КОМПОЗИТНАЯ СИСТЕМА С ОДНОНАПРАВЛЕННЫМИ ВОЛОКНАМИ ДЛЯ РЕМОНТА И АРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2019 года по МПК C08J5/24 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет и преимущества согласно заявке на патент США №61/930 796, поданной 23 января 2014 г., и заявке на патент США №61/985 058, поданной 28 апреля 2014 г., содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылок.

Область техники

[0002] Настоящее раскрытие относится в целом к ремонту и армированию конструкций и, в частности, к композитным системам для ремонта и армирования конструкций.

Уровень техники

[0003] Агрегаты трубопроводного транспорта, такие как трубопроводы и гидравлические цепи, используют для транспортировки ассортимента текучих сред, таких как вода, нефть, различные естественные и синтетические газы, сточные воды, жидкий раствор, опасные материалы и т.п. Подобные конструкции используются для проведения электрических и волоконно-оптических кабелей через обширные пространства земли при создании телекоммуникационных сетей. Агрегаты трубопроводного транспорта выполняют из множества материалов, включая, например, бетон, пластмассу (например, поливинилхлорид, полиэтилен) и различные металлические материалы, такие как железо, медь и сталь. Конструкции для хранения, такие как резервуары для хранения, используют для хранения ассортимента текучих сред, таких как нефть, вода, химические продукты, различные естественные и синтетические текучие среды, сточные воды, опасные материалы и т.п. Конструкции для хранения выполняют из множества материалов, включая бетон, пластмассу и металлические материалы, такие как железо, медь, алюминий и сталь. Конструкции, используемые для поддержки различных строительных, промышленных и дорожных конструкций, таких как колонны и балки, выполняют из различных строительных материалов, таких как древесина, армированный бетон, неармированный бетон, алюминий, железо и сталь.

[0004] Агрегаты трубопроводного транспорта, конструкции для хранения, строительные конструкции и дорожные конструкции часто подвержены воздействию неблагоприятной окружающей среды и часто испытывают нагрузки, способные вызвать деградацию агрегатов и конструкции до степени необходимости ремонта или конструкционного армирования. Таким образом, существует потребность в улучшенных системах ремонта и армирования, которые быстры, универсальны, долговечны, минимально деструктивны и рентабельны.

Раскрытие сущности изобретения

[0005] Согласно одной особенности настоящего изобретения композитная система для армирования физических конструкций представляет собой множество однонаправленных волокон, каждое из которых обладает продольной осью и длиной. Волокна из множества однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие продольные оси в целом параллельны друг другу в значительной части длины каждого из однонаправленных волокон. Волокна из множества однонаправленных волокон связаны друг с другом немеханическим образом. Смолистый материал вынуждает прилипать волокна из множества однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества однонаправленных волокон вдоль существенной части длины одного соседнего волокна из множества однонаправленных волокон.

[0006] Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ изготовления композитной системы для армирования физических конструкций использует множество однонаправленных волокон и смолистый материал, обеспечивающий прилипание волокон из множества однонаправленных волокон друг к другу. Способ включает обеспечение первого подающего рулона, содержащего удаляемую пленку аппликатора. Обеспечено первое множество отдельных подающих катушек первых однонаправленных волокон. Каждое однонаправленное волокно имеет первую продольную ось. Первые отдельные подающие катушки первых однонаправленных волокон размещены рядом друг с другом. Удаляемая пленка аппликатора проходит от первого подающего рулона до второго коллекторного рулона. Первые однонаправленные волокна проходят от первых отдельных подающих катушек таким образом, что первые однонаправленные волокна параллельны друг другу и расположены выше или ниже удаляемой пленки аппликатора. Во время вытягивания удаляемой пленки аппликатора и вытягивания первых однонаправленных волокон происходит нанесение смолистого материала на первые однонаправленные волокна вдоль ширины каждого из первых однонаправленных волокон таким образом, что имеет место в целом равномерное нанесение смолистого материала и пропитка им первых однонаправленных волокон таким образом, что первые однонаправленные волокна приклеены друг к другу. Пропитанные смолой первые однонаправленные волокна размещены на удаляемой пленке аппликатора. Склеенные первые однонаправленные волокна в целом параллельны друг к другу. Каждое из первых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из первых однонаправленных волокон вдоль существенной части соседних приклеенных волокон таким образом, что первые однонаправленные волокна немеханически связаны друг с другом.

[0007] Согласно еще одной особенности настоящего изобретения композитная система для армирования физических конструкций выполнена в виде множества первых однонаправленных волокон, каждое из которых имеет первую продольную ось и первую длину. Волокна из множества первых однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие первые продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль существенной части первой длины каждого первого однонаправленного волокна. Имеет место множество вторых однонаправленных волокон, каждое из которых имеет вторую продольную ось и вторую длину. Волокна из множества вторых однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие вторые продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль существенной части второй длины каждого второго однонаправленного волокна. Вторая длина меньше первой длины. Смолистый материал вынуждает волокна из множества первых однонаправленных волокон прилипать друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества первых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества первых однонаправленных волокон вдоль существенной части первой длины соседних первых однонаправленных волокон, с образованием, тем самым, слоя первых однонаправленных волокон в целом из немеханически связанных первых однонаправленных волокон, для образования первой плоскости. Смолистый материал вынуждает волокна из множества вторых однонаправленных волокон прилипать друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества вторых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества вторых однонаправленных волокон вдоль существенной части второй длины соседних вторых однонаправленных волокон, с образованием, тем самым, слоя вторых однонаправленных волокон в целом из немеханически связанных вторых однонаправленных волокон, для образования второй плоскости. Множество вторых однонаправленных волокон ориентировано так, что любая из вторых продольных осей во второй плоскости наклонена к любой из первых продольных осей в первой плоскости. Слой первых однонаправленных волокон и слой вторых однонаправленных волокон немеханически связаны.

[0008] Согласно еще одной особенности настоящего изобретения композитная система для армирования физических конструкций выполнена в виде слоя первых однонаправленных волокон, содержащего множество немеханически соединенных первых однонаправленных волокон, каждое из которых имеет первую продольную ось и первую длину. Волокна из множества первых однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие первые продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль по существу всей первой длины каждого первого однонаправленного волокна. Множество первых однонаправленных волокон выполнено из электрически и/или теплопроводящих материалов. Волокна из множества первых однонаправленных волокон приклеены друг к другу посредством смолистого материала таким образом, что каждое волокно из множества первых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества первых однонаправленных волокон вдоль по существу всей первой длины соседнего первого однонаправленного волокна. Слой вторых изолирующих волокон приклеен к слою первых однонаправленных волокон посредством этого смолистого материала и/или другого смолистого материала. Слой вторых изолирующих волокон отделяет электропроводящий и/или теплопроводящий материал(ы) в слое первых однонаправленных волокон от непосредственного контакта с электропроводящей и/или теплопроводящей физической конструкцией, армируемой композитной системой.

[0009] Дополнительные особенности настоящего изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники из детального описания различных вариантов реализации, выполненных со ссылками на чертежи, краткое описание которых приведено ниже.

Краткое описание чертежей

[0010] На фиг. 1А-1С показано нанесение композитной системы однонаправленных волокон для упрочения взятой в качестве примера физической конструкции согласно с особенностями настоящего изобретения.

[0011] На фиг. 2 показана взятая в качестве примера многослойная композитная система однонаправленных волокон для упрочения физических конструкций согласно с особенностями настоящего изобретения.

[0012] На фиг. 3А-3Е показано нанесение многослойной композитной системы для упрочения физической конструкции, которая содержит комбинацию слоя однонаправленных волокон и/или слоя неоднонаправленных волокон согласно с особенностями настоящего изобретения.

[0013] На фиг. 4 показаны взятые в качестве примера способ и система для выполнения композитной системы, содержащей множество однонаправленных волокон и смолистый материал для приклеивания волокон из множества однонаправленных волокон друг к другу согласно с особенностями настоящего изобретения.

