(57)【要約】  部材を修復するための部材の劣化領域上に適用するためのファブリックデバイス１０である。本発明によるファブリックデバイスは、複合ファブリック（１１，１２）の少なくとも１つの層を含み、少なくとも１つの層は、第１の表面と、第１の表面から離間した第２の表面とを含み、また、ファブリックの少なくとも１つの表面上のナノマテリアルと、ナノマテリアルを覆うファブリック上の樹脂マトリックスとを含む。樹脂マトリックスもまた、その中にナノマテリアルを含むことができる。
2017529492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材を補強する方法であって、
（ａ）前記部材の領域に適用するためのファブリックデバイスを準備することを含み、前記ファブリックデバイスは、
前記領域に適用される、ナノマテリアルを含む荷重伝達フィラー材と、
互いに離間した第１及び第２の表面と、ナノマテリアルとを含むファブリックの少なくとも１つの層とを含み、前記ナノマテリアルは、前記第１及び第２の表面の少なくとも一方に加えられ、かつ、前記ファブリックに少なくとも部分的に注入され、
また、前記ファブリックデバイスは、
前記ファブリック上の樹脂マトリックスを含み、前記ナノマテリアルが、前記樹脂マトリックスに少なくとも部分的に注入され、
（ｂ）前記部材の前記領域に前記ファブリックデバイスを適用することと、
（ｃ）前記樹脂マトリックスを硬化させることとを含み、
これにより、前記ファブリックデバイスのクラックが、前記マトリックスと前記ファブリックとの間の界面から遠ざかるように拡がりやすくなり、前記ファブリックデバイスの剥離の可能性を低減させる方法。
【請求項２】
前記ファブリックの少なくとも１つの層は、ナノマテリアルを含む繊維から形成されている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノマテリアルは、処理済み又は未処理のナノチューブ、グラフェン、ナノファイバー、ナノクレイ、ナノワイヤー、ナノインクルージョン及びバッキーペーパーのうちの１つ、又はこれらの組合せであり、
前記樹脂マトリックスは、熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー及びポリウレタンのうちの１つである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ファブリックに加えられた前記樹脂マトリックス中にナノマテリアルをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ナノマテリアルは、前記ファブリックの少なくとも１つの表面に結合される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ファブリックの少なくとも１つの層は、前記ファブリックの前記第１及び第２の表面の両方を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ファブリックの少なくとも１つの層は、ファブリックの隣接している複数の層であり、各層の少なくとも１つの表面は、その上にナノマテリアルを含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノマテリアルは、ナノチューブ、ナノファイバー、ナノウィスカー、グラフェン、ナノクレイ、ナノワイヤー、ナノインクルージョン及びバッキーペーパーのうちの１つであり、
前記樹脂マトリックスは、熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性ポリマー及びポリウレタン樹脂のうちの１つである請求項５に記載の方法。
【請求項９】
クラックの拡大を抑制するために、前記樹脂マトリックスにナノマテリアルを組み込むことをさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
部材の領域に適用するためのファブリックデバイスであって、
互いに離間した第１及び第２の表面を含む複合材を有するファブリックの少なくとも１つの層と、前記ファブリック上の樹脂マトリックスとを含み、前記樹脂マトリックスは、前記ファブリックに少なくとも部分的に注入されたナノマテリアルを含むファブリックデバイス。
【請求項１１】
