材１８２はコネクタ１８４を介して互いに結合している。この例では、エンドキャップ１８６が部材１８２を互いに固定している。コネクタ１８４の基部の高さは補修される管上に配置されて外枠の下にある樹脂の厚さを決定するようにしてもよい。外枠の上または周囲にあって樹脂厚さの制御を助ける他の要素またはガイドを利用してもよい。
【００７８】
１つの実施形態では、外枠１８０は、管円周の周囲に外枠１８０を巻き付けるための柔軟性を提供するが、同時に軸方向では管の周囲の実質上均一な円環を維持するための剛直性を提供するアルミニウム製の複数の連結部材１８２（例えば、スラット）を含む。しかし、図１５に示す特定の外枠１８０は例示的なものであって、本技術を特定の構成に制限する意図ではない。
【００７９】
例示される外枠１８０は幅１８８および長さ１８９を有するが、これらは各々修正または調整してもよい。例えば、長さ１８９は部材１８２を追加または除去することによって調整してもよい。更に、エンドギャップスパン装置１９０が、設置された外枠１８０の長さ１８９の調整を助けることもある。望ましい幅１８８は、この例では管の周囲に設置した時外枠１８０の軸方向長さである細い部材１８２の長さによって指定してもよい。外枠１８０は、例えば、結合システムによって管の周囲に固定してもよい。例示実施形態では、雄継手１９２が雌継手（図１６参照）と組み合わさって管の周囲に外枠を固定する。
【００８０】
しかし、ここでも、図１５に示す特定の種類の外枠１８０は一例に過ぎない。他の実施形態では、外枠１８０は例えば寸法調整に対応しないものでもよい。更に、スラット１８２は、蝶番、ショックコード、レース、フック等といった上述のものと異なるやり方で結合してもよい。更に、外枠１８０は、例示実施形態で利用されている特定の結合システムと異なるやり方で管の周囲に固定してもよい。例えば、外枠１８０は、タイラップ、バンド、マジックテープ（登録商標）、固定機構、様々な種類のボルト等によって固定してもよい。更に、ここでも、様々な種類の外枠１８０は、補強収容要素の１つのカテゴリーにすぎない。別言すれば、本技術の補強収容要素はこうしたスラット部材１８２を利用したものでなくてもよく、その代わり、例えば、半径方向に可撓性を提供し軸方向に剛直性を提供しうる一体の金属薄板でもよい。
【００８１】
Ｂ．柔軟な型
管補修システムでは、外枠１８０（または他の種類の支持収容要素または補強収容要素）を利用してもよい。例えば、上述のように繊維構造体を（例えば、樹脂なしで）管の表面の周囲に巻き付けてもよい。実施形態によっては、繊維構造体をその周囲に配置した管の一部分の周囲に軟質または柔軟な型（例えば、布型）を配置してもよい。そして、外枠１８０（または他の支持収容要素または補強収容要素）を布型の周囲に配置する。外枠１８０（例えば、開口１９４を通じて）および布型のファンネルまたは開口を通じて管または物体の上に配置した繊維構造体にプリマ−樹脂を導入してもよい。図示の例では、外枠１８０の例示的な開口１９４は、樹脂を導入するための例示的な部分１９５と、例えば温度計、圧力計等といった計測器または計器を受容するための例示的な部分１９６とを含む。
【００８２】
外枠１８０（または支持収容要素または補強収容要素の他の実施形態）は、布型の下にある硬化したポリマー樹脂に形状および輪郭を与えることができる。実際に、外枠１８０は、実施形態によっては強度が低く安価な構成なことがある布型を補強し支持することができる。外枠１８０は例えば、大きな破断または漏れなしに、下にある安価な布型と共に高い強度の型を提供することができる。
【００８３】
したがって、外枠１８０（または支持収容要素または補強収容要素の他の実施形態）は、管、容器、構造体、タンク、または他の物体上に設置された布型の外側を覆う可撓性の機械装置でもよい。実現においては、外枠１８０の下の布型を圧縮し（例えば、搾る、捻る、締める等）樹脂を加圧して繊維構造体に浸透させ、下にある補強繊維材料を樹脂で実質上飽和させることができる。外枠１８０は、柔軟な型に対する支持を提供できるので、例えば、柔軟な型が大きく変形したため樹脂が不均一になりまた（重量および重力のため）型の下部で厚くなるようなことは起きない。実際に、外枠１８０によるこうした支持および制御は、補修で使用される樹脂の量を有益に減らすことができる。外枠１８０は樹脂の厚さ制御を提供し、下にある柔軟な型（例えば、軟質布）の制御によって樹脂の浪費を減らす）等のことができる。最後に、下にある柔軟な型を利用しない管補修システムで外枠１８０を利用してもよいことに注意されたい。
【００８４】
Ｃ．外枠
図１６は、スラット１８２を有する外枠１８０の外面２００を示す。ここでも、外枠１８０を通じて下にある繊維複合材に至る樹脂および／または計測器を受容するための開口１９４が提供されている。上述の通り、外枠１８０は、管または物体の周囲に外枠１８０を固定する雄継手１９２と雌継手２０２の両者を含む。しかし、上述のように、外枠１８０は、継手１９２および２０２の代わりまたはそれらに追加して、締め付けベルト、タイラップ、機械的クランプ、ボルト等によって管または物体の周囲に固定してもよい。
【００８５】