[0014] Хотя настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты реализации показаны в качестве примера на чертежах и будут подробно описаны здесь. Однако, следует понимать, что настоящее изобретение не предназначено быть ограниченным определенными раскрытыми формами. Скорее настоящее изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие сути и объему изобретения, определенным в прилагаемых пунктах формулы изобретения.

Осуществление изобретения

[0015] Хотя настоящее изобретение допускает реализацию во многих различных формах, предпочтительные варианты реализации изобретения показаны на чертежах и будут здесь подробно описаны с пониманием того, что настоящее раскрытие должно быть рассмотрено как пример принципов изобретения и не предназначено для ограничения широкого аспекта изобретения показанными вариантам реализации. Для целей настоящего детального описания единственное число означает и множественное число и наоборот (если определенно не указано иное); слово "или" должно иметь и соединительный и разъединительный смысл; слово "все" означает "любой и все"; слово "любой" означает "любой и все"; и слово "включая" означает "включая без ограничения."

[0016] Обратимся теперь к фиг. 1А-1С, на которых показана взятая в качестве примера особенность композитной системы однонаправленных волокон для упрочения физической конструкции 130, которая в этом случае показана в виде композитной системы однонаправленных волокон, наносимой вокруг наружной поверхности 133 металлической трубы. Композитная система однонаправленных волокон содержит множество однонаправленных волокон, таких как однонаправленные волокна 112а-112n, каждое из которых имеет продольную ось и длину, и которые в случае фиг. 1А-1С расположены параллельно длинной или продольной оси 114 композитной системы 110 однонаправленных волокон. Волокна 112а-112n из множества однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что их соответствующие продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль существенной части длины каждого однонаправленного волокна.

[0017] Волокна из множества однонаправленных волокон немеханически связаны посредством использования смолистого материала, который приклеивает волокна из множества однонаправленных волокон друг к другу. Например, согласно определенным особенностям настоящего изобретения, смолистый материал вызывает или обеспечивает начальный уровень клейкости между однонаправленными волокнами, например, посредством высокой вязкости смолы, что первоначально обеспечивает определенную механическую целостность при нахождении смолы в незатвердевшем состоянии, но при отверждении смолы она переходит в твердую матрицу после завершения отверждения, так что имеет место по существу немеханическое соединение (например, отсутствует непосредственное механическое соединение) между однонаправленными волокнами, а вместо этого матрица отвержденной смолы удерживает или связывает вместе однонаправленные волокна. Согласно других особенностей изобретения, например, при использовании определенных эпоксидных смол, однонаправленные волокна могут, по большей части, быть удержаны или связаны друг с другом посредством твердой или полуотвержденной матрицы смолы еще до полного отверждения смолы. Каждое волокно (или почти все) из множества однонаправленных волокон приклеено к соседнему волокну из множества однонаправленных волокон вдоль существенной части длины соседнего однонаправленного волокна. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения волокна из множества однонаправленных волокон композитной системы в целом параллельны друг к другу и имеет место неотвержденный смолистый материал, склеивающий их вместе. Волокна 112а-112n из множества однонаправленных волокон могут быть размещены таким образом, что волокна расположены на удаляемой пластмассовой пленке 120 аппликатора (например, приклеенные посредством клейкости высоковязкой смолы в неотвержденном состоянии), что может содействовать производству, хранению и нанесению смолистой композитной системы однонаправленных волокон. Например, неиспользованная композитная система однонаправленных волокон может быть сохраняема в виде скатанного комплекта 140, который может быть развернут в виде однонаправленных волокон, склеенных смолистым материалом, на физическую конструкцию (например, на системы для хранения, трубопроводы и системы транспортирования или несущие нагрузку конструкции, такие как колонны или балки, металлические каркасы, бетонные конструкции), и пленка 120 аппликатора может быть отделена от однонаправленных волокон 112а-112n.

[0018] На фиг. 1В, после начального развертывания скатанного комплекта 140, в котором пропитанные смолой однонаправленные волокна 112а-112n расположены на пленке 120 аппликатора, неотвержденные пропитанные смолой однонаправленные волокна 112а-112n затем наносят на физическую конструкцию 130 (например, металлическую трубу). Пластмассовая пленка 120 аппликатора может быть выполнена в виде удаляемой пленки, частичное удаление которой, как показано на фиг. 1В и 1С, происходит по мере обматывания пропитанных смолой однонаправленных волокон 112а-112n композитной системы 110 вокруг конструкции. Склеенные однонаправленные волокна 112а-112n затем продолжают обматывание, как показано на фиг. 1С.

[0019] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения лишь один слой склеенных однонаправленных волокон может быть нанесен на конструкцию. Согласно другой особенности настоящего изобретения множество в целом перекрываемых слоев склеенных однонаправленных волокон может быть нанесено лишь с одного непрерывного рулона или с множества рулонов композитных систем однонаправленных волокон. Например, с того же самого непрерывного рулона, который использован на фиг. 1С, слой 110а первых склеенных пропитанных смолой однонаправленных волокон перекрыт вторым слоем 110b, 110с, также нанесенным с того же самого непрерывного рулона. Композитная система однонаправленных волокон может также быть обмотана вокруг конструкции посредством использования частично сдвинутых перекрытых слоев. Нанесение композитной системы на конструкцию и тип композитной системы будут разными в зависимости от нужных свойств и степени конструкционного ремонта или армирования.

[0020] Согласно определенных необходимых особенностей композитной системы однонаправленных волокон эти однонаправленные волокна немеханически связаны, так что нет никакого непосредственного механического соединения между соседними волокнами. Например, слои могут быть склеены посредством пропитывания однонаправленных волокон смолистым материалом, таким как полиуретан или эпоксидная смола. Смолистый материал, используемый для склеивания множества в целом параллельных однонаправленных волокон, может также быть использован для приклеивания или прикрепления иным способом композитной системы однонаправленных волокон к физической конструкции при ее ремонте или армировании. Посредством склеивания однонаправленных волокон вместе таким образом, что они в целом параллельны друг к другу, максимизирована единственность ориентации однонаправленных волокон друг относительно друга, что обеспечивает возможность в целом прямолинейной ориентации склеенных однонаправленных волокон в композитной системе.

[0021] Одна выгодная особенность поддержания прямолинейной ориентации волокон в композитной системе состоит в том, что свойства растяжения множества однонаправленных волокон максимизированы посредством минимизации образования петель, изгиба или иного ослабления их прочности при растяжении. Поддержание в целом прямолинейной ориентации также дает преимущество уменьшения толщины композитной системы для армирования физической конструкции. Например, каждый слой армирования, намотанный поверх или вокруг заданного поперечного сечения армируемой конструкции (например, трубы или колонны), в минимальной степени увеличивает поперечный размер конструкции. Это увеличение поперечного сечения для ремонта или армирования в целом происходит вследствие увеличения диаметра (например, для круглой трубы или колонны), вызванного однонаправленными волокнами или слоями однонаправленных волокон, используемых в композитной системе. Таким образом, необходимая особенность, связанная с композитной системой, в которой жесткость при растяжении и прочностные свойства волокон могут быть максимизированы, состоит в том, что уменьшено количество волокон, необходимых для получения нужных характеристик армирования.

[0022] Определенные неограничивающие примеры однонаправленных волокон, которые могут быть использованы для композитной системы однонаправленных волокон, включают углеродные волокна (например, на основе полиакрилонитрила и пека), стеклянные волокна (например, стекловолокно), базальтовые волокна, арамидные волокна, металлические волокна или любые их комбинации.