前記ナノマテリアルは、ナノチューブ、グラフェン、ナノファイバー、ナノクレイ、ナノワイヤー、ナノインクルージョン及びバッキーペーパーのうちの１つ、又はこれらの組合せであり、
前記樹脂マトリックスは、熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー及びポリウレタン樹脂のうちの１つである請求項１０に記載のファブリックデバイス。
【請求項１２】
構造部材を補強するためのデバイスであって、
ファブリックの少なくとも１つの層と、
前記ファブリックの少なくとも１つの表面に加えられた樹脂マトリックスと、
前記ファブリック及び前記樹脂マトリックスに注入されたナノマテリアルとを具備するデバイス。
【請求項１３】
前記デバイスは、前記構造部材の周囲を完全には取り囲まない、又は包まない請求項１２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状部材、パイプライン又は構造支持体などの部材を修理又は補強するためのデバイスに関し、このデバイスは、ファブリックと、強靱化及び強化材料であるナノマテリアルと、ポリマーマトリックスとを含む。
【背景技術】
【０００２】
パイプ、パイプライン及び構造部材などの部材を修理又は補強するための種々のデバイス、装置、システム及び方法が知られており、このようなものとして、これらに限定されないが、米国特許第４，７００，７５２号、第５，３４８，８０１号、第５，４４５，８４８号、第５，６３２，３０７号、第４，６７６，２７６号、第６，２７６，４０１号、第６，７７４，０６６号、第７，３８７，１３８号、第７，４２６，９４２号、第７，３６７，３６２号、第７，５００，４９４号、第７，５２３，７６４号が含まれ、これら全ての内容があらゆる目的のために全てここに組み込まれる。
【０００３】
構造部材は、腐食、浸食、温度変動、自然原因、第三者原因及び時の経過によって高まった繰り返し起こる荷重疲労に起因して、品質が低下しうる、すなわち、物理的に破損したり劣化したりしうる。劣化した部材は、しばしば、その完全性を保ったり回復したりその耐用年数を延ばしたりするために、修理や補強を必要とする。破損及び劣化に起因する問題は、配管システムに影響し、配管システムが、硫酸塩還元細菌、ガルバニック作用及び第三者破損を含む、いくつかの要因に起因する劣化を受けやすい。この問題は、配管システムに限定されない。これはまた、劣化及び破損を受けやすい杭、コンクリート柱、石油貯蔵タンク等などの他の構造にも影響する。
【０００４】
破損したパイプラインを修理する古くからの方法は、破損した、又は欠陥のあるパイプ部分の新しいパイプへの置換、あるいは破損した、又は欠陥のある領域一帯への金属スリーブの取り付けを含む。パイプ置換が行われているときにパイプを使用停止とする、あるいはパイプを減圧することが、しばしば、これらの既知のパイプ修理方法に必要とされる。この手順は、パイプライン所有者にとっても一般大衆にとっても同様に、高価で不便なものでありうる。
【０００５】
過去２０年間における複合材料及び方法の進歩は、配管及びインフラ修復のためのより広く容認された修理方法として、複合物を導入した。複合物による修理はパイプラインが運転中でありながらも破損領域に適用されることができるので、複合物は、パイプ置換又は鋼製スリーブによってもたらされる修理による中断に代わって、パイプラインの所有者に費用効果の高い選択肢を提供している。
【０００６】
既知のパイプ修理及び補強システムは、湿気硬化ポリウレタンポリマーシステムを含浸させたファブリック、あるいは製品の取り付け中にその場で樹脂ポリマーを含浸させたファブリック、あるいは部材の周囲を包むようにして接着剤で結合された硬化プリフォームを含む。これら生成物は、ほどよい性能及び耐用年数を提供する。しかしながら、特に、疲労／耐用年数の延長に関して、性能を改良する必要がある。
【０００７】
繊維強化ポリマー「ＦＲＰ」複合物修理の耐久性が、現行のＤＯＴ規則（４９ＣＦＲ§§１９２、１９５であり、ここに全て組み込まれる）の下でパイプライン修理方法に必要とされる。ＦＲＰ複合物修理の耐久性の問題は、複合物システムの疲労に起因する剥離により、パイプライン所有者のかなりの関心事項となってきている。
【０００８】