図１７、１８は、それぞれ例示的な雄継手１９２および雌継手２０２を示す。この例では、雄継手１９２は外枠１８０の端部２１０に配置され、基部２１４に支持されたネジ付きボルト２１２を含む。コネクタ２１６は外枠１８０の端部２１０の押出成形品またはスラット１８２への雄継手１９２の取付を助ける。スペーサ２１８はネジ付きボルト２１２の基部に配置されナット２２０の止めを提供する。ナット２２０および２２２は、ネジ付きボルト２１２上のワッシャ２２４の両側にあって、雌継手２０２への雄継手１９２の係合を確実にしている。この例では、雌継手２０２は外枠１８０の反対側の端部２３８に配置されている。この実施形態では、クリップ部２１６、ネジ２２８、およびスペーサ２２９はコネクタ２１６と係合して雄継手１８２をスラット１８２に固定する。更に、コネクタの離隔高さ２３９によって樹脂厚さ制御を提供してもよい。
【００８６】
図１８は、雌継手２０２を有する外枠１８０の端部２３８を示す。この例では、端部２３８は、（管または物体の周囲の）外枠１８０の設置直径を調整するために使用されるエンドギャップスパン装置１９０を組み込んでいる。例示実施形態では、ネジ２４０は外枠１８０の端部２３８で雌継手２０２をスラット１８２に固定している。最後に、図１７、１８に示す継手構成は一例として示したものであって設置した外枠１８０を固定する他の技術の利用の制限を意図するものではない。
【００８７】
図１９Ａ、１９Ｂでは、雄継手１９２と雌継手２０２が係合している。雌継手２０２の溝２４２は雄継手１９２のネジ付きボルト２１２を受容する。溝２４２は、各々外面２４４と内面２４６を有するリップ部２４４を含む。図示のように、ボルト２１２は溝２４２の内側に収まる。継手１９２および２０２は、ワッシャ２２４の使用を介してナット２２０および２２２を締め付けて更に固定してもよい。
【００８８】
図２０、２１は、それぞれ外枠１８０の隣接するスラット１８２を固定するためのコネクタ１８４およびエンドキャップ１８６の細部を例示する。図２０は、蝶番型の設計を有するコネクタ１８４を持つ２つの押出成形スラットを示す。コネクタ１８４の蝶番は雄部分２４２と雌部分２４４を含む。隣接するスラット１８２は雌部分２４４を通じて雄部分２４２を修道させることによってコネクタ１８４を介して結合できる。図２１は、外枠１８０の押出成形スラット１８２を固定するためのエンドキャップ１８６を示す。エンドキャップ１８６をスラット１８２の端部に挿入した後、基部部分２５４は樹脂厚さの制御を提供できる（すなわち、樹脂厚さガイドの役目を果たすことができる）。本技術と共に他の種類の樹脂厚さガイドを利用してもよい。上述のように、隣接するスラット１８２を固定するため、エンドキャップ１８６をスラット１８２の端部に挿入する。スラット１８２の固定穴２５２はエンドキャップ１８６の固定デテント２５６と組み合わさる。エンドキャップ１８６の舌２５８は、押出成形スラット１８２のリブ２４６の周囲に嵌合する。
【００８９】
Ｄ．管補修システム
図２２Ａ〜図２２Ｈ′は全体として物体または管２７０を補修するための技術を例示する。図２２Ａ、２２Ａ′は、外面２７２、内面２７４、および外面２７２上の欠陥２７８（例えば、損傷した部分、腐食した領域等）を有する管２７０を示す。実施形態によっては、（点を打った領域として示す）欠陥２７８および周囲領域２８０を、その後の管２７０の補修の前処理のためサンドブラストまたは他の方法で処理してもよい。欠陥２７８の周囲の領域２８０は、局所的または管２７０の外周全体にわたって処理してもよい。
【００９０】
図２２Ｂ、２２Ｂ′では、誘電性ラップ２８４（例えば、ガラス繊維材料）を必要に応じて管２７０の外面２７２の上に配置してもよい。誘電性タイラップ２８４は、管２７０を補強または強化し、後に続く繊維または繊維クロス（例えば、炭素繊維クロス）の層から管２７０（例えば、鋼管）を絶縁する機能を果たすことができる。実際に、ラップ２８４はその後配置されうる炭素繊維から管２７０（例えば、鋼管）を電気的に絶縁し、管２７０の表面２７２とその後配置される炭素繊維との間の望ましくない腐食を防止できる。誘電性ラップ２８４の代わりまたはそれと組み合わせて誘電性または電気絶縁性プライマーを使用してもよいことに注意されたい。
【００９１】
図２２Ｃ、２２Ｃ′は、管２７０の周囲に手で巻き付けた、計算された巻き付け回数の補強繊維構造体２９０（例えば、炭素繊維クロス）を配置した状態を示す。補強繊維構造体２９０の単一の層または多数の層を管２７０の周囲に配置しまた巻き付けてもよい。上述のように、補強繊維構造体２９０は多様な異なる種類の繊維および材料を含んでもよい。例示的な補強繊維構造体２９０は、平織り式のマルチフィラメント連続トウ（例えば、１２Ｋ）を有する、布目付が約３００グラム／平方メートル（ｇｓｍ）、定格厚さが約０．５６ｍｍ（０．０２２インチ）の炭素繊維クロスである。繊維特性のこれらの特定の数値は一例として示されたものに過ぎない。補強繊維構造体２９０（例えば、炭素繊維クロス）の例示的な供給業者はペンシルバニア州クエーカータウン所在のファブリックデベロップメント社(Fabric Development, Inc.)である。
【００９２】
