JP5599043B2 - 管路の内張り材及び内張り材用積層部材 - Google Patents

Description

本発明は、既設管路に補修又は補強のために内張りするための内張り材及び、当該内張り材用の積層部材に関するものであって、特にその内張り材を流体圧力により内外面を反転しながら管路内に挿通し、反転した内張り材を前記流体圧力により管路内面に圧接して内張りする反転内張り工法により内張りするのに適した内張り材及び内張り材用積層部材に関するものである。

一般に管路の内張り材は、多量の反応硬化型樹脂液を含浸した状態で既設管路の内面に圧接され、前記反応硬化型樹脂液を硬化させることにより、既設管路の損傷部を補修すると共に、当該管路の内側に強固な管を形成するものである。そしてその内張りの作業中、内張り材は前記反応硬化型樹脂液を含浸した状態で保持している必要があるため、厚い繊維層を必要とする。

一方かかる内張り材１は、過度に大きな強度を必要とすることはなく、前述のように反応硬化型樹脂液が含浸しやすくするために不織布が使用される。さらに厚みを確保しつつその内部にまで反応硬化型樹脂液が浸透し易くするために、図１に示すようにその不織布よりなる積層部材２を複数層重ね合わせて使用されることが多い。

しかしながら、前述のように反転内張り工法により内張りするためには、その内張り材１は内張り状態とは内面と外面とが逆になるように製作される必要がある。複数の積層部材２を重ね合わせた内張り材１の場合、内張り状態においては図２に示すように内張り状態における最外層２ｃの径が大きく内層になるに従って中層２ｂ、内層２ａと径が小さくなるにもかかわらず、内張り材１の製作時においては内張り状態における最外層２ｃが最も内側に位置するため、径を小さくしなければならず、内張り状態とは各層２ａ〜２ｃにおける径が逆になる。

内側に大径の層を設け、外側になるに従って径を小さくすれば内張り状態と一致するが、そのようにすると大径の層が小径の層の内側に位置することとなるため、内側の層にしわが生じ、反応硬化型樹脂液を均等に含浸させることができない。

従って内張り材としては、製作時と内張り時とで個々の層の径の大小が逆になり得るように、個々の層の径が多少変化し得ることが必要であって、径に融通性があることが求められる。

従来から内張り材においては、管路内に挿通した内張り材を内圧により拡張して管路内面に沿わせるために、径が拡張し得ることが求められている。例えば特開２００８−１８０２５４号公報には、互いに逆方向に交差する斜行糸を使用した内張り材が示されているが、このものでは径の融通性はあるものの、内張り時に内圧により内張り材の径が拡張したときに内張り材の長さが短縮するため、前述のような複数層を積層した内張り材においては、その層ごとに径の変動量が異なるため、それに伴って層ごとに長さが変動することとなり、適用することができない。

一般に繊維部材に反応硬化型樹脂液を含浸して硬化させ、ＦＲＰを形成する場合には、繊維部材として強度の大きいガラス繊維を使用し、これに不飽和ポリエステルやエポキシなどの樹脂液を含浸して使用することが多い。

しかしながら上記のような特性を要求される内張り材においては、繊維部材としてガラス繊維を使用することが困難である。ガラス繊維の長繊維を使用したロービングクロスでは、ガラス繊維の伸びが極端に小さいために径の融通性が確保できず、またガラス繊維の短繊維よりなるチョップドストランドマットでは短繊維の絡みがほとんどないため、反応硬化型樹脂液が未硬化の状態では極端に強度に劣る。

管路の内張り材においては、内張り状態において十分な強度が要求されることから、ガラス繊維を使用することが好ましいのであるが、前述のように径の融通性が要求されかつ内張り作業においてある程度の強度が要求されるために、事実上内張り材の繊維層としてガラス繊維を使用することができなかったのである。

またガラス繊維は無機質の繊維であるため、前述のような不飽和ポリエステルやエポキシなどの樹脂液に対する親和性が必ずしも良好とは言えず、ガラス繊維のみからなる繊維層には樹脂液が速やかに含浸しにくい嫌いがあり、これらの樹脂液が含浸しやすい繊維部材が求められていた。

特開２００８−１８０２５４号公報

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、ガラス繊維を主体とした内張り材であって、内張り作業に耐えるだけの強度を有し、かつ径の融通性を確保することができ、しかも樹脂液が含浸し易い内張り材の構造及び、当該内張り材を形成するための積層部材を提供することを目的とするものである。