それ故、このような不十分なＦＲＰは、耐久性に疑義のある修理を提供する。ＤＯＴが規則として課されており、ＦＲＲ修理は、信頼できる工学試験及び分析がパイプの有用性の永久的な回復を示す方法によってパイプが修理されない限り、一時的なものである。
【発明の概要】
【０００９】
本発明によれば、ファブリックデバイスは、構造部材の領域上の適所に適用するために提供される。本発明によるファブリックデバイスは、互いに離間した第１及び第２の表面を含む複合材料で形成されたファブリックの少なくとも１つの層と、（ここに定義されるような）ナノマテリアルとを有する。本発明によるファブリックデバイスは、さらに、ナノマテリアルを覆っているファブリック上に樹脂マトリックスを有する。
【００１０】
本発明の一実施形態では、ファブリックデバイスのファブリックの少なくとも１つの層は、繊維から形成され、これら繊維自身がナノマテリアルを含む。本発明の他の実施形態では、ナノマテリアルは、ファブリックの一方又は両方の表面に結合されている。本発明のさらなる他の実施形態では、ナノマテリアルは、マトリックス中にあり、ナノマテリアルを含んでも含まなくてもよいファブリックの一方又は両方の表面に加えられる。
【００１１】
ここに記載されるような、本発明による処理前の「ファブリック」は、任意の適切な既知の織物、布、繊維品、素材又はウェビング（帯状のもの）であることができ、例えば天然繊維又は合成繊維（あるいはこれらの組合せ）で作られた、例えば、織り、縫い、編み、より合せ又は織ったり編んだりしない（non-woven）などの任意の既知の方法で作られたものであることができる。この開示中に使用される用語「ナノマテリアル」は、限定的ではないが、ナノチューブ、（任意の形態）、ナノファイバー、ナノクレイ、バッキーペーパー、ナノワイヤー、グラフェン及び（処理済み又は未処理の）ナノインクルージョン、又はこれらの組合せを含む、任意の適切な既知のナノスケールの材料を含むことを意図している。当業者は、用語「ナノスケール」又は「ナノスケールの材料」が、１〜１００ナノメートル（１メートルの１０億分の１）として通常引き合いに出される、ナノテクノロジーに適用可能な長さスケールの構造及び材料を表していることを理解する。樹脂マトリックスは、例えば、熱硬化性樹脂であることができ、例えば、エポキシ、熱硬化性ポリマー、ポリウレタン樹脂又は熱可塑性ポリマーであることができる。
【００１２】
本発明によるファブリックデバイスは、クラックの拡大を抑制するために、樹脂マトリックス中にナノマテリアルをさらに含むことができる。
【００１３】
ある実施形態では、本発明によるデバイスは、これらに限定されないが、繊維ガラス、炭素繊維、ｐ−アラミド繊維、液晶ポリマー繊維、及びこれらの組合せなどの高粘着性繊維から作られた高強度ファブリック（例えば、繊維、ベール、布、ウェビング（帯状のもの））を含み、これは、ファブリックの一方又は両方の表面に埋め込まれたナノマテリアル（ナノチューブ、ナノファイバー、ナノクレイ、バッキーペーパー、グラフェン又はこれらの組合せ）を含み、硬化樹脂マトリックスと結合したとき、改良された界面破損靱性などの改良された特性を有する圧力含有又は構造補強をなし、したがって、例えば、地震による地震波などの自然による力の条件の下で、疲労及び耐用年数の延長をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
添付図面において、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｈ】図１Ｈは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｉ】図１Ｉは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｊ】図１Ｊは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｋ】図１Ｋは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｌ】図１Ｌは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図１Ｍ】図１Ｍは、本発明による方法を示すフローの図である。
【図２】図２は、既知の修理デバイスの断面図である。
【図３】図３は、本発明による修理デバイスの断面図である。
【図４】図４は、本発明による修理デバイスの断面図である。