図２２Ｄ、２２Ｄ′は、管２７０上に配置された補強繊維構造体２９０の周囲に柔軟な型３００（例えば、軟質、可撓性、布）を設置した状態を示す。柔軟な型３００は、布または他の実質上無孔の材料から製造してもよい。バンド３０２または他の手段は柔軟な型３００を管２７０に固定する。ここでも、柔軟な型３００は、型３００の各端部でバンドクランプ３０２を使用して定位置に固定し密封することができる。柔軟な型３００は関連する計測器のためのクロスファンネル３０４および開口３０６を含んでもよい。例えば、圧力計３０８、温度計３０９または他の計測器を柔軟な型３００に付属させてもよい。圧力計３０８は、例えば、柔軟な型３００の下にある樹脂に印加される圧力を監視しその制御を助けるために使用してもよい。温度計３０９は、例えば、硬化中の樹脂の発熱温度を監視してもよい。
【００９３】
図２２Ｅ、２２Ｅ′は、型３００の上に外枠１８０を設置した状態を示す。雄継手１９２と雌継手２０２を係合して外枠を管２７０に固定する。型３００のファンネル３０４と関連する計測器（例えば、圧力計３０８）を外枠１８０の開口１９４に挿入する。図２２Ｆ、２２Ｆ′は、柔軟な型３００のファンネル３０４を通じて型３００の内部に樹脂３２０を導入している状態を示す。樹脂３２０は、例えば、所定の量の混合したＥＳＲ樹脂と硬化剤でもよい。樹脂は型３００の下で補強繊維構造体２９０（例えば、炭素クロス）の周囲を流れる。樹脂３２０の流れ特性は、例えば、樹脂３２０の粘度および表面張力に影響されることがある。１つの実施形態では、樹脂３２０の粘度は１２００〜１５００センチポアズ（ｃＰ）の範囲内である。これははるかに高い粘度を持つことがある通常の樹脂とは対照的である。
【００９４】
図２２Ｇ、２２Ｇ′は、補強繊維構造体２９０（例えば、炭素クロス）を通じて樹脂３２０を管２７０の表面まで加圧して繊維構造体２９０を実質上飽和させる技術を例示する。実現においては、軟質型３００の上部で、例えば木製だぼ３３０のようなだぼを利用してもよい。だぼ３００は、例えばファンネル３０４上に設けられた穴を通じて設置し、回転させて型３００を捻ったり搾ったりして圧力を樹脂３２０に印加してもよい。実施形態によっては、樹脂３２０に対する圧力は０．０３４ＭＰａ（５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））以上まで増大し、樹脂３２０が硬化するまで維持してもよい。ここでも、こうした圧力は、圧力計３０８、圧力変換器、または他の圧力測定手段によって監視してもよい。例示実施形態では、樹脂３２０は、型３００の内面の下および周囲で液圧的に加圧され、布２８４と補強繊維構造体２９０の両者を実質上飽和させ封入する。外枠３００は、樹脂３２０の厚さの分布の制御を助け、樹脂３２０の消費を減らし、樹脂３２０の圧力能力を増大する、等のことができる。
【００９５】
図２２Ｈ、２２Ｈ′は、樹脂３２０が硬化し、外枠１８０と軟質型３００が取り外されて樹脂３２０が露出した状態の管２７０を示す。樹脂３２０は繊維構造体２９０との複合材を形成できる。補修は管２７０を補強し、管２７０の圧力定格を復旧し、応力亀裂腐食を緩和する、等のことができる。最後に、樹脂３２０は、上述の樹脂４１と同じまたは同様のものでよいことに注意されたい。
Ｅ．例示的な樹脂特性および用途
【００９６】
上述のように、樹脂４１および３２０は、柔軟な型３００と共に補強収容要素（例えば、外枠１８０）を利用する上述の補修技術で使用できる。更に、樹脂４１および３２０は、樹脂を含浸したかまたはしていない繊維補強材（例えば、炭素）を物体（例えば、管２７０）に配置するものを含み、外側収容要素がある場合とない場合、外部圧力を印加する場合としない場合、加圧型またはスリーブがある場合とない場合、の多様な複合材補修システムで利用してもよい。
【００９７】
一般に、樹脂３２０（および繊維構造体２９０）の特性は、樹脂３２０が繊維構造体２９０の内部で（誘電性ラップ２８４を通じて）管２７０の外面２７２まで繊維の周囲を浸透するように指定してもよい。例えば、硬化していない樹脂３２０または硬化した樹脂３２０の低粘度、低表面張力等の好ましい特性は、繊維構造体２９０を通じた樹脂３２０の流れを促進することができる。実施形態によっては、樹脂３２０は、１０００センチポアズ（ｃＰ）未満の粘度および／または約３０ダイン未満（例えば、５ダイン、１０ダイン、１５ダイン、２０ダイン、２５ダイン）の表面張力を有する。しかし、実施形態によっては、樹脂３２０は３０ダインより大きい表面張力を有してもよい。樹脂３２０（例えば、混合した時の）の例示的な初期粘度または混合粘度の値は、約５０ｃＰ、１００ｃＰ、３００ｃＰ、５００ｃＰ、１０００ｃＰ、１１００ｃＰ、１１５０ｃＰ、１２００ｃＰ、１２５０ｃＰ、１３００ｃＰ、１３５０ｃＰ、１４００ｃＰ、１４５０ｃＰ、１５００ｃＰ、２０００ｃＰ、３０００ｃＰ、４０００ｃＰ、５０００ｃＰ、７０００ｃＰ、９０００ｃＰ、１００００ｃＰ、１２０００ｃＰ、１５０００ｃＰ、１８０００ｃＰ等を含む約５０ｃＰ〜２００００ｃＰの範囲内にあればよい。更に、樹脂３２０は、繊維構造体２９０を通じた樹脂３２０の分散を助ける湿潤材を含んでもよい。その上、上述のように、（例えば、柔軟な型３００を介して印加される）外部圧力は樹脂３２０の浸透を助けることができる。一般に、繊維構造体２９０を通じた樹脂３２０の浸透が比較的速ければ、例えば、通常比較的高い発熱を伴って硬化する樹脂３２０に関連する反応の速い樹脂３２０の系統によりよく対応できる。