[0023] Определенный неограничивающий пример смол, используемых для склеивания соседних однонаправленных волокон и склеивания перекрывающих слоев однонаправленных волокон, включает полиуретан, полимочевину, эпоксидную смолу, полиимид, полиоксазолидоны, силаны, смолы композитных виниловых эфиров и/или любые однокомпонентные, двухкомпонентные или многокомпонентные системы смол. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения необходимо первоначальное нахождение смол в неотвержденном или частично отвержденном состоянии до нанесения композитной системы на конструкцию, предназначенную для армирования. Затем смола может быть выполнена с возможностью последующего отверждения в твердое или полутвердое состояние после нанесения композитной системы на конструкцию. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолы содержат полиуретановый материал, имеющий алифатический форполимер. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолы содержат алифатический форполимер эфира изоциановой кислоты. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолы могут содержат полиуретановый материал, имеющий форполимер эфира изоциановой кислоты. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолы (например, смола с алифатическим изоциановым форполимером) содержат полиуретановый материал, химически выполненный с возможностью активизации и закалки после удаления из в целом инертной окружающей среды и воздействия влажного воздуха, воздуха со взвешенными частицами воды, или окружающей среды, которая иным образом обеспечивает влажность для активизации смолы.

[0024] Другие неограничивающие взятые в качестве примера особенности смол, рассмотренных для композитной системы однонаправленных волокон, включают смолы, описанные в патенте США №4 519 856, опубликованном 28 мая 1985 г. под названием "Структурная система ткань-смола"; патенте США №5 030 493, опубликованном 9 июля 1991 г. под названием "Высокопрочная структурная система ткань-смола"; патенте США №8 522 827, опубликованном 3 сентября 2013 г. под названием "Защитное уплотнение для агрегата трубопровода"; публикации заявки на патент США №2010/0237606, опубликованной 23 сентября 2010 г. под названием "Концевое уплотнение для трубопровода"; публикации заявки на патент США №2012/0001393, опубликованной 5 января 2012 г. под названием "Деформируемый композитный штепсель"; публикации заявки на патент США №2012/156378, опубликованной 21 июня 2012 г. под названием "Системы, способы и устройство для нанесения композитов из текучих сред на листы носителя"; и публикации заявки на патент США №2013/0160926, опубликованной 27 июня 2013 г. под названием "Системы, способы и устройство для армирования компонентов систем из текучих сред посредством использования композитов, отверждаемых излучением"; содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылок.

[0025] Другие неограничивающие особенности смол, рассматриваемых для композитных систем однонаправленных волокон, включают смолы, внедряемые в пропитываемые смолой продукты, производимые и продаваемые компанией Neptune Research, Inc. Ривьера-Бич, Флорида, США (прежде расположенной в Лейк-Парк, Флорида, США), включая сами смолы и/или смолы в пропитанных смолой продуктах, доступных под фирменными названиями SYNTHO-GLASS®, SYNTHO-GLASS® NP, SYNTHO-GLASS® 24, SYNTHO-GLASS XT®, VIPER-SKIN®, TITAN® 118, TITAN® 218, TRANS-WRAP™, TITAN® SATURANT EPOXY, THERMO-WRAP™, THERMO-WRAP™ CF, SOLAR-WRAP™ и SYNTHO-POXY™ HC.

[0026] Композитная система однонаправленных волокон с неотвержденными смолами может быть запасена или упакована как часть ремонтного комплекта во влагостойком и уплотненном мешочке. Этот комплект для композитной системы может иметь широкий диапазон температур хранения, который будут в целом определен типом смолы, используемой для склеивания однонаправленных волокон, и температурный интервал, сохраняющий смолу в ее неотвержденном состоянии до использования для ремонта или армирования.

[0027] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения полагают, что объемное отношение смолы к однонаправленным волокнам попадает в диапазон от примерно 80:20 до 20:80. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения объемное отношение смолы к волокнам составляет от примерно 60:40 до 20:80. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения ширина композитной системы (например, вся ширина ленты волокон, показанной на фиг. 1В от волокна 112а до волокна 112n), может составлять от примерно дюйма до примерно 24 дюймов (от примерно 1 см до примерно 60 см), причем ширина различна в зависимости от приложения. Для композитных систем, основанных на однонаправленных углеродных волокнах, модуль упругости композитной системы может составлять от примерно 12 до примерно 150 мегафунтов на квадратный дюйм (от примерно 82 ГПа до примерно 1034 ГПа). Для композитных систем, основанных на однонаправленном стекловолокне, модуль упругости композитной системы может составлять от примерно 5 мегафунтов на квадратный дюйм до примерно 13 мегафунтов на квадратный дюйм (от примерно 34 ГПа до примерно 90 ГПа).

[0028] Один слой композитной системы 110 однонаправленных волокон должен иметь толщину, определяемую, прежде всего, толщиной волокна и, во-вторых, типом смолы. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения композитная система однонаправленных волокон может иметь толщину меньше примерно 1/16 дюйма (меньше примерно 2 мм). Согласно определенным особенностям настоящего изобретения композитная система однонаправленных волокон имеет толщину, меньше или равную примерно 100 милам (меньше или равную примерно 2,5 мм), меньше или равную примерно 50 милам (меньше или равную примерно 1,3 мм), меньше или равную примерно 25 милам (меньше или равную примерно 0,6 мм), меньше или равную примерно 15 милам (меньше или равную примерно 0,4 мм), меньше или равную примерно 10 милам (меньше или равную примерно 0,3 мм), меньше или равную примерно 5 милам (меньше или равную примерно 0,1 мм), в диапазоне от примерно 50 до 100 милов (от примерно 1,3 до 2,5 мм), в диапазоне от примерно 25 до 50 милов (от примерно 0,6 до 1,3 мм), в диапазоне от примерно 10 до 25 милов (от примерно 0,3 до 0,6 мм) и/или в диапазоне от примерно 5 до 10 милов (от примерно 0,1 до 0,3 мм).

[0029] Как показано определенными нужными значениями толщины и прочности композитной системы однонаправленных волокон, такие системы представляют собой систему армирования с высокой жесткостью и высокой прочностью, которая минимизирует увеличение толщины армированной или отремонтированной конструкции даже для приложений, где множество слоев композитных однонаправленных волокон наносят на армируемую или ремонтируемую часть конструкции.

[0030] Различные типы конструкций и конфигураций, на которые может быть нанесена описанная композитная система, включают стальные колонны (например, фланец, полая труба, полый квадрат, полые прямоугольные поперечные сечения); бетонные колонны (например, с круговым, овальным, квадратным, прямоугольным поперечным сечением); бетонные или стальные балки; другие несущие нагрузку конструкции, выполненные из стали, древесины или бетона; трубы; трубопроводы; резервуары для хранения; другие конструкции для хранения; бетонные стены; и/или бетонные плиты. Бетонные конструкции могут представлять собой армированные или неармированные бетонные конструкции. Композитная система однонаправленных волокон может быть нанесена или на внутренность конструкции (например, внутри трубы трубопровода) или внешним образом (например, на внешнюю часть трубы, приклеена к внешней поверхности бетонной конструкции, приклеена к фланцу стальной колонны).

[0031] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолы, предназначенные для композитной системы однонаправленных волокон, отверждают под воздействием воды или на воздухе. Кроме того, полагают, что согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолы способны отвердевать при температурах выше 400 градусов по Фаренгейту или ниже 50 градусов по Фаренгейту. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолы для описанной композитной системы могут быть отверждаемы под воздействием влажности, отверждаемы под воздействием водного раствора, отверждаемы под воздействием света (например, отверждаемы под воздействием ультрафиолетового излучения), отверждаемы под воздействием пучка электронов или отверждаемы под воздействием теплоты (например, термоотверждаемый пластик).