【図５】図５は、本発明による方法を示す斜視図である。
【図６】図６は、図５のパイプの一部の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明による方法、及び本発明による構造部材を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明による杭を示す斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明によるI型梁を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明による方法を示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に従って修理される管状部材（パイプ）の側断面図である。
【図１０】図１０は、その劣化部分に適用された荷重伝達フィラー材を有する、図９の管状部材の側断面図である。
【図１１】図１１は、その上に適用されたナノ増強接着層を有する、図９の管状部材の側断面図である。
【図１２】図１２は、劣化領域一帯を覆うように適用された、本発明の一実施形態によるナノ増強ファブリックデバイスを有する、図９の管状部材の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明が多くの形態及び実施形態を取りうることが理解される。以下の説明では、本発明のいくつかの実施形態が記載され、多くの詳細が、本発明の理解を与えるために説明される。しかしながら、当業者は、本発明がこれらの詳細なしで実行されることができること、及び、記載された実施形態からの多くの変形及び変更が可能でありうることを理解する。したがって、以下の説明は、例示であり、本発明を限定しないことを意図している。
【００１６】
本発明によるファブリックデバイスの一実施形態は、繊維から形成されたファブリックを含み、これら繊維自身がナノマテリアルを含む。本発明によるファブリックデバイスの他の実施形態では、ファブリックは、それに加えられたナノマテリアルを含む。
【００１７】
図１Ａは、方法を概略的に示す図であり、この方法では、ファブリック（ファブリック）が提供されて、それにナノマテリアルを加える。ファブリックは、上に定義されるような任意のファブリックである。ナノマテリアルは、上に定義されるような任意のナノマテリアルである。ナノマテリアルは、これらに限定されないが、浸漬、噴霧、散布、静電塗装、エレクトロスピニング、電気泳動、又は手（例えば、ローラー、こて、ブラシなど）によるものを含む任意の適用方法又は装置によって、ファブリックの一方又は両方の表面に加えられる。ナノマテリアルは、適切な溶液中に存在してよい。一態様では、ナノマテリアルは、溶媒溶液中に存在する。
【００１８】
そして、加えられたナノマテリアルを含むファブリックが、例えば、例えば水や溶媒（例えば、アルコール、エタノール、アセトン）である溶液材料を除去するために乾燥される（ファブリックを乾燥させる）。そして、マトリックスが、乾燥したファブリックに加えられる（マトリックスを加える）。上に定義されるような任意の適切なマトリックス材が使用されることができる。一態様では、マトリックスは、樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、ポリウレタン樹脂又は熱可塑性樹脂である。
【００１９】
そして、ファブリックデバイス、ナノマテリアル及びマトリックスを含む処理済みのファブリックが、例えば、包装したり（パッケージにする）発送したりするために、あるいは取り付けのために、個々のものにされる。
【００２０】
図１Ｂは、本発明によるデバイスＤを作るためのシステムＳを概略的に示している。ファブリックＦ（上に定義されるような任意のファブリック）のロールＲからのファブリックが、ファブリックＦの表面Ｃ上に溶液中の（上に定義されるような）ナノマテリアルを堆積させる堆積装置Ｔに供給される。そして、かくして処理された（処理済みの）ファブリックが、溶液材料（例えば溶剤）を除去するためにオーブンＯ中で乾燥される。
【００２１】
そして、処理済みのファブリックＡが、サイズ処理、切断、梱包、包装などのための装置Ｐに取り込まれる。完成したファブリックデバイスＤは、使用又は発送のために準備される。一態様では、本発明によるデバイスを含むパッケージは、ハーメチックシールされ、アルミニウムめっきされたプラスチック包装材が使用される。
