管道修复用管状非织造布复合材料的结构、性能及制备技术研究

摘要

随着现代工业以及现代城市的发展，管道作为现代生活不可缺少的建筑设施，显得越来越重要了。一般来说，城市埋地管道投入使用15～20年后，就进入事故高发期。因此，对现代城市已损管道和即将达到使用寿命的各类埋地管道进行修复，是城市发展过程中不可回避的问题。相比较采用全线开挖手段进行网管改造所带来的环境问题、交通问题、社会负面影响及对居民生活的影响，采用纺织复合材料作为内衬管实现对旧管道的修复具有更加明显的经济效益和社会效益。本文对利用非开挖翻衬技术修复排水等大管径埋地管道的内衬修复材料进行了整体性研究、设计与开发，并且对翻衬修复工艺过程作了全面探讨。具体研究内容与结论如下：
　　 1、在设计适用于管道修复的管状非织造布复合材料之前，参考利用管状纺织复合材料修复燃气管道时管道内衬材料承受压力作用的基础上，根据内衬复合材料的使用目的和性能要求，利用材料力学和工程流体力学的知识对排水管道在翻衬和工作过程中的受力情况进行了系统的分析，得出管道内压作用在内衬材料上的横向应力是纵向应力2倍的结论，并在此基础上，推导出了管状非织造布复合内衬软管的横、纵向强度和厚度的计算方法。
　　 根据强度和厚度的计算方法，设计和制备出了符合要求的加筋非织造布，并且针对单层非织造布管不能满足超大管径管道修复(1400mm及以上)的情况，提出了双层非织造布复合内衬软管的设计方法。
　　 2、根据内衬材料对防渗膜的要求，对防渗膜的原料进行了选择；设计了覆膜工艺流程，并针对在不同的覆膜压力、温度和时间的作用下，非织造布的强度和尺寸变化不同的情况，对覆膜工艺参数进行了优化设计；对覆膜非织造布的缝合工艺进行了探讨和设计，并利用局部覆膜的方法对缝合处进行了覆膜操作：最后还对缝合处的强度进行了测试和分析。
　　 3、对在前面综合分析设计下的覆膜非织造布管状小样进行了相关物化性能的系统测试与分析，主要包括强度、厚度、粘附性能、密封性能以及防腐蚀性能，得出满足性能要求的非织造布复合内衬软管，为进一步的理论设计提供了实验参考。
　　 4、根据应用非开挖翻衬技术修复排水管道时对树脂的使用要求，选择了粘结力强、耐热、耐腐蚀性、耐酸碱性能良好、固化收缩率较低以及具有综合机械强度的环氧树脂；利用手糊工艺对树脂的浸渍过程进行了模拟，经过剥离试验得出了树脂与模拟管壁之间的粘结力超过了树脂本身的剪切力的结论，表现出了良好的剥离强度，满足修复工艺中对树脂的性能要求；最后对整个翻衬施工工艺进行了全面的阐述，为系统施工的实施提供了参考。
　　 5、最后在本课题的研究结论基础之上，对全文的研究工作进行了简要的回顾与总结，并为进一步的研究工作提出了自己的设想。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 管道非开挖修复技术的研究与应用进展

1.2.1 管道非开挖修复技术的分类

1.2.2 管道非开挖修复材料的研究与应用状况

1.3 本课题研究的目的、内容和意义

1.3.1 本课题研究的目的

1.3.2 本课题研究的内容

1.3.3 本课题研究的意义

第二章 非织造布复合内衬软管的强度、厚度工艺设计

2.1 引言

2.2 管状内衬材料承受压力分析

2.2.1 翻衬压力

2.2.2 介质输送过程中所产生的内压

2.3 非织造布复合内衬软管的强度计算方法

2.3.1 管状非织造布复合材料的强度计算

2.3.2 非织造布复合内衬软管的强度计算

2.4 管状复合内衬材料厚度设计的基本理论

2.5 非织造布复合内衬软管的厚度计算方法

2.5.1 管状非织造布复合材料的厚度计算

2.5.2 非织造布复合内衬软管的厚度计算

2.6 非织造布的设计与制备

2.6.1 纤维种类

2.6.2 纤维的线密度和长度

2.6.3 纤网定量

2.6.4 针刺密度

2.6.5 针刺深度

2.7 非织造布的性能测试与分析

2.8 加筋非织造布的制备与性能测试

2.8.1 加筋布的设计与制备

2.8.2 加筋非织造布的性能测试与分析

2.9 双层非织造布管的设计与工艺探讨

2.9.1 双层非织造布管的设计与分析

2.9.2 内、外层非织造布管的宽度设计

2.9.3 内、外层非织造布管的粘接工艺设计

2.9.4 双层非织造布的性能测试与分析

2.10 小结

第三章 加筋非织造布的缝合及覆膜工艺设计

3.1 引言

3.2 防渗膜材料的选择与性能测试

3.2.1 防渗膜的选择

3.2.2 防渗膜的性能测试与分析

3.3 加筋非织造布的覆膜工艺设计

3.3.1 加筋非织造布覆膜工艺参数的设计

3.3.2 加筋非织造布覆膜工艺过程的设计

3.3.3 覆膜工艺参数的优化

3.4 片状覆膜非织造布的缝合工艺研究

3.4.1 缝合设备的选择

3.4.2 缝合工艺的选择

3.4.3 缝合工序

3.5 覆膜非织造布管缝合处覆膜工艺设计

3.5.1. 缝合处覆膜工艺探讨

3.5.2 缝合处强度测试与分析

3.6 小结

第四章 非织造布复合内衬软管的性能测试与分析

4.1 引言

4.2 非织造布复合内衬软管厚度的测试与分析

4.2.1 非织造布复合内衬软管的厚度测试

4.2.2 非织造布复合内衬软管的厚度拟合计算

4.3 非织造布复合内衬软管拉伸性能的测试与分析

4.4 防渗膜与加筋非织造布之间粘附强度的测试与分析

4.5 非织造布复合内衬软管防渗透性能的测试与分析

4.5.1 透气性能测试与分析

4.5.2 透水性能测试与分析

4.6 非织造布复合内衬软管耐腐蚀性能的测试与分析

4.7 小结

第五章 树脂的浸渍与施工工艺

5.1 引言

5.2 树脂的选择

5.3 树脂浸渍工艺

5.3.1 浸渍树脂工艺分析

5.3.2 树脂与模拟管壁剥离强度的测试与分析

5.4 翻衬施工工艺

5.4.1 翻衬施工操作原理

5.4.2 翻衬施工方案

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1. 课题的研究结论

6.2 前景展望

参考文献

发表论文与参加科研情况说明

附录

致谢