[0032] В одном взятом в качестве примера варианте реализации настоящего изобретения композитная система однонаправленных волокон выполнена с углеродными волокнами, расположенными таким образом, что углеродные волокна в целом параллельны друг к другу до нанесения смолистого материала на волокна. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения отдельные углеродные волокна имеют диаметр, составляющий примерно от 0,0001 дюйма до 0,005 дюйма (примерно от 2,5 микрометров до 127 микрометров). Согласно определенным особенностям настоящего изобретения отдельные углеродные волокна имеют диаметр, составляющий примерно от 0,0002 дюйма до 0,0004 дюйма (примерно от 5 микрометров до примерно 254 микрометров). Также предложены другие волокна с другими диаметрами. Например, согласно определенным особенностям настоящего изобретения композитная система однонаправленных волокон выполнена из стеклянных волокон (например, стекловолокна), расположенных таким образом, что стеклянные волокна в целом параллельны друг к другу до нанесения смолистого материала на волокна. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения отдельное стеклянное волокно может обладать величиной диаметра примерно от 0,0002 дюйма до 0,001 дюйма (примерно от 5 микрометров до 25 микрометров). Согласно определенным особенностям настоящего изобретения композитная система однонаправленных волокон выполнена из базальтовых волокон, расположенных таким образом, что базальтовые волокна в целом параллельны друг к другу до нанесения смолистого материала на волокна. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения отдельное базальтовое волокно может обладать величиной диаметра примерно от 0,0002 дюйма до 0,001 дюйма (примерно от 5 микрометров до 25 микрометров). До выполнения неотвержденной композитной системы однонаправленных волокон и нанесения смолистого материала однонаправленные волокна могут быть хранимы на подающих катушках, с которых однонаправленные волокна должны быть вытянуты таким образом, что слои в целом параллельны друг к другу во время выполнения описанных композитных систем (см. фиг. 4).

[0033] Обратимся теперь к фиг. 2, на которой показана взятая в качестве примера многослойная композитная система 200 однонаправленных волокон, предназначенная для армирования физических конструкций. Система содержит множество слоев (например, 210, 220, 230, 240) однонаправленных волокон, приклеенных друг к другу (например, связанных слоем смолы), с волокнами в каждом слое однонаправленных волокон, ориентированными под различными углами к волокнам в соседнем слое. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения волокна между соседними слоями ориентированы примерно в одном и том же направлении (не показано). В отличие от тканого полотна, содержащего переплетенные волокна под различными углами друг к другу, каждый из отдельных слоев (например, 210, 220, 230, 240) однонаправленных волокон на фиг. 2 представляет собой выраженный слой, немеханически связанный с другими слоями (например, без какого-либо переплетения или непосредственной связи между волокнами выраженных слоев). Согласно определенным особенностям настоящего изобретения смолистые материалы, такие как описаны здесь в другом месте, использованы для склеивания или связи слоев (например, 210, 220, 230, 240) однонаправленных волокон друг с другом.

[0034] Каждый из слоев (например, 210, 220, 230, 240) однонаправленных волокон многослойной композитной системы 200 однонаправленных волокон может быть спрессован вместе или иначе ламинирован или склеен, например, посредством того же самого или аналогичных смолистых материалов, которые склеивают отдельные слои вместе для соответствующих выраженных слоев (например, 210, 220, 230, 240) однонаправленных волокон. Как показано на фиг. 2, отдельные волокна (например, 212, 222, 232, 242) из каждого соответствующего слоя (например, 210, 220, 230, 240) наклонены к волокнам в слое однонаправленных волокон, расположенном непосредственно выше или ниже. Хотя угол скоса выполнен разным в зависимости от приложения армирования, для иллюстративных целей отдельные волокна между соседними слоями наклонены примерно на 45 градусов относительно волокон в соседнем слое. Для поддержания индивидуальной прочности, которой каждый слой обладает вдоль направления, параллельного каждому слою соответствующих однонаправленных волокон, поверхность раздела (например, 215, 225, 235) между каждым из соседних слоев (например, 210, 220, 230, 240) обеспечивает, что каждый из слоев примыкает друг к другу, но никаких мер не предпринято для механического соединения соседних слоев, так что не имеет место какое-либо образование петель или другое ослабление однонаправленных волокон. Как обсуждено выше, для поддержания немеханической природы соединения между соседними слоями (например, 210, 220, 230, 240) они могут быть ламинированы вместе или иным образом склеены посредством смолистого материала. Например, соседние слои могут быть насыщены смолой и наложены друг на друга при неотвержденной смоле(-ах). Согласно определенным особенностям настоящего изобретения слой(-и) могут затем быть уплотнены посредством роликов, которые оказывают давление на слой во время стадии нанесения для удаления любых воздушных пустот на поверхности раздела. Полагают, что дополнительная смола(-ы) может или не может быть нанесена для соединения соседних слоев, что зависит, например, от уровня насыщения отдельных слоев волокон.

[0035] Обратимся теперь к фиг. 3А-3Е, на которых показано нанесение многослойной композитной системы для армирования физической конструкции, которая содержит комбинацию слоев однонаправленных волокон и неоднонаправленных волокон. Комбинация слоев однонаправленных волокон и неоднонаправленных волокон в композитной системе для армирования может быть необходимой в различных приложениях, например, там, где предпочтительны электрически непроводящие или теплоизолирующие слои. Например, армируемая физическая конструкция (например, 330) может быть проводящей металлической трубой или трубопроводом, и необходимо отделить слой армирования из склеенных смолой однонаправленных углеродных волокон от армируемой металлической трубы. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения слой однонаправленных волокон может содержать непроводящие волокна (например, стеклянные волокна, базальтовые волокна, арамидные волокна), электропроводящие и/или теплопроводящие волокна (например, металлополимерные волокна, углеродные волокна) или их комбинации.

[0036] Аналогично описанным выше композитным системам из однонаправленных волокон слой однонаправленных волокон может содержать однонаправленные волокна, размещенные рядом друг с другом и в целом параллельные друг к другу. Отдельные однонаправленные волокна могут быть приклеены друг к другу смолой, то есть отдельные волокна в целом немеханически связаны друг с другом, а скорее связаны или склеены посредством матрицы смолы, которая удерживает или связывает вместе однонаправленные волокна. Поддержание немеханического соединения или по меньшей мере минимизация механических взаимодействий (например, непосредственных механических взаимодействий) между отдельными однонаправленными волокнами могут быть желательны таким образом, чтобы свойства растяжения однонаправленных волокон не были подвержены риску и было сведено к минимуму любое потенциальное уменьшение прочности при растяжении однонаправленного волокна. Свойства растяжения однонаправленных волокон могут быть подвержены риску вследствие образования петель, изгиба или других эффектов ослабления, которые могут иметь место вследствие соединений механического типа между соседними однонаправленными волокнами.

[0037] Хотя определенные особенности композитных систем могут включать слой(-и) однонаправленных волокон, приклеенных друг к другу или используемого в одиночку для армирования физической конструкции, полагают, что согласно определенным особенностям настоящего изобретения слой однонаправленных волокон (например, слой 370 на фиг. 3С-3Е), может быть приклеен смолистым материалом к слою неоднонаправленных волокон (например, слою волокон, содержащих тканые волокна или войлочные волокна), такие как слой 360 на фиг. 3В-3Е). Это может быть необходимо для определенных приложений композитных систем, включая ремонт или армирование физических конструкций, выполненных электропроводящими и/или теплопроводящими (например, металлические трубы; теплопроводящие транспортные средства). При таком ремонте или армировании могут иметь место дополнительные критерии для подходящего армирования, где нанесение слоя однонаправленных волокон при использовании проводящих волокон (например, металлических волокон, углеродных волокон), или электропроводящих или теплопроводящих, необходимо, но предназначенный для армирования слой однонаправленных волокон предпочтительно изолирован от ремонтируемой или армируемой проводящей физической конструкции. В таких ситуация необходимо иметь многослойную композитную систему, обернутую вокруг или иначе нанесенную на ремонтируемую или армируемую физическую конструкцию (например, на трубу). Композитная система может содержать проводящий слой однонаправленных волокон (например, слой 370), отделенный от электропроводящей и/или теплопроводящей физической конструкции (например, 330) посредством одного или большего количества изолирующих слоев (например, слоя стекловолокна или аналогичного непроводящего слоя 360).