【００２２】
ある実施形態では、それに加えられたマトリックスを含む、本発明によるファブリックデバイスは、包装されて、使用のための場に送られる。例えば、限定するものではないが、図１Ａ又は図１Ｂの方法に従って作られた、本発明によるファブリックデバイスは、ファブリックに加えられたナノマテリアル材料を含むことができ、その後、ファブリックは乾燥されて、樹脂（例えば、これに限定されないが、ポリウレタン樹脂）を含浸させて、包装材で、例えば除湿性の箔製のパウチで包装される。包装されたファブリックデバイスは、補強や修理を必要とする部材に適用するための場に送られる。
【００２３】
そこに含浸させたマトリックスなしで発送されるファブリックデバイスを提供することもまた、本発明の範囲内にある。図１Ｃは、本発明による方法を示している（同様の用語は同様のステップ及び事項を示す）が、この方法では、マトリックスなしでファブリックデバイスが包装されて、修理場所に搬送される。樹脂マトリックスが準備されて、包装されて、修理場所に搬送されて、修理場所において、樹脂マトリックスが、ファブリックデバイスを形成するためにファブリックに加えられる。マトリックスは、ここに開示されるいずれであってもよく、一態様では、マトリックスは、図１Ｄに示されるような、それに加えられたナノマテリアルを含むマトリックスである。ナノマテリアルを含むマトリックスは、修理場所に搬送される前にファブリックに加えられてもよいし（図１Ｄ）、あるいは、包装されて、修理場所に送られて、修理場所でファブリックに加えられてもよい（図１Ｅ）。
【００２４】
図１Ｆ並びに図１Ｇを参照すると、本発明の一実施形態では、ナノマテリアルは、ファブリックに加えられないが、マトリックスに混合される。マトリックスは、修理場所への発送の前にファブリックに加えられることができる（図１Ｆ）か、あるいは、マトリックスは、修理場所でファブリックに加えられることができる（図１Ｇ）。
【００２５】
図１Ｈないし図１Ｋは、本発明による方法を示しており（同様の用語は同様のステップ及び事項を示す）、これらの方法では、ナノマテリアルが繊維又はストランド上に与えられて、繊維又はストランドがファブリック又は布に織り込まれる。そして、ファブリック又は布が、ファブリックデバイスを形成するために樹脂マトリックスを含浸されて、ファブリックデバイスが、修理される／補強される構造部材に加えられることができる。ある実施形態（図１Ｊ並びに図１Ｋ）では、マトリックスもまた、マトリックスに混合されたナノマテリアルを含むことができる。マトリックスは、ファブリックデバイスを形成するためにファブリックに加えられることができ、ファブリックデバイスは、包装されて、修理場所に送られることができ、修理場所において、それが修理される部材に加えられる（図１Ｈ並びに図１Ｊ）。あるいは、ファブリック及びマトリックスが、修理場所に搬送されることができ、修理場所において、マトリックスが、ファブリックデバイスを形成するためにファブリックに加えられて、ファブリックデバイスが、修理される部材に加えられる（図１I並びに図１Ｋ）。
【００２６】
図１Ｌを参照すると、本発明によるファブリックデバイスは、修理場所から離れた位置でファブリックにマトリックスを加えて、その離れた位置でマトリックスを含むファブリックにナノマテリアルを加えることによって製造されることができる。そして、ファブリックデバイスが包装されて、修理場所に搬送されて、修理場所において、それが修理される部材に加えられる。あるいは、図１Ｍに示されるように、ファブリックとマトリックスとが別々に包装されて、修理場所に搬送されてもよい。修理場所では、マトリックスがファブリックに加えられて、本発明によるファブリックデバイスが、マトリックスを含むファブリックにナノマテリアルを加えることによって製造される。
【００２７】
ファブリックにマトリックスを加えることは、特にマトリックスに使用される樹脂が湿気硬化樹脂である場合、制御された乾燥環境中で（一態様では、例えばアルゴン又は窒素を使用した乾燥不活性ガス雰囲気中で）行われる。本発明によるデバイスの実施形態は、湿気硬化樹脂を使用することができる。ナノマテリアルのピースの分散が、溶媒と混合されたナノマテリアルに対して、又はマトリックスに加えられたナノマテリアルに対して、加えるのに先立ってナノマテリアルにエネルギーを与えることによって、例えば、音波処理によって高められることができる。