【００９８】
有利には、硬化した樹脂３２０の特性は、比較的高いガラス転移温度（Ｔｇ）と加熱撓み温度（ＨＤＴ）を含んでもよい。当業者が認識するように、こうした樹脂特性は、（例えば、大気圧より高いかまたは低い）圧力および（周囲温度より高い）温度を定格とする、またはその条件で動作する配管システムの補修で有益なことがある。有益にも、本管補修は、定期または不定期の補修で、比較的高いＴｇおよび／またはＨＤＴを提供できる。本技術は特定の規格に制限されないが、適用される工業規格の一例は、「配管および配管工事用非金属複合材補修システム(Non-Metallic Composite Repairs Systems for Piping and Pipe Work)」という名称の米国機械学会（ＡＳＭＥ）Post-Construction Code-2(PCC-2)である。当業者が認識するように、ASME PCC-2における認証は、樹脂／繊維複合材システムが一定のＴｇおよびＨＤＴの値を満たすことを要求している。現行のASME PCC-2によれば、補修システムの使用温度は非漏洩管の作業の場合Ｔｇ−３８°Ｃ（−３６°Ｆ）／ＨＤＴ−３２°Ｃ（−２７°Ｆ）、漏洩管の作業の場合Ｔｇ−４８°Ｃ（−５４°Ｆ）／ＨＤＴ−３８°Ｃ（−３６°Ｆ）であると報告されている。
【００９９】
有益にも、実施形態によっては、樹脂３２０（例えば、エポキシ）は周囲温度（例えば、１．７°Ｃ〜４９°Ｃ（３５°Ｆ〜１２０°Ｆ））で高いＴｇおよびＨＤＴまで硬化することができる。樹脂３２０がこのように周囲温度または室温で硬化することで、外部熱源の使用を回避することができる。例示的な樹脂３２０と関連する複合材補修部位は少なくとも約６６℃（１５０°Ｆ）（例えば、７９°Ｃ（１７５°Ｆ）、９３°Ｃ（２００°Ｆ）、１０７°Ｃ（２２５°Ｆ）、１２１°Ｃ（２５０°Ｆ）、１３５°Ｃ（２７５°Ｆ）、１４９°Ｃ（３００°Ｆ）、１６３°Ｃ（３２５°Ｆ）、１７７°Ｃ（３５０°Ｆ）、１９１°Ｃ（３７５°Ｆ）、２０４°Ｃ（４００°Ｆ）、２１８°Ｃ（４２５°Ｆ）等）の加熱撓み温度を有することができ、樹脂３２０は少なくとも約６６℃（１５０°Ｆ）（例えば、７９°Ｃ（１７５°Ｆ）、９３°Ｃ（２００°Ｆ）、１０７°Ｃ（２２５°Ｆ）、１２１°Ｃ（２５０°Ｆ）、１３５°Ｃ（２７５°Ｆ）、１４９°Ｃ（３００°Ｆ）、１６３°Ｃ（３２５°Ｆ）、１７７°Ｃ（３５０°Ｆ）、１９１°Ｃ（３７５°Ｆ）等）のＴｇを有することができる。主管２７０が提供する追加の熱がＨＤＴおよび／またはＴｇを上昇させることがあることに注意されたい。例えば、補修後の主管が約９３°Ｃ（２００°Ｆ）での動作に復帰すると、樹脂３２０は、６６°Ｃ（１５０°Ｆ）または１２１°Ｃ（２５０°Ｆ）〜約２０４°Ｃ（４００°Ｆ）以上のＴｇおよび６６°Ｃ（１５０°Ｆ）または１２１°Ｃ（２５０°Ｆ）〜から約２０４°Ｃ（４００°Ｆ）のＨＤＴまで硬化または後硬化を続けることがある、等である。理論的には、樹脂３２０は架橋を続け、樹脂および複合材全体のＴｇおよび／またはＨＤＴを更に高めることがあるのだと考えられる。こうした樹脂３２０の後硬化では、樹脂３２０、繊維補強材（例えば、炭素）および主管２７０が提供する追加の熱の間の相乗作用が実現することがある。ここでも、樹脂３２０または補修の結果得られる複合材は約１２１°Ｃ（２５０°Ｆ）〜２０４°Ｃ（４００°Ｆ）の範囲内のＨＤＴを提供することがある。したがって、用途によっては、硬化した樹脂３２０のＴｇは約１２１°Ｃ（２５０°Ｆ）〜約２０４°Ｃ（４００°Ｆ）の範囲内となることがある。更に、例示される樹脂３２０は、外部熱源を利用しなくても、約２００°Ｆ以上の温度で発熱することがあるのを認識されたい。
【０１００】
樹脂３２０は、比較的低い収縮率（例えば、１０容量パーセント未満）と現実的な作業時間（例えば、２時間未満）で室温で硬化（すなわち、外部熱源の使用を回避）するのが望ましい。更に、ある種のエポキシおよびウレタンといった例示的な樹脂３２０は、有益にも硬化した樹脂３２０の低い収縮率を提供することがある。ある種のアクリル、エポキシビニルエステル、ビニルエステル、ポリエステル等といった他の樹脂３２０も比較的高いＴｇを提供することがあるが、こうした樹脂３２０は硬化後の収縮と補修円環内の応力を経験することがある。樹脂３２０（例えば、エポキシ）は、例えば、脂肪族アミンおよび脂環式アミンを含む硬化剤の化学作用と共に使用してもよい。様々な実施形態では、樹脂３２０は、反応性を妨げないため実質上一切可塑剤または希釈剤を含まない。別言すれば、可塑剤および希釈剤は通常反応性が低くかつ／または単官能性なことがあるので、可塑剤および希釈剤の追加を回避することによって樹脂３２０系の反応性を促進できることがある。
【０１０１】