[0038] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения изолирующий слой (например, слой 360) может содержать однонаправленные волокна. Однако, также рассматривают и другие типы слоев волокон, например, изолирующий слой тканых волокон, слои других типов нетканых волокон, слои волокон войлока, или слои волокон, содержащих комбинации тканых, нетканых и войлочных волокон. Материалы волокон для электроизолирующего и/или теплоизолирующего слоя могут включать, не ограничиваясь этим, стеклянное волокно (например, стекловолокно), базальтовые волокна, арамидные волокна, волокна синтетического параарамида или их комбинации. Проводящий слой однонаправленных волокон, при его размещении или оборачивании вокруг изолирующего слоя, предпочтительно приклеивает к изолирующему слою посредством смолистого материала, а не посредством механического соединения. Использование смолы для склеивания различных слоев может быть необходимым для поддержания целостности и сведения к минимуму любой опасности для свойств растяжения слоя однонаправленных волокон.

[0039] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения изолирующий слой может непосредственно отделять проводящий слой однонаправленных волокон от проводящей армируемой конструкции. Также полагают, что дополнительный третий слой материала может быть размещен между изолирующим слоем и проводящей конструкцией. Согласно взятой в качестве примера особенности проводящей конструкции (например, металлической трубы) многослойная композитная система может содержать три слоя, скомбинированных в одну обертку. Первый или верхний слой представляет собой проводящий слой однонаправленных волокон, причем его нижняя сторона приклеена к верхней стороне изолирующего второго слоя. Третий, или самый нижний, слой может содержать клей, слой грунтовки, изолирующее покрытие, гелевый материал и/или другое покрытие, контактирующее с нижней стороной изолирующего второго слоя (то есть, со стороной, не приклеенной к слою однонаправленных волокон). Трехслойная композитная система может затем быть нанесена на проводящую конструкцию, которая представляет собой объект ремонта или армирования. Третий, или самый нижний, слой многослойной композитной системы размещен в непосредственном контакте с проводящей конструкцией после нанесения композитной системы на конструкцию. Обмотка композитной системы поэтому будет содержать изолирующий слой, расположенный в непосредственном контакте с третьим слоем, и слой однонаправленных волокон, расположенный в непосредственном контакте с изолирующим слоем таким образом, что изолирующий слой разделяет слой однонаправленных волокон и третий слой.

[0040] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения композитная система для армирования содержит внешний слой однонаправленных волокон (например, склеенные смолой однонаправленные углеродные волокна или другие склеенные смолой проводящие волокна) и изолирующий слой ниже наружного слоя (например, стекловолоконный слой, выполненный из однонаправленных, тканых или войлочных волокон, склеенных смолой), который размещен на (например, обернут) армируемой физической конструкции. Дополнительный слой грунтовки или липкий слой, который может или не может быть другим слоем изолирующего типа, может быть размещен между физической конструкцией и изолирующим слоем непосредственно ниже наружного слоя. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения третий слой выполнен в виде непроводящего слоя, который не проводит теплоту и/или электричество или сопротивляется их прохождению. Между каждым из слоев (например, внешним слоем армирования выше изолирующего слоя) нанесена только смола или она присутствует посредством приклеивающих смол для отдельных слоев таким образом, что каждый из соответствующих слоев немеханически связан друг с другом, так что прочность однонаправленных волокон не уменьшена вследствие образования петель или другого ослабления волокон. Также полагают, что согласно определенным особенностям настоящего изобретения изолирующий слой ниже наружного слоя может быть предварительно пропитан смолой, или он может быть пропитан смолой в полевых условиях.

[0041] На фиг. 3А показан пример нанесения слоя 350 грунтовки (или согласно определенным особенностям настоящего изобретения изолирующего слоя грунтовки, изоляционного покрытия или изоляционного геля) на наружную поверхность 333 физической конструкции 330. Слой 350 грунтовки может быть нанесен или распределен посредством щетки 340 или другого типа устройства нанесения для жидких или полужидких материалов. После нанесения слоя 350 грунтовки (на фиг. 3В), изолирующий слой 360, например, пропитанный смолой стекловолоконный слой или слой, который иным способом содержит изолирующие волокна и/или смолы, нанесен поверх слоя 350 грунтовки и, таким образом, нанесен на армируемую или ремонтируемую физическую конструкцию 330. Изолирующий слой 360 может быть частью свернутого комплекта 365, содержащего удаляемый аппликатор термопластической пленки. После полного нанесения изолирующего слоя на физическую конструкцию 330 поверх дополнительного слоя грунтовки, пропитанный смолой слой 370 однонаправленных волокон наносят на изолирующий слой 360. Аналогично изолирующему слою, пропитанный смолой слой 370 однонаправленных волокон может быть частью свернутого комплекта 375, который содержит удаляемый аппликатор термопластической пленки. При наличии лишь смолы, разделяющей изолирующий слой 360 и внешний пропитанный смолой слой 370 однонаправленных волокон, внешний слой 370 обернут или иначе нанесен для армирования физической конструкции 330.

[0042] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения слой 350 может не быть нанесен в определенной области (например, посредством кисти) на физической конструкции, а скорее может быть частью многослойного композита. Например, слой 350 может содержать гелевый материал, представляющий собой часть скрученной, неотвержденной композитной системы, в которой гель предварительно приклеен или предварительно нанесен на изолирующий слой 360 как часть выполнения свернутого комплекта 365.

[0043] На фиг. 3D показана одна взятая в качестве примера особенность законченной многослойной композитной системы, содержащей внешний пропитанный смолой слой 370 однонаправленных волокон, который армирует физическую конструкцию 330. Хотя верхний слой 370 однонаправленных волокон может быть показан проходящим вблизи или поверх нижележащих слов, также предположено, что любые проводящие слои, например, армируемая металлическая труба и слой армирования, содержащий проводящие материалы (например, однонаправленные углеродные волокна, однонаправленные металлические волокна), будут полностью разделены промежуточным изолирующим слоем (например, слоем 360) без какой-либо непосредственной связи двух проводящих слоев. Внешний слой однонаправленных волокон, показанный на фиг. 3D, содержит множество в целом параллельных волокон 372а-372n, которые склеены смолой, заполняющей промежутки 374 между отдельными волокнами. Точно так же поверхности 354, 364 раздела также содержат смолы, так для что имеет место немеханическое соединение между соседними слоями, в частности, между слоями однонаправленных волокон и любыми соседними слоями. На фиг. 3Е показан разобранный вид всех слоев, нанесенных на физическую конструкцию 330 по фиг. 3A-3D, включая дополнительный слой 350 грунтовки, изолирующий слой 360 и внешний слой 370 однонаправленных волокон.

[0044] Полагают, что отдельные слои многослойной композитной системы (например, см. фиг. 2 и 3А-3Е) предварительно склеены друг с другом таким образом, что при нанесении композитной системы на конструкцию это нанесение эффективно выполняет однократное нанесение многослойной системы. Например, вместо отдельного нанесения каждого отдельного слоя многослойной системы на ремонтируемую физическую конструкцию каждый слой многослойной композитной системы уже предварительно склеен так, что лишь одну обмотку наносят на конструкцию. Одна обмотка содержит все склеенные слои композитной системы.

[0045] На фиг. 4 показаны взятые в качестве примера способ и система выполнения неотвержденной композитной системы (например, свернутого комплекта), которая содержит множество однонаправленных волокон и смолистый материал для приклеивания множества однонаправленных волокон друг к другу. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения однонаправленные волокна (например, 415a-415f) хранятся на одной или большем количестве катушек 410. Однонаправленные волокна на отдельных катушках могут быть одиночными волокнами, или, скорее, группой волокон, вытянутыми из соответствующей катушки(-ек). Вытянутые волокна затем выравнивают так, что волокна из множества однонаправленных волокон в целом (например, почти или как правило) параллельны друг к другу, поскольку волокна выравнивают на ролике 420 для образования тонкого слоя (например, с толщиной, равной диаметру одного волокна; с толщиной, не превышающей несколько диаметров волокна; с толщиной, меньшей десяти диаметров волокна) соседних однонаправленных волокон (например, 415a-415f).

[0046] Тонкий слой соседних, в целом параллельных, однонаправленных волокон затем последовательно перемещают через ролики 422а-422с, которые представляют собой частью бассейна 450 нанесения смолы. Бассейн 450 нанесения смолы может иметь шланг 454 подачи смолы для разгрузки смолы 452 в бассейн 450. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения бассейн 450 нанесения смолы может также быть выполнен с возможностью нагрева смолы для лучшего пропитывания волокон, что понижает вязкость смолы. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения соседние однонаправленные волокна 415a-415f сначала подвергают воздействию смолы или пропитывают смолой 452 в первой точке 423а воздействия и затем снова во второй точке 423с воздействия. Происходит равномерное нанесение смолы на в целом параллельные волокна таким образом, что непосредственно соседствующие однонаправленные волокна приклеены друг к другу. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения в целом параллельно вытянутые однонаправленные волокна могут быть погружены в смолистый материал для нанесения смолы. Смолистый материал может также быть нанесен другими способами (например, посредством распыления, инжекции, механического распределения) таким образом, что смола равномерно нанесена по всей ширине вытянутых волокон таким образом, что все соседние волокна малого диаметра могут быть приклеены друг к другу. Рассматривают также другие сопоставимые особенности относительно нанесения или пропитки соседних однонаправленных волокон.

[0047] Во время производства однонаправленные волокна (например, 415a-415f) удерживают на месте механически посредством направляющих и роликов, как показано на фиг. 4. При выходе соседних однонаправленных волокон из бассейна 450 каждое волокно (например, 415a-415f) покрыто смолой 464, 466, как показано в окне 460. Смоляное покрытие может быть более толстым покрытием, чем нужно для окончательно выполненного неотвержденного комплекта композита из однонаправленных волокон. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения толстое смоляное покрытие 464, 466 можно уменьшить в точке 424с, пропуская покрытые смолой соседние однонаправленные волокна через ролики 424а, 424b для сжатия или удаления любой избыточной смолы, не нужной для конечного продукта. В окне 470 показана особенность взятого в качестве примера волокна (например, 415а) после уменьшения смоляного покрытия 474, 476.

[0048] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения после нанесения смолистого материала 452 на в целом параллельные однонаправленные волокна (например, 415a-415f), процесс выполнения переходит на приклеивание образованного слоя однонаправленных волокон (см. взятый в качестве примера слой, показанный в окне 470) к временной пленке 480 из пластмассы, используемой для хранения композитной системы. Аппликатор 480 пленки из пластмассы может быть сохранен на рулоне 430 и образованный слой однонаправленных волокон может быть нанесен на пленку в неотвержденном состоянии посредством ролика 426, хотя предложены и другие способы нанесения слоя и пленки. Поперечное сечение одного волокна в образованном слое склеенных однонаправленных волокон показано в окне 490. Слой содержит однонаправленное волокно (например, 415а), имеющее нижнее смоляное покрытие 474 и верхнее смоляное покрытие 476, которое присоединяет или приклеивает пропитанный смолой слой к аппликатору 480 пленки из пластмассы. Согласно определенным особенностям настоящего изобретения после прохождения образованного слоя неотвержденного композита однонаправленных волокон через дополнительные направляющие и/или ролики (например, 428), произведенный продукт может быть скручен и сохранен на рулоне 440 в его неотвержденном состоянии для последующей обработки, основанной на коммерческих потребностях, или пока композитная система не будет готова для развертывания и нанесения для армирования или ремонта физической конструкции.

[0049] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения системы и способы, показанные на фиг. 4, могут быть модифицированы. Например, могут быть использованы способы непосредственного пропитывания, где смолу непосредственно наносят на однонаправленные волокна (например, 415a-415f) между двумя роликами, размещенными после ролика 420. Также полагают, что смола может быть нанесена на полимерную или бумажную ленту, которая затем переносит смолу на однонаправленные слои (например, 415а-415f), а не через бассейн 450 для нанесения смолы. Также рассматривают другие конфигурации роликов, показанных на фиг. 4, которые достигают подобной цели нанесения смолы на однонаправленные слои.

[0050] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения ролик 428 по фиг. 4 может содержать защитную пленку для минимизации приставания смолы к ролику. Также полагают, что рулон, аналогичный рулону 430, может хранить полимерный лист, вставляемый между пропитанными смолой однонаправленными волокнами после ролика 426 и перед роликом 428. Полимерный лист может затем быть отсоединен другим роликом (не показан) после ролика 428, но до того, как пропитанные смолой однонаправленные волокна будут запасены или намотаны на рулон 440.

[0051] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения желательно, чтобы нескольких выраженных слоев однонаправленных волокон были приклеены друг к другу для образования композитной системы, подобной той, что показана и описана по фиг. 2 и 3А-3Е и в другом месте здесь. Такие композитные системы могут иметь один или большее количество удлиненных и/или непрерывных слоев, образованных аналогично процессу, показанному на фиг. 4. Дополнительный слой(-и) может быть образован посредством дополнительного слоя(-ев) однонаправленных волокон, приклеенного под углом к удлиненному слою(-ям).

[0052] Также рассмотрены аналогичные процессы, где несколько выраженных слоев приклеены друг к другу, включая слои однонаправленных и неоднонаправленных волокон. Например, аналогично процессам и системе по фиг. 4, слои волокон, уже насыщенные смолистым материалом, или однонаправленных или неоднонаправленных, могут быть размещены один поверх другого в ходе процесса. Например, пропитанный слой неоднонаправленных волокон может быть размещен поверх одного или поверх многих слоев однонаправленных волокон. Процесс пропитки неоднонаправленных волокон аналогичен процессу, описанному по фиг. 4, но без использования временной пленки из пластмассы, как пленка 480, или использования катушек 410. Отдельные слои затем размещены или уложены друг поверх друга или в ходе непрерывного процесса через ролик или в ходе непрерывного процесса приклеивания каждого отдельного слоя по одной длине за один раз.

[0053] Полагают, что согласно определенным особенностям настоящего изобретения композитная система может быть нанесена на физическую конструкцию, например, трубу или колонну, посредством использования системы типа пистолета с липкой лентой, в которой рулон композитной системы, как показано, например, на фиг. 1А, 3В и 3С, размещен в устройстве типа пистолета с липкой лентой, которое затем последовательно используют для нанесения композитной системы на конструкцию.

[0054] Описываемый здесь слой однонаправленных волокон композитной системы выполнен так, что большинство волокон идет только в одном направлении. Для определенных особенностей композитной системы уникально, что для каждого выраженного слоя однонаправленных волокон все однонаправленные волокна в слое идут в одном и том же направлении таким образом, что никакие вторичные волокна не идут в других направлениях (например, никакие вторичные волокна не использованы для удержания первичных волокон на месте), поскольку это может привести к уменьшению прочности при растяжении основных волокон. Например, другая композитная система часто может включать механическое соединение между волокнами, например, посредством тканой или вязаной ткани или нетканой ткани с запутанными волокнами. Другие механические соединения в известных системах включают плетеные ткани, ткани со скрученными волокнами или ткани штапельного типа (например, множество скрученных вместе волокон малого диаметра), прошивку, перекрестную прошивку или плетение. Согласно другим особенностям волокна были связаны посредством горячего расплавленного волокна, прошитого осесимметрично и нагретого для проплавления в слои для удержания их на месте. Напротив, описываемая теперь композитная система со множеством однонаправленных волокон удержана вместе или приклеена посредством клейкости и/или затвердевания смолы, нанесенной на множество волокон, без прошивки, плетения или прядения, которые создают механические соединения (например, фрикционное соединение и другие типы механического закрепления) между отдельными волокнами.

[0055] Смолы, предлагаемые для описанных здесь композитных систем, могут также включать алифатические или ароматические изоцианат-функционализированные соединения. Использование композиционных материалов, содержащих алифатические изоцианат-функционализированные смолы, которые предложены в настоящем раскрытии, обеспечивает многие необходимые преимущества по сравнению с ароматической смолой. Например, использование алифатических смол дает меньшую выработку газа в ходе процесса отверждения. Более определенно, алифатические изоцианат-функционализированные форполимеры низкопроцентного изоцианата (изоцианатной химической группы) будут вырабатывать меньше двуокиси углерода, чем форполимеры изоцианатной химической группы с более высоким процентным содержанием. Образование пустот или пузырей ставит под угрозу целостность композитов. Эффекты и проблемы, связанные с пустотами, детально рассмотрены например, в докторской диссертации Silvia Rueda "Отверждение, дефекты и механические характеристики армированных волокнами композитов," Universidad De Madrid, Escuela Superior de Ingenieros de Caminos, Canales у Puertos (2013) (198 стр.); Mohamed A. Suhot и др., "Влияние пустот на усталость при изгибе композитов из однонаправленных углеродных волокон" 16-ая международная конференция по композитным материалам (2007) (10 стр.); в докладе Lenoe, Edward М. "Влияние пустот на механические свойства композитов из графитных волокон волокна", подготовленном компанией AVCO Corporation и представленном Командованию систем вооружения ВВС флота США согласно контрактам № N00019-07-C-0242 (1970) (55 стр.), содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылок. Меньшие объем и скорость выработки двуокиси углерода во время отверждения приводят к меньшему количеству пустот в отвержденных смолах, что обеспечивает более подходящие механические свойства, такие как увеличенная прочность при использовании алифатической изоцианат-функционализированной смолы для системы армирования композита.

[0056] Процесс отверждения (иногда называемый "увлажнением") алифатических смол в целом занимает больше времени, чем ароматических смол. Более длинный период отверждения обеспечивает газам, выработанным во время процесса отверждения, возможность просачивания и выхода из смолы. Это приводит к меньшему количеству пустот в отвержденных смолах, что обеспечивает более подходящие механические свойства, такие как увеличенная прочность при использовании алифатической изоцианат-функционализированной смолы для системы армирования композита. В дополнение к более низкому уровню полной выработки двуокиси углерода любая двуокись углерода, выработанная алифатической изоцианат-функционализированной смолой, имеет пониженную скорость выработки. При уменьшении скорости выработки двуокиси углерода двуокись углерода может покидать отверждаемую смолу, диффундируя из системы вместо образования пузырей или пустот посредством зародышеобразования. Кроме того, использование алифатической изоцианат-функционализированной смолы в композитной системе для армирования физической конструкции, такой как конструкция для хранения, транспортная конструкция или несущая нагрузку конструкция, дополнительно минимизирует подъем ламината, что обеспечивает возможность в большей степени удовлетворительных механических свойств, таких как увеличенная прочность, посредством уменьшения пустот и натяжения, действующего на слои в пределах композитного материала или слоев нанесенного (например, обернутого) композитного материала. Кроме того, более длинный период отверждения и просачивание газов образуют меньше пены внутри отверждаемой смолы, уменьшая, таким образом, количество пустот в отвержденной смоле, предупреждая схлопывание пустот в отверждаемой и отвержденной смоле, и увеличивая прочность материала.

[0057] Более медленный процесс отверждения также обеспечивает необходимую особенность, состоящую в более быстром полном нанесении композитной системы армирования. Например, быстро отверждаемые смолы, такие как ароматические изоцианаты, могут приводить к образованию пены на поверхности отверждения, выдавливая композитную систему от армируемой поверхности и, возможно, приводя к образованию нежелательных пустот внутри системы армирования. Для уменьшения перемещения от поверхности, несколько слоев наносят на поверхность и затем сжимают в течение определенного периода времени, хотя смола частично отверждена перед нанесением большего количества слоев для подавления эффекта быстрого выхода газа. Слои должны быть нанесены и сжаты шаг за шагом для правильного ремонта и/или армирования поверхности. Необходимая особенность композитных систем армирования, использующих алифатические изоцианат-функционализированные смолы, состоит в том, что намного большее количество слоев может быть нанесено на армируемую физическую конструкцию до того, как композитная система потребует сжатия, если такое сжатие будет вообще необходимо. Способность наносить большее количество слоев на физическую конструкцию без остановок приводит к ценной экономии времени во время ремонта или армирования физической конструкции, особенно в том случае, когда много слоев композитного армирования необходимо для достижения нужных механических свойств отремонтированной физической конструкции. Кроме того, меньшее количество выработанной двуокиси углерода и меньшая скорость выработки двуокиси углерода также минимизируют или даже предотвращают падение величины модуля по толщине. Модуль по толщине представляет собой меру передачи напряжения через толщину системы. Соответственно, использование алифатических изоцианов также обеспечивает преимущества композитной системе армирования, поскольку напряжение, вызванное расширением конструкции (например, расширением трубы под внутренним давлением), будет перенесено через все слои композитной системы армирования, что сохраняет или увеличивает полную эффективность системы.

[0058] Композитные системы, использующие алифатические изоцианат-функционализированные смолистые материалы, могут также обеспечивать усиленные физические свойства отвержденной композитной системы армирования. Например, более низкая пористость смолы увеличивает проницаемость в течение и после отверждения. Кроме того, использование алифатической изоцианат-функционализированной смолы обеспечивает стойкость композитной системы армирования к воздействию ультрафиолетового излучения. Например, алифатические изоцианат-функционализированные полиуретановые термопластические смолы и термореактивные смолы более стабильны при воздействии ультрафиолетового излучения, чем ароматические изоцианат-функционализированные термопластические смолы и термореактивные смолы.

[0059] Использование алифатической смолы может в соответствии с желанием пользователя обеспечить ему возможность нанести необходимое количество слоев за более длинный промежуток времени, чем в случае ароматических смол или эпоксидов. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения слои наносят примерно в течение десяти минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше пяти минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше десяти минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше пятнадцати минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше двадцати минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше тридцати минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше сорока пяти минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше шестидесяти минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше девяноста минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше 120 минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше 180 минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования. В определенных вариантах реализации слои наносят примерно в течение больше 240 минут до окончания процедуры обертывания или применения сжатия к композитной системе армирования.

[0060] Преимущество композитной системы армирования, использующей алифатическую изоцианат-функционализированную смолу, состоит в высокой жесткости и высокой прочности системы армирования, что сводит к минимуму полную толщину армированной или отремонтированной конструкции, даже для приложений, где много слоев композитной системы армирования наносят на часть армируемой конструкции. Например, увеличение прочности обеспечивает возможность меньшей полной толщины (например, меньшего количества обмоток), необходимой для надежного ремонта конструкции. Кроме того, преимущество композитной системы армирования, использующей алифатическую изоцианат-функционализированную смолу, состоит в способности использования более толстых полных многослойных композитов, не сталкиваясь с проблемами, такими как расслаивание слоев. Например, более толстые многослойные композиты уменьшают количество обмоток, необходимых для нанесения с целью надежного ремонта конструкции. Также полезно, что меньшее количество необходимых обмоток также уменьшает стоимость рабочей силы для надежного ремонта конструкции.

[0061] Согласно определенным особенностям настоящего изобретения присадки могут быть включены в состав алифатической изоцианат-функционализированной смолы, такой как алифатическая полиуретановая изоцианат-функционализированная смола для изменения по меньшей мере одного свойства смолы. Например, присадки могут содержать оксид кремния, заторможенный удлинитель цепей амина или промежуточный гидроксиэтилоксазолидиновый продукт. В определенных вариантах реализации измененное свойство представляет собой вязкость неотвержденной смолы. В определенных вариантах реализации измененное свойство представляет собой тиксотропию текучей среды. Например, коллоидальная двуокись кремния может быть добавлена к смеси алифатического форполимера для изменения или увеличения тиксотропии текучей среды. Добавление коллоидальной двуокиси кремния увеличивает вязкость смолы при низких скоростях сдвига и уменьшает вязкость при более высоких скоростях сдвига. В определенных вариантах реализации присадка уменьшает количество газа, вырабатываемого во время процесса отверждения. Например, заторможенный удлинитель цепей амина уменьшает процент изоцианатной химической группы в форполимере, что, как указано выше, уменьшает количество двуокиси углерода, вырабатываемой во время отверждения. В определенных вариантах реализации присадка уменьшает скорость образования газа во время отверждения. Например, промежуточный гидроксиэтилоксазолидиновый продукт реагирует с водой с образованием аминов и спиртов, препятствуя реакции воды с изоцианатными группами. Эти амины и спирты затем реагируют с изоцианатными группами для завершения отверждения.

[0062] В определенных вариантах реализации композитных систем армирования, использующие алифатические изоцианат-функционализированные смолы, множество однонаправленных волокон (например, носитель) насыщено смолой до хранения (например, системы "препрега"). Полезно, что предварительно пропитанные композитные системы армирования, использующие алифатические изоцианат-функционализированные смолы, обеспечивают много необходимых качеств по сравнению с обычными эпоксидными смолами или ароматическими смолами. Например, алифатические смолы имеют большее время хранения, чем ароматические смолы. Большее время хранения делает предварительно пропитанные системы алифатического полимерного композита более экономически выполнимыми, а также делает ремонт более эффективным, поскольку композитная система не теряет большую часть гибкости и эффективности во время хранения. Кроме того, отверждение алифатических смол происходит за более длинные промежутки времени, чем ароматических смол. В определенных вариантах реализации необходимо несколько дней для отверждения алифатической смолы против нескольких часов для отверждения ароматических смол. Важно, что это большее время отверждения обеспечивает возможность появления усиленных свойств, такие как меньшее количество пустот внутри отвержденной смолы и меньшая механическая деформация, возникающая во время процесса отверждения.

[0063] Кроме того, системы армирования с предварительно пропитанным композитом, использующие алифатические изоцианат-функционализированные смолы, обеспечивают возможность более точного смешивания компонентов, поскольку системы армирования с предварительно пропитанным композитом производят на предприятии, где возможна контролируемая и надежная подготовка систем и компонентов. Например, смешивание смол происходит при использовании более точно измеренных количеств каждого компонента, чем для компонентов, смешиваемых в полевых условиях, что обеспечивает нужные отношения между компонентами эпоксидов. Эти точные отношения обеспечивают в большей степени управляемые реакции во время процесса отверждения и более контролируемые рабочие характеристики композитной системы армирования. Кроме того, смешивание и нанесение смолы на множество однонаправленных волокон (например, на носитель) происходят в более контролируемых условиях, таких как влажность и температура, для обеспечения более предсказуемых рабочих характеристик на месте изготовления. Кроме того, системы армирования с предварительно пропитанным композитом обеспечивают возможность лота или партии большего размера при смешивании смол. Эти увеличенные размеры лотов обеспечивают возможность более надежных химических и механических рабочих характеристик систем армирования с предварительно пропитанным композитом, чем для по необходимости меньшей партии наносимых в полевых условиях смесей.

[0064] Системы армирования с предварительно пропитанным композитом, использующие алифатические изоцианат-функционализированые смолы, также обеспечивают преимущества для носителей. Например, можно управлять толщиной слоев носителя внутри многослойного носителя. Кроме того, слои многослойного носителя могут быть индивидуально насыщены для обеспечения в целом однородного насыщения носителя, содержащего множество однонаправленных волокон.

[0065] Системы армирования с предварительно пропитанным композитом, использующие алифатические изоцианат-функционализированные смолы, также обеспечивают преимущества для пользователей. Например, пользователи могут быстро и эффективно наносить композитную систему армирования на поверхность без необходимости смешивать химические составы и ждать насыщения носителя. Кроме того, увеличенная пластичность предварительно пропитанной системы при нанесении ее на поверхность обеспечивает лучшую кроющую способность и более безопасную посадку. Кроме того, при использовании предварительно пропитанной системы уменьшен риск ошибки пользователя. Пользователь не должен смешивать химические продукты, обеспечивать однородность смеси, наносить химические продукты, обеспечивать насыщение носителя и т.д. Это приводит к улучшенным механическим характеристикам и предсказуемости композитной системы армирования. Кроме того, отношение носителя к смоле может быть оптимизировано для улучшения рабочих характеристик системы, управления нужными механическими свойствами, увеличения продолжительности хранения и уменьшения стоимости системы.

[0066] В определенных вариантах реализации композитной системы армирования может быть желательно насыщение носителя смолой непосредственно перед нанесением на армируемую поверхность (например, в случае систем, наносимых в полевых условиях). Полезно, что использование наносимых в полевых условиях композитных систем армирования, содержащих алифатические изоцианат-функционализированные смолы, обеспечивает увеличенную продолжительность хранения. Кроме того, использование более продолжительного периода отверждения алифатических изоцианат-функционализированных смол дает дополнительное время для обеспечения возможности смоле насыщать носитель до нанесения. Увеличенное время отверждения также обеспечивает возможность большей гибкости носителя во время нанесения на армируемую поверхность, что дает более безопасное нанесение и улучшенные механические свойства отвержденного армирования.

[0067] Композитная система для армирования с неотвержденными смолами может быть хранима или упакована как часть ремонтного комплекта. Этот комплект содержит, например, композитную систему для армирования, включая носитель и алифатическую смолу (например, алифатическую полиуретановую смолу), уплотненную в защитную упаковку, например, влагостойкий мешок. Композитная система для армирования может быть предварительно пропитанной системой, где носитель пропитан алифатической изоцианат-функционализированной смолой до хранения. В качестве альтернативы композитная система для армирования может быть системой, наносимой в полевых условиях. Полезно использование защитной упаковки в качестве контейнера для смешивания или подготовки алифатической смолы и насыщения носителя. Комплект может иметь широкий диапазон температур хранения, которые будут в целом определены типом используемой алифатической смолы.

[0068] Согласно альтернативному варианту А реализации настоящего изобретения композитная система для армирования физических конструкций содержит множество однонаправленных волокон, каждое из которых имеет продольную ось и длину. Волокна из множества однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль существенной части длины каждого однонаправленного волокна. Множество однонаправленных волокон связано немеханически. Смолистый материал приклеивает волокна из множества однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества однонаправленных волокон вдоль существенной части длины одного соседнего волокна из множества однонаправленных волокон.

[0069] Согласно альтернативному варианту В реализации настоящего изобретения композитная система по варианту А дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой самоотверждаемую эпоксидную смолу, которая первоначально не отверждена или первоначально частично отверждена.

[0070] Согласно альтернативному варианту С реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов А и В дополнительно обеспечивает, что однонаправленные волокна представляют собой углеродные волокна, стеклянные волокна, базальтовые волокна, арамидные волокна, параарамидные синтетические волокна (например, Kevlar®, полипарафенилентерефталамид), металлические волокна или любую их комбинацию.

[0071] Согласно альтернативному варианту D реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до С дополнительно обеспечивает, что углеродные волокна основаны на полиакрилонитриле, нефтяном пеке или их комбинации.

[0072] Согласно альтернативному варианту Е реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до D дополнительно обеспечивает, что модуль упругости углеродных волокон составляет примерно от 12 до 30 миллионов фунтов на кв. дюйм, примерно от 30 до 50 миллионов фунтов на кв. дюйм, примерно от 50 до 80 миллионов фунтов на кв. дюйм, примерно от 80 до 120 миллионов фунтов на кв. дюйм и/или примерно от 120 до 150 миллионов фунтов на кв. дюйм.

[0073] Согласно альтернативному варианту F реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до Е дополнительно обеспечивает, что модуль упругости стеклянных волокон составляет примерно от 5 до 7 миллионов фунтов на кв. дюйм, примерно от 7 до 10 миллионов фунтов на кв. дюйм