【００２８】
ナノマテリアルの添加剤又は成分なしのデバイスでは、繊維／マトリックス界面は、クラックを防止するためのナノマテリアルを含まない。そのような既知のデバイスでは、クラッキングは、負荷される荷重に垂直に（水平方向に）生じ、ファブリック‐マトリックス界面に拡がって、界面に沿って拡がって、ファブリックとマトリックスとの剥離を引き起こす。これは、しばしば、複合物の破損につながる。図２は、ＦＲＰファブリック層ａ、ｂと、垂直クラックｄ及び界面縦方向クラックｅを含むマトリックス領域ｃとを含む既知の修理デバイスＱを示す図である。界面クラックｅは、ファブリックとファブリックに加えられたマトリックスとの界面の間にある。デバイスＱのような既知のデバイスでは、縦方向クラックの拡大は、繊維強化複合積層のファブリック‐マトリックス界面に沿って起こる。このようなデバイスのクラックｄは、マトリックス‐ファブリック界面に拡がって、主に、縦方向のファブリック‐マトリックス界面のクラックとして、あるいは製造された複合体の剥離につながる接着剤のクラックとして拡がる。
【００２９】
本発明によれば、ファブリックの一方又は両方の表面が上に説明されるようなナノマテリアルで覆われたとき、ファブリックが、その（１又は複数の）界面においてマトリックスで補強されて、クラックが、（図２に見られるような）接着モードよりもクラックの拡大により耐える結合モードで（１又は複数の）界面から遠ざかるように拡がる。図３は、マトリックス１４を含むファブリック層１１、１２を含む、本発明によるファブリックデバイス１０を示しており、各々にナノマテリアルが埋め込まれており、この場合には、カーボンナノチューブ２０が埋め込まれている。
【００３０】
ある実施形態では、本発明によるデバイスにおいて、クラックは、ナノマテリアルが埋め込まれた後、異なる振る舞いをする。クラックは、ナノマテリアル強化繊維／マトリックスから遠ざかるように逃げていき、従来のデバイスほど侵略的に繊維マトリックスに浸透しない。なぜならば、マトリックス（樹脂）及び繊維が、ナノマテリアルによって供給された追加の表面積に起因するより強い強度を有するからである。ナノマテリアルは、クラックがそれ以上の範囲に素早く拡がるのを遅らせる。ナノマテリアルは、材料中に存在することによって約３０％以上のクラックを抑制する。クラックは、比較的小さくなり、それほど広がらなくなる。
【００３１】
デバイス１０中のナノマテリアルの存在により、ファブリック／マトリックス界面が補強され、縦方向のファブリック‐マトリックスのクラックの成長、及びそれに続いて起こる剥離を軽減させる。クラックは、ファブリック‐マトリックス界面の接着領域よりも耐性のある結合領域に拡がりやすい。マトリックス又は縦糸中で始まる垂直クラックは、界面で鈍る。
【００３２】
図４は、マトリックス４６中の機能的な又は機能的でないナノマテリアル４４の追加によって強靭化されたファブリック層４２を含む、本発明の一実施形態による修理システムの構成要素としてのファブリックデバイス４０を示している。デバイス４０は、強靭化されたファブリック／マトリックス界面領域を含む。適宜、本発明の実施形態における任意のファブリックでのように、マトリックス４８は、マトリックス４６がその上にある表面の反対側のファブリック層４２の表面上にある（マトリックス４６も同様）。図４は、ファブリックへの、及びマトリックスへのナノマテリアルの注入によりナノマテリアルがファブリックに堆積された後、マトリックスがファブリック表面上にとどまることを示している。この実施形態では、いくつかのナノマテリアルは、ファブリックからファブリック表面の近くのマトリックスに分散されている。これは、ファブリックの周囲の樹脂を補強及び強靭化し、繊維−マトリックスのクラッキングを軽減させ、ある位置では、クラックが、ナノマテリアルで補強された領域から遠ざかるように逸らされることができる。
【００３３】
図５は、劣化領域５１を含む、パイプライン５０の一部５２を示している。本発明の一態様に従って、図５並びに図６に示されるように、好ましくはまたナノマテリアルを含む荷重伝達フィラー材５３が、劣化領域５中に、上に、あるいはその両方に加えられる（図６も参照）。本発明による修理システムは、さらに、フィラー材５３及び劣化領域５１を覆うために複数の層が重なり合ってパイプライン５０の周囲を包んでいるファブリックデバイス５４を含む。ラッピングは、図５に示されるようにして行われる。適宜、ファブリックデバイス５０は、さらに、ファブリック層を覆う収縮性包装材の層５７（図６参照）を含む。適宜、本発明によるデバイスでのように、ファブリック層は、検出装置によって、例えば、地下パイプ又はパイプラインにある修理される領域の位置決めを容易にするために、１又は複数の金属ワイヤー５５を含む。
【００３４】
図７Ａは、劣化領域７１を含む構造柱７２を示している。好ましくはまたナノマテリアルを含む荷重伝達フィラー材７３が、劣化領域７１に加えられて、本発明によるファブリックデバイス７０が、複数の層が重なり合って柱の周囲を包んでいる。完成すると、ファブリックデバイス７０の層が、フィラー材７３及び劣化領域７１を覆っている。
【００３５】
図７Ｂは、本発明による木製杭７４を示している。（ここに開示され、図示されるようにしてサイズ設定され、構成された）本発明によるファブリックデバイス７５は、それを補強するために杭７４の周囲を包んでいる。
【００３６】
図７Ｃは、本発明による鋼製Ｉ型梁７６を示している。（ここに開示され、図示されるようにしてサイズ設定され、構成された）本発明によるファブリックデバイス７７は、荷重伝達材料（図示されない）で満たされた劣化領域７８一帯を覆うように適用されている。本発明による他のデバイス７９が、それを補強するためにＩ型梁７６の周囲を包んでいる。本発明による任意のデバイス及び方法でのように、接着剤は、それぞれの部材上へのデバイス７５、７７、７９の取り付けを容易にするために使用されることができる。
【００３７】
図８は、荷重伝達フィラー材８３で満たされ、本発明によるファブリックデバイス８０で覆われた、劣化領域８１を含む石油貯蔵タンク８９を示している。ファブリックデバイス８０（ここでの任意の実施形態でのような、本発明による修理又は補強部材）は、貯蔵タンク８９の周囲を完全には取り囲まない、又は包んでいない。ファブリックデバイス８０は、フィラー材８３及び劣化領域８１を覆うのに十分な大きさであるように注意深くサイズ設定されたピース（一片）である。本発明の任意の実施形態では、ナノマテリアルの所望の有効量が、代表的には５重量％以下で、ファブリックに使用されることができる。
【００３８】
図９ないし図１２は、本発明の他の例示的な実施形態を示す図である。図９は、劣化部分９２を含むパイプ９０の一部分を示している。図１０に示されるように、本発明の一実施形態は、まず、劣化部分９２に荷重伝達フィラー材を加えることを含む。好ましくは、本発明の一態様に従って、荷重伝達フィラー材９４は、ナノ増強される、すなわち、材料９４を補強したり強化したりする役割を果たす（１又は複数の）ナノマテリアルを含む。
【００３９】
図１１は、本実施形態におけるさらなるステップを示す図であり、ここでは、個々の接着層９６が、荷重伝達フィラー材９４を含む修理領域一帯を覆うように適用される。本発明の一実施形態では、接着剤９６もまた、荷重伝達フィラー材９４とファブリックデバイス９６と同じか異なる（１又は複数の）ナノマテリアルを含み、ナノ増強される。
【００４０】
図１２は、続いて、処理領域一帯を覆うように適用されたファブリックデバイス９６を示す図である。上で説明されたように、ファブリックデバイス９６は、ナノマテリアルで処理済みのファブリック基体を含む。「処理済み」というのは、ナノマテリアルがその材料の一方又は両方の表面に加えられたか、ファブリック材全体に注入されたか、その両方であってよいことを意味している。
【００４１】
本発明による方法では、提供されるファブリックは、ファブリック上の樹脂を既に含む（及び次の乾燥が適用されていない）ファブリック（例えばピース又はロール）であることができる。ファブリックは、上で説明されたように、マトリックス、例えば二液型（two-part）エポキシ樹脂で湿らせられてもよいし、あるいは、ファブリックは、樹脂の硬化を防ぐために冷却又は冷凍された後にそれに加えられる二液型エポキシ樹脂の両型を含んでもよい。後者の代案では、既に凍ったデバイスは、樹脂の硬化を「再スタート」するために加熱されることができる。
【００４２】
本発明は、それ故、全ての実施形態を必ずしも必要としないが、いくつかの実施形態の、部材の領域上に適用するためのファブリックデバイスを提供する修理システムであり、ファブリックデバイスは、ファブリックの少なくとも１つの層を有し、前記ファブリックの少なくとも１つの層は、第１の表面と、前記第１の表面から離間した第２の表面とを含み、前記ファブリックは、複合材料で作られ、また、ファブリックデバイスは、ファブリックの少なくとも１つの表面に結合された、ファブリック内に埋め込まれた、あるいはその両方であるナノマテリアルと、ナノマテリアルを覆うファブリックの上に、ナノマテリアルをまた組み込んでいる樹脂マトリックスとを有する。用語「ファブリックの少なくとも１つの表面」は、一方又は両方の表面に結合された、ファブリックに埋め込まれた、あるいはその両方であるナノマテリアルを含む第１の表面及び第２の表面の一方の表面又は両方を含むことが理解されるべきであり、「ファブリックの少なくとも１つの層」は、ファブリックの隣接している複数の層を含むことができ、各層の少なくとも一方の表面又は両方の表面がその上にナノマテリアルを有し、ナノマテリアルは、（処理済み又は未処理の）ナノチューブ、ナノファイバー、ナノウィスカー、グラフェン、ナノクレイ、ナノワイヤー、ナノインクルージョン及びバッキーペーパーのうちの１つであり、樹脂マトリックスは、熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー及びポリウレタン樹脂のうちの１つであり、樹脂マトリックス中のナノマテリアルは、クラックの拡大を抑制するか停止させるためのものである。
【００４３】
それ故、本発明は、いくつかの実施形態において、処理済みの部材を提供する修理システムであり、処理済みの部材は、劣化領域を含む部材と、前記劣化領域に適用されるナノマテリアルを含む荷重伝達フィラー材と、前記領域上のファブリックデバイスとを含み、前記ファブリックデバイスは、ファブリックの少なくとも１つの層を含み、前記ファブリックは、複合材料で作られており、前記ファブリックの少なくとも１つの層は、第１の表面と、前記第１の表面から離間した第２の表面とを含み、前記ファブリックデバイスは、ファブリックの少なくとも１つの表面に結合された、ファブリック内に埋め込まれた、あるいはその両方であるナノマテリアルと、前記ナノマテリアルを覆う前記ファブリック上のナノマテリアル含有樹脂マトリックスとを含み、このような処理済みの部材は、劣化領域を含み、ファブリックデバイスが、劣化領域に加えられる。上に言及されたように、ナノマテリアル含有荷重伝達材料は、ファブリックデバイスの適用に先立って、劣化領域に適用されることができる。
【図１Ａ】
2017529492.tif 000003
【図１Ｂ】
2017529492.tif 000004
【図１Ｃ】
2017529492.tif 000005
【図１Ｄ】
2017529492.tif 000006
【図１Ｅ】
2017529492.tif 000007
【図１Ｆ】
2017529492.tif 000008
【図１Ｇ】
2017529492.tif 000009
【図１Ｈ】
2017529492.tif 000010
【図１Ｉ】
2017529492.tif 000011
【図１Ｊ】
2017529492.tif 000012
【図１Ｋ】
2017529492.tif 000013
【図１Ｌ】
2017529492.tif 000014
【図１Ｍ】
2017529492.tif 000015
【図２】
2017529492.tif 000016
【図３】
2017529492.tif 000017
【図４】
2017529492.tif 000018
【図５】
2017529492.tif 000019
【図６】
2017529492.tif 000020
【図７Ａ】
2017529492.tif 000021
【図７Ｂ】
2017529492.tif 000022
【図７Ｃ】
2017529492.tif 000023
【図８】
2017529492.tif 000024
【図９】
2017529492.tif 000025
【図１０】
2017529492.tif 000026
【図１１】
2017529492.tif 000027
【図１２】
2017529492.tif 000028
【国際調査報告】
2017529492.tif 000029
2017529492.tif 000030