いくつかの例では、樹脂３２０の発熱は周囲温度で９３°Ｃ（２００°Ｆ）に達しまたそれを越え、約５４°Ｃ（１３０°Ｆ）〜６６°Ｃ（１５０°Ｆ）のＴｇに帰結する。しかし、無水物、イミダゾール、脂環式アミン、ポリ脂環式アミン、芳香族アミン、ポリウレア、ＤＩＣＹ、ＢＦ３複合体等を含むがそれらに制限されない、（例えば、樹脂３２０の約５重量パーセント〜４０重量パーセントの）加熱活性化エポキシ硬化剤／触媒系を含むことによって、ＴｇおよびＨＤＴは約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）〜約２０４°Ｃ（４００°Ｆ）の範囲内になることがある。これは部分的には、外部熱源を必要とせずにこれらの対象物を硬化する比較的高い発熱によることがある。上述のように、この高いＴｇとＨＤＴは、室温硬化反応を使用して比較的高い使用温度を定格とする配管システムの補修または補強に対応できる。有益には、高温システムのこうした補修は、室温硬化反応を使用して実現してもよい。いくつかの例では、こうした高いＴｇおよびＨＤＴは、例えば、９３°Ｃ（２００°Ｆ）に達しまたそれを越える樹脂の発熱によって、鋼管の周囲の２．５４ｍｍ（０．１０インチ）〜２５．４ｍｍ（１．００インチ）の円筒形または多角形の円環厚さで実現される。
【０１０２】
実際に、いくつかの実施形態では、本技術は、樹脂が管補修用途で比較的小さい円環形状内に塗工されうる場合といった、比較的高い温度（例えば、約９３°Ｃ（２００°Ｆ）より高い）で発熱する室温で硬化するエポキシ樹脂／硬化剤の組み合わせを提供する。他の実施形態は、やはり比較的小さい円環形状内に適用される約９３°Ｃ（２００°Ｆ）以上まで発熱する様々な種類の二液型樹脂２９０（例えば、二液型エポキシ系）を提供する。こうした発熱は樹脂２９０中の熱硬化成分（例えば、添加剤、硬化剤、触媒）に触媒作用を及ぼすことがあり、これらは硬化した樹脂２９０のＴｇおよびＨＤＴを上昇させることがある。例示的な二液型樹脂２９０には、エポキシ、ウレタン、エポキシビニルエステル、ビニルエステル、ポリエステル等が含まれる。
【０１０３】
管２７０（または何らかの初期のラップ構成物または組成物）の上に配置された補強構造体２９０（例えば、炭素繊維ラップ）の上の円環空間の厚さは、２．５４ｍｍ（０．１インチ）〜１０２ｍｍ（４．０インチ）、２．５４ｍｍ（０．１インチ）〜７６．２ｍｍ（３．０インチ）、２．５４ｍｍ（０．１インチ）〜５０．８ｍｍ（２．０インチ）、２．５４ｍｍ（０．１インチ）〜２５．４ｍｍ（１．０インチ）、２．５４ｍｍ（０．１インチ）〜１２．７ｍｍ（０．５インチ）等の範囲内の繊維構造体２９０の上の樹脂３２０の厚さの層を提供するように制御してもよい。ここでも、実施形態によっては、利用される熱硬化用硬化剤／触媒を架橋する発熱を提供するため、この樹脂３２０の層は一般に比較的厚くするべきである。更に、円環が冷却された時例えば応力亀裂が発生しうる厚さの極端な不均一性がないように、円環は管２７０の中央軸に沿って実質上対称的なものとされたい。外枠１８０および／または他の剛性収容システムは繊維構造体２９０上の樹脂３２０の厚さのこの制御を助けることがある。
【０１０４】
繊維構造体２９０の上の円環中に形成されたこの樹脂の実質上対称的な層は、クロス、網、鎖、ミルドファイバ、短繊維、ロービング等によって補強してもよい。こうした追加の補強材料は有機物、無機物、および／または金属でもよく、一旦注入された樹脂層の応力亀裂を減らすためのものである。これは、発熱後の冷却中の、時には形成された樹脂３２０の固さと上昇したＴｇ／ＨＤＴに関連する主管の周囲の収縮を減らすことがある。最後に、繊維補強体２９０ラップの上の円環中のこの樹脂層３２０はまた、二相硬化機構による亀裂停止剤／応力除去剤の役目を果たす微少相分離添加剤(microscopic phase-separating additives)によって硬化してもよい。
【０１０５】
要約すると、本技術は、補強すべき管の一部分に繊維構造体を配置する段階と、繊維構造体を通じて管の一部分まで樹脂を加圧して繊維構造体を樹脂で実質上飽和させる段階とを含み、その際樹脂が約１００００ｃＰ未満の粘度と約３０ダイン未満の表面張力を備える、管の一部分を補強するシステムおよび方法を提供する。樹脂は約９３°Ｃ（２００°Ｆ）より高いピーク発熱時に周囲条件で硬化が可能であり、その際硬化した樹脂は、約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高いガラス転移温度と約６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高い加熱撓み温度を備える。樹脂を加圧する段階は、繊維構造体の周囲に柔軟な型を設置する段階と、柔軟な型の周囲に補強収容要素を設置する段階と、繊維構造体の上部で補強収容要素を通じて柔軟な型に樹脂を注入する段階と、柔軟な型を圧縮し樹脂を繊維構造体を通じて管まで加圧する段階とを含んでもよい。
【０１０６】
表２．樹脂と繊維の複合材の例示的な特性
【表２】
0003159943.tif 000004
【実施例】
【０１０７】
以下の例示的な情報は一般に、非漏洩鋼管を補修するための例示的なエポキシスリーブリペア（ＥＳＲ）システムに関する。以下の例示的な情報は、本考案による技術を評価した方法に関する詳細な説明を当業者に提供するために記載したものであって、考案者が本考案であると見なすものの範囲の制限を意図するものではない。これらの実施例では、ＥＳＲシステムは、高および低リスクの管および配管工事用途での損傷または腐食した管路のための非金属、一体式炭素繊維複合材補修システムである。ＥＳＲシステムは、損傷または腐食によって管外壁が７０％まで失われた非漏洩管（Ａ型補修）を補修するように設計されている。ＥＳＲシステムは、ＤＦＲＥ（欠陥充填補修エポキシ）、ＥＳＲプライマー、高弾性率炭素繊維、ＥＳＲ樹脂等を含む。