しかして本発明の積層部材は、繊維長さが３０〜７０ｍｍのガラス繊維のチョップドストランドマットと、有機繊維のスパンボンド不織布とを重ね合わせ、ニードルパンチにより接合したことを特徴とするものである。本発明の積層部材においては、前記チョップドストランドマットとスパンボンド不織布とが交互に重ね合わされ、かつ両面にスパンボンド不織布が位置していることが好ましい。

また本発明の内張り材は、前記の積層部材を筒状に丸め、当該筒状の積層部材を複数層積層し、最外部に柔軟な気密性のチューブを配置したことを特徴とするものである。この内張り材においては、内外に隣接する積層部材が、内側の積層部材の外径と外側の積層部材の内径とが等しいことが好ましい。

本発明によれば、有機繊維のスパンボンド不織布は相当程度の強度を有しているため、そのスパンボンド不織布の強度により内張り作業における荷重を負担することができると共に、有機繊維よりなりかつ個々の繊維の方向が一定しないため伸張性を有しており、内張り材に径の融通性を確保することができる。

そしてそのスパンボンド不織布と重ね合わされたチョップドストランドマットは、その厚みにより多量の反応硬化型樹脂液を含浸することができると共に、当該反応硬化型樹脂液が未硬化の状態においては短繊維が容易にずれるために内張り材の径の融通性を阻害することはなく、かつ反応硬化型樹脂液が硬化したのちにおいては、当該反応硬化型樹脂液とガラス繊維とにより強力なＦＲＰを形成し、管路の内側に強力な内張りを形成することができるのである。

本発明の内張り材の横断面図 本発明の内張り材を管路に内張りした状態の横断面図 本発明の積層部材の拡大断面図

以下本発明を図面に基づいて説明する。１は本発明の内張り材を示すものであって、積層部材２を筒状に丸め、当該筒状の積層部材２を複数層積層し、その最外層２ａの外側に柔軟な気密性チューブ３が配置されている。

そしてこの例においては、積層部材２は三層積層されており、最外層２ａの内径と中層２ｂの外径とがほゞ一致し、中層２ｂの内径と内層２ｃの外径とがほゞ一致していて、三つの積層部材２がしわを生じることなく、また過度の隙間が空くこともなく互いに密着した状態で積層されている。

而して図３は、図１における積層部材２の一部を拡大して示した断面図である。図３において積層部材２は、有機繊維のスパンボンド不織布５と、ガラス繊維のチョップドストランドマット６とが交互に重ね合わされ、その両面にはスパンボンド不織布５が配置されている。なお、スパンボンド不織布５としては、例えば、ユニチカ（株）製の製品番号ＡＮ１２０／ＷＴＥや、製品番号２６７０５／ＷＸＪを使用すればよい。また、チョップドストランドマット６としては、ガラス繊維の長さが３０〜７０ｍｍ程度であるものを使用する。例えば、セントラル硝子（株）製の製品番号ＥＣＭ６００−５０１（幅１．０４０ｍｍ）や、製品番号ＥＣＭ４５０−５０１（幅１．８６０ｍｍ）を使用すればよい。

尚、従来、内張り材で用いられていたチョップドストランドマットは、接着剤にガラス繊維を分散させて得られるものであり、ガラス繊維としては、均一に分散させるために、繊維長の短いもの（例えば、３ｍｍ程度）が使用されていた。一方、本実施形態で用いられるチョップドストランドマット６は、ガラス繊維をランダムな方向に配置しつつ均一な厚みに積層した後に接着剤を添加して、マット状に接着成形して得られるものであり、従来よりも長いガラス繊維を使用することができる。このように、従来よりもガラス繊維長がかなり長いチョップドストランドマット４を内張り材１に用いることで、高強度の補修構造を実現できる。

而してこの内張り材１を使用するには、先ず内張り材１内に不飽和ポリエステル樹脂又はエポキシ樹脂などの反応硬化型樹脂液を注入し、適宜のローラーなどで絞って反応硬化型樹脂液を積層部材２に含浸させる。このとき内張り材１における積層部材２にはしわや過度の空隙が形成されていないので、局部的に反応硬化型樹脂液が滞留することはなく、均一に含浸することができる。

また本発明においてはガラス繊維のチョップドストランドマット６と有機繊維のスパンボンド不織布５とが交互に配置されているので、この積層部材２に塗布された樹脂液は比較的親和性の良好なスパンボンド不織布５を通じて浸透し、当該スパンボンド不織布５からチョップドストランドマット６に移行するので、樹脂液との親和性に劣るチョップドストランドマット６にも十分に含浸することができる。

そして反応硬化型樹脂液を含浸した内張り材１を、公知の方法により流体圧力で内外面を反転しながら管路４内に挿通する。内張り材１が反転することにより気密性チューブ３は内張り材１の内側に移行し、積層部材２よりなる繊維層は外側に移行して管路４の内面に対向する。

この状態で流体圧力により内張り材１の繊維層を管路４内面に圧接しながら前記反応硬化型樹脂液を反応硬化させ、図２に示すように管路４内に前記積層部材２により補強されたＦＲＰ管を形成する。このとき内張り材１は前記反応硬化型樹脂液により管路４の内面に接着されてもよいが、内張り材１は気密性の強固なＦＲＰ管を形成してその内部に流路を形成するので、必ずしも接着される必要はない。

内張り材１の反転に際しては、内張り材１の繊維層がチョップドストランドマット６のみよりなる場合には、チョップドストランドマット６を構成するガラス繊維の短繊維がほとんど絡みを有しないため、反転時の外力により短繊維にずれが生じ、内張り材１の繊維層が部分的に変形したり場合によっては破断することがあった。

しかしながら本発明によれば、積層部材２がスパンボンド不織布５とチョップドストランドマット６とを重ね合わせてなるので、スパンボンド不織布５が相当程度の強度を有するので過度の変形が阻止される。

また本発明によれば内張り材１の繊維層は複数の積層部材２を積層してなるので、反転時には各積層部材２が独立して挙動し、比較的小さい流体圧力で内張り材１を反転することができる。

また前述のように積層された積層部材２が反転により径の大きい最外層２ａが内側に入り、径の小さい内層２ｃが外側に位置することになるが、各積層部材２が独立して挙動するとともに径の融通性を有しているので、スムーズに反転してしわや過度の変形を生じることなく内張りされるのである。

そして図２に示すように管路４内面に内張りされた状態においては、ガラス繊維よりなるチョップドストランドマット６が反応硬化型樹脂液を含浸しているので、ガラス繊維により補強された強固なＦＲＰ管を形成するのである。

本発明における積層部材２への樹脂液の含浸性を調べるため、次の試験を行った。
（１）厚さ２ｍｍのスパンボンド不織布（ユニチカ（株）製、製品番号ＡＮ１２０／ＷＴＥ）を２枚重ねてニードルパンチで接合したもの。
（２）厚さ４ｍｍのガラス繊維のチョップドストランドマット（セントラル硝子（株）製、製品番号ＥＣＭ６００−５０１（幅１．０４０ｍｍ））。
（３）厚さ４ｍｍのチョップドストランドマット（セントラル硝子（株）製、製品番号ＥＣＭ６００−５０１（幅１．０４０ｍｍ））の両面にそれぞれ厚さ２ｍｍのスパンボンド不織布（ユニチカ（株）製、製品番号ＡＮ１２０／ＷＴＥ）を重ね、ニードルパンチで接合したもの。

以上３つの試料について、２０ｃｍ角の試験片を台上に置き、その上面中央に８．２ｇの不飽和ポリエステル樹脂液（粘度１．７５ｄＰａ・ｓ）を流し、１０分経過後に試験片表面に残った樹脂液をヘラで除去し、試験前からの重量増を測定した。

その結果は次の通りであった。
（１）６．５〜７．７ｇ
（２）３．４〜４．０ｇ
（３）４．０〜５．３ｇ

試験後の試験片について目視で観察したところ、（１）の試験片では樹脂液が裏面まで浸透していたが、（２）及び（３）の試験片では試験片の裏面にまでは浸透しておらず、チョップドストランドマットの中ほどまでしか浸透していなかった。

しかしながら樹脂液が浸透した範囲は、（２）の試験片では直径約６ｃｍの範囲であったが、（１）及び（３）の試験片では約７ｃｍの範囲に浸透しており、樹脂液はスパンボンド不織布に沿って浸透していることが認められた。