【０１０８】
ＥＳＲシステムは、１０２ｍｍ〜１０６７ｍｍ（４″〜４２″）の管の外部腐食を補修して構造的完全性を回復しさらなる劣化を防止することができる。また、凹み、打痕、擦過および摩耗といった外部損傷も補修できる。ＥＳＲシステムは現在グレードＢ鋼管用に承認されている。ＥＳＲシステムの利点には、設置が比較的容易、硬化が比較的速い、軽量、通常重機を必要としない、通常溶接を必要としない、一般に必要な訓練、スキルが最小で済む、腐食を減らす、非磁性、加圧された管にも設置可能、および比較的高い弾性率の補修が含まれると言える。
【０１０９】
ＥＳＲシステムは、グリットブラストによる管の前処理、ＤＦＲＥおよびＥＳＲプライマーの塗工、欠陥のある領域に比較的高い弾性率の炭素繊維クロスを巻き付ける工程、クロスリンクコンポジット社(Cross-Link Composites LLC)によって促進される独自の設置手順を使用してＥＳＲ樹脂によってクロスを圧力ラミネートする工程を包含する。補修を行うために利用される材料および機器の供給量または必要量は、例えば、管の寸法に基づくものでもよい。以下の表は、様々な寸法の管を補修するために使用される材料の例示的な量を示す。
【０１１０】
表３．例示的なＥＳＲ材料
【表３】
0003159943.tif 000005
（１）これらの例では、炭素繊維クロスは、３３０００ＫＳＩの引っ張り弾性率を持つ３０５ｍｍ（１２インチ）幅、一方向、ホットベルトタック炭素繊維である。
【０１１１】
以下は例示的なＥＳＲシステムを使用して様々な寸法を有する管を補修する段階的手順である。
１）補修前の状態調節−例示的なＥＳＲシステムは加圧された管にも設置できるが、管にかかる圧力は可能な限り低くしておくことが推奨される。管が埋設されている場合、管の周囲に少なくとも３フィートの作業空間を提供するように溝を掘ること。管自体の温度は１３°Ｃ（５５°Ｆ）〜３２°Ｃ（９０°Ｆ）とすること。管がこの範囲の上限またはそれ以上の温度の場合、防水シートを管の上に配置して管が日陰になるようにし低温に保つこと。管がこの範囲の下限またはそれ以下の温度の場合、管の周囲にテントを配置して何らかの方法で管を暖めること。
【０１１２】
２）補修材料の保管−炭素クロス、エポキシ樹脂および硬化剤ならびに全ての設置用工具は、使用前２４時間は１８°Ｃ（６５°Ｆ）〜２４°Ｃ（７５°Ｆ）に維持すること。これは配置するときに材料を扱いやすくして、材料の作業時間を適切な長さにするためである。
【０１１３】
管表面の前処理−堅牢で長持ちする管補修システムを得る鍵は管へのシステムの密着性である。密着性が良好であればあるほど、補修箇所は長持ちする。ラミネートおよびエポキシの密着性は管の表面の品質によって決定される。この理由から、管は、ＳＳＰＣ−ＳＰ−５、Ｓａ３またはＮＡＣＥ１準拠のホワイトメタルブラストクリーニングによって処理し、ミルスケール、錆、ラストスケール、塗料および異物を全て除去しなければならない。ホワイトメタルブラストクリーニングによる表面処理とは、灰白色の、均一な金属色で、被覆のための適切なアンカー模様を形成するためわずかに粗くされた表面として定義される。表面は、拡大しないで目視した時、油、グリス、汚損、目に見えるミルスケール、錆、腐食生成物、酸化物、塗料、または何らかの異物が一切ないこと。管の全円周は、欠陥の中心から両側３０５ｍｍ（１２インチ）の距離までホワイトメタルブラストクリーニングによって処理しなければならない。アンカープロファイルを２〜４ミルの最適条件にするため、＃２０〜＃２４メッシュサイズのブラスト砂を使用しなければならない。＃２０グリットの溶融酸化アルミニウムが好適なブラスト媒体である。
【０１１４】
４）表面研磨−圧力を下げ安全な溝を掘った状態で、平ヤスリまたはディスクグラインダーで管の表面を研磨し、ばり、鋭い角度および他の応力が集中する異常箇所を全て除去し、損傷した領域の平滑な輪郭を残す。API 5Lは、欠陥を除去するため肉厚の１２−１／２パーセントまでの研磨を許容している。
【０１１５】
５）溶剤洗浄−リントのない布きれを使用して、ＥＳＲシステムを巻き付ける領域より少なくとも５０．８ｍｍ（２インチ）広い範囲の管の全円周を溶液洗浄し、塵埃、汚損、グリス、油等を全て除去する。残余物を残さない溶剤を使用する。次の段階に進む前に洗浄した領域を完全に乾燥させる。
【０１１６】
６）フィラーの配置−樹脂２対硬化剤１の容量比で、十分な量の例示的なＤＦＲＥ樹脂と硬化剤を混合する。樹脂は黒色で硬化剤は白色である。むらのない灰色が達成され縞模様がなくなるまで混合する。パテナイフを使用してＤＦＲＥを管の損傷のある領域に塗工する。エポキシペーストを損傷した領域の全ての隅に押し込んで、ＤＦＲＥの下に閉じ込められた空気を押し出す。こうした例では、ＤＦＲＥは速く硬化するエポキシ補修用ペーストである。ホットエアガンを使用して、硬化を加速することができる。エポキシが硬化したら、スクレーパでＤＦＲＥの表面の形を整える。エポキシが完全に硬化したら、エポキシの表面が周囲の鋼と同じレベルになるまで、やすりを使用して円周に沿った表面の形を仕上げる。溶剤をしみこませた布きれを使用して補修する表面を拭き取り、塵埃および破片を全て除去する。注意：完全に均一で空隙のない補修表面を保証するため、IMPX DFREの第２の層を塗工して研磨する必要があることがある。完了時、ＤＦＲＥの表面はくぼみ、隆起、および欠陥があってはならない。
【０１１７】
７）補修領域に下塗りをする−小型の短いローラブラシを使用して、補修領域とその両側少なくとも５０．８ｍｍ（２インチ）の範囲にIMPAX ESRプライマーの薄い層（２〜３ミル）を塗工する。プライマーは緑色で、結合強度を最大にするため金属の表面にうまく適合しなければならない。
【０１１８】
炭素繊維を領域に巻き付ける−必要な長さの炭素繊維材料を切り、それを直径約１０２ｍｍ（４インチ）の厚紙を固く巻いたものか木製のだぼの周囲にきつく巻き付ける。プライマーがまだ乾かない間に、補修すべき領域全体にわたって炭素繊維クロスを非常にきつく巻き付ける。炭素クロスをきつく張力をかけて巻き付けることは良好な補修のために不可欠である。巻き付け回数は管の寸法に基づいて決められており表１に示されている。少量の例示的なプライマーを炭素繊維クロスの最後の２５．４ｍｍ（１インチ）〜５０．８ｍｍ（２インチ）に塗工してその固定を助け、定位置にしっかり押し付ける。
【０１１９】
９）収容要素システムを設置する。製造業者の推奨事項にしたがって炭素繊維クロスの上に（例えば、クロスリンクコンポジット社(Cross-Link Composites LLCが提供する)）例示的な収容要素システムを設置する。収容要素システムは専用に設計された可撓性のウレタンスリーブと、外枠と呼ばれる可撓性の金属製ジャケットである。
【０１２０】
１０）ＥＳＲ樹脂および硬化剤を混合し設置する−ＥＳＲ樹脂は余裕を持って詰めた１ガロン缶入りで納入される。ＥＳＲ硬化剤の缶の中身を全て樹脂の缶に注入し３分間徹底的に混合する。Jiffyのミキシングブレードと３００ＲＰＭ以下で動作する可変速度ドリルモータを使用して混合を行うこと。混合作業時に空気が樹脂／硬化剤に入らないようにあらゆる努力を払うこと。混合した樹脂の作業時間は非常に短いことがあるため、１組のキットを一度に混合するのが一般に有益である。一旦混合したら、通常できるだけ速く収容要素システムに注入するべきである。約１０分以内に必要なエポキシを全て収容システムに注入するように、樹脂と硬化剤の混合の時間を調節する。また、一般に、缶の隅では樹脂は硬化剤とよく混ざらないので、缶の隅の樹脂は掻き取らないこと。
【０１２１】
１１）収容要素システムを加圧する−（例えば、収容要素システムの製造業者の指示に従って）収容要素システムに８３ｋＰａ（１２ｐｓｉ）〜１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力を印加する。圧力によって樹脂は炭素繊維を通じて管の表面まで浸透する。３０〜６０分間樹脂を硬化させる。樹脂／硬化剤の混合物は硬化する際約１７７°Ｃ（３５０°Ｆ）まで発熱することに注意されたい。樹脂が発熱した後補修を行う前の室温まで冷えるようにする。
【０１２２】
１２）補修の検査および試験−樹脂が室温まで冷えたら、収容要素システムとウレタンバッグを取り外す。ＥＳＲを検査し異常箇所があれば記録する。樹脂を含浸していない領域は、影響のある範囲を研磨および清掃してから追加の混合樹脂を塗工して補修してもよい。
【０１２３】
補修した管の圧力試験を行ってその完全性を確認すること。試験の性質は発注者によって指定されるが管を正規の動作圧力まで加圧してその圧力を１時間保持する段階を含むこと。そして補修品の亀裂および漏れを検査する。補修品に漏れまたは亀裂の兆候がある場合は補修品を不合格とする理由になる。望ましい場合ＥＳＲラップを塗工し埋め直すことができる。最後に、例示的な情報を表で示す。
【０１２４】
表４．ＥＳＲプライマー
【表４】
0003159943.tif 000006
【０１２５】
表５．ＤＦＳＲパテ
【表５】
0003159943.tif 000007
【０１２６】
表６．ＥＳＲ樹脂および硬化剤
【表６】
0003159943.tif 000008
【０１２７】
表７．炭素プライＤＦＲＥ硬化剤
【表７】
0003159943.tif 000009
【０１２８】
表８．炭素プライＤＦＲＥ樹脂
【表８】
0003159943.tif 000010
【０１２９】
表９．炭素プライＥＳＲ硬化剤
【表９】
0003159943.tif 000011
【０１３０】
表１０．炭素プライＥＳＲ樹脂
【表１０】
0003159943.tif 000012
【０１３１】
表１１．炭素プライＥＳＲプライマー硬化剤
【表１１】
0003159943.tif 000013
【０１３２】
表１２．炭素プライＥＳＲプライマー樹脂
【表１２】
0003159943.tif 000014
【０１３３】
本考案には様々な修正および代替形態の余地がありうるが、特定の実施形態を図面で例示し本明細書で詳細に説明した。しかし、本考案を開示された特定の形態に制限する意図ではないことを理解されたい。むしろ、本考案は添付の請求項の精神および範囲の中にある全ての修正、均等物および代替物を対象とする。
【符号の説明】
【０１３４】
１０    管補修システム
１２    乾燥繊維構造体
１４    管
１６    欠陥または異常箇所
１８    接着構成要素
２０    円筒壁
２２    外面
２４    内面
２６    肉厚
２８    内径
３０    管路
３２    シール部材
３６    収容構成要素
３８    開口
４０    開口
４１    樹脂
４２    継手
【図１】
0003159943.tif 000015
【図２】
0003159943.tif 000016
【図３】
0003159943.tif 000017
【図４】
0003159943.tif 000018
【図５】
0003159943.tif 000019
【図６】
0003159943.tif 000020
【図７】
0003159943.tif 000021
【図８】
0003159943.tif 000022
【図９】
0003159943.tif 000023
【図１０】
0003159943.tif 000024
【図１０Ａ】
0003159943.tif 000025
【図１１】
0003159943.tif 000026
【図１２】
0003159943.tif 000027
【図１３】
0003159943.tif 000028
【図１４】
0003159943.tif 000029
【図１５】
0003159943.tif 000030
【図１６】
0003159943.tif 000031
【図１７】
0003159943.tif 000032
【図１８】
0003159943.tif 000033
【図１９Ａ】
0003159943.tif 000034
【図１９Ｂ】
0003159943.tif 000035
【図２０】
0003159943.tif 000036
【図２１】
0003159943.tif 000037
【図２２Ａ】
0003159943.tif 000038
【図２２Ｂ】
0003159943.tif 000039
【図２２Ｃ】
0003159943.tif 000040
【図２２Ｄ】
0003159943.tif 000041
【図２２Ｅ】
0003159943.tif 000042
【図２２Ｆ】
0003159943.tif 000043
【図２２Ｇ】
0003159943.tif 000044
【図２２Ｈ】
0003159943.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月14日(2010.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
管を補修するシステムであって、
前記管の周囲に巻き付けられて前記管の周囲に補強材料を設置した後樹脂を受容するように構成された補強材料と、
前記管の周囲に巻き付けられた前記補強材料の周囲に配置されるように構成された柔軟な型であって、その際前記柔軟な型が前記補強材料の周囲の前記樹脂を受け入れ保持するように構成されている柔軟な型と、
前記管上に配置された前記柔軟な型の少なくとも一部分を収容し支持するように構成された支持構造体と、
前記柔軟な型の内部に注入されて前記繊維に浸透し前記管上の前記補強材料との複合材を形成するように配合された前記樹脂であって、その際前記樹脂が３０ダイン未満の表面張力と１００００ＣＰ未満の粘度を備える前記樹脂とを備える管を補修するシステム。
【請求項２】
前記補強材料が繊維構造体を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記繊維構造体が炭素繊維を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記樹脂がエポキシ系、ポリエステル系、ビニルエステル系、ウレタン系、またはメタクリレート系、またはそれらの任意の組み合わせを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記柔軟な型の内部が布を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記柔軟な型が、圧縮されて前記樹脂を前記補強材料を通じて前記管まで加圧し、前記補強材料を前記樹脂で実質上飽和させるように構成された請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記支持構造体が、前記管と共に円環を形成する剛体のシェル部材を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記支持構造体が、半径方向では可撓性であり、軸方向では剛直性を提供する請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記支持構造体が金属薄板を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記支持構造体が、軸方向に剛直性を提供する複数の可撓性部材を有する外枠を備える請求項１に記載のシステム。