上記試験は机上の試験であって本発明を想定した（３）の試験片でも十分に樹脂液が含浸しているとは言い難いが、実際の作業においては積層部材はさらに長時間樹脂液に曝され、しかも外部から力を加えて絞られるので、樹脂液はスパンボンド不織布にそって拡がり、当該スパンボンド不織布からチョップドストランドマットに移行して含浸されるので、良好に含浸されるものと考えられる。

次に、チョップドストランドマットの最適なガラス繊維長を調べるため、次の試験を行った。
厚さ４ｍｍのチョップドストランドマットの両面にそれぞれ厚さ２ｍｍのスパンボンド不織布（ユニチカ（株）製、製品番号ＡＮ１２０／ＷＴＥ）を重ね、ニードルパンチで接合した。但し、チョップドストランドとしては、ガラス繊維長が２５ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍ、及び、７５ｍｍの５種類を使用してマットを試作した。

上記５種類のマットをそれぞれ筒状に丸めて端部同士を接合して、外径６００ｍｍの筒状の内張り材を５種類作製した。尚、端部の接合は縫製によって行い、さらに、その縫製部の外面に、ガラスクロスをホットメルト接着剤で貼り付けた。また、上記５種類の内張り材には、不飽和ポリエステル樹脂を含浸させた。

上記のようにして作製した、ガラス繊維長の異なる５種類の内張り材のそれぞれについて、内面にエア圧を作用させて１０％径膨張させたときの、内張り材の厚みばらつきの有無、及び、１０％径膨張に必要なエア圧について調べた。その結果を表１に示す。

表１において、内張り材の厚みばらつきの判定は、内張り材を１０％径膨張させたときの形状を目視で確認することによって行った。具体的には、ガラス繊維長が２５ｍｍの場合では、内張り材が局部的に伸ばされて明らかに円形にならなかったため“×”としている。また、経験的に、内張り材としては、管路の内径よりも５％小さいものを使用することがよいとされている。これに周方向に膨張量のばらつきが多少出ることを考慮しても、１０％径を膨張させれば既設管路内面に全周にわたって十分に密着するはずであると考えられることから、１０％径を膨張させたときの状態で厚みばらつきの判定を行った。また、同様の観点から、１０％径膨張を行うために必要なエア圧を測定した。ここで、通常、施工の安全性を確保する観点から、０．０８ＭＰａ程度で内張り施工を行うことを考慮し、表１においては、エア圧が０．１ＭＰａ以下の場合を“○”、０．１ＭＰａを超える場合を“×”とした。

厚みばらつきに関して、チョップドストランドマットのガラス繊維長が３０〜７５ｍｍの場合は、内張り材の厚みばらつきは小さく、周方向に均等に伸張しているのに対し、ガラス繊維長が２５ｍｍの場合は、厚みばらつきが大きく、周方向の伸張が不均一になっている。これは、ガラス繊維長が短いと、内張り材に周方向強度が不足する箇所が存在し、その部分で大きく伸びることによって局所的に薄くなっていると考えられる。

一方、１０％径膨張に必要なエア圧に関しては、ガラス繊維長が２５〜７０ｍｍの場合には、エア圧は０．１ＭＰａ以下であるが、ガラス繊維長が７５ｍｍになると、０．１ＭＰａを超えてしまう。これは、ガラス繊維長が長いと、内張り材の周方向強度が高くなりすぎて周方向の伸張が阻害されるためと考えられる。

以上の試験結果より、チョップドストランドマットのガラス繊維長は、３０〜７０ｍｍとすることが好ましいことがわかる。

１ 内張り材
２ 積層部材
３ 気密性チューブ
４ 管路
５ スパンボンド不織布
６ チョップドストランドマット

Claims (4)

1. 繊維長さが３０〜７０ｍｍのガラス繊維のチョップドストランドマットと、有機繊維のスパンボンド不織布とを重ね合わせ、ニードルパンチにより接合したことを特徴とする、管路の内張り材用積層部材。
2. 前記チョップドストランドマットとスパンボンド不織布とが交互に重ね合わされ、かつ両面にスパンボンド不織布が位置していることを特徴とする、請求項１に記載の管路の内張り材用積層部材。
3. 請求項１又は２に記載の積層部材を筒状に丸め、当該筒状の積層部材を複数層積層し、最外部に柔軟な気密性のチューブを配置したことを特徴とする、管路の内張り材。
4. 内外に隣接する積層部材が、内側の積層部材の外径と外側の積層部材の内径とが等しいことを特徴とする、請求項３に記載の管路の内張り材。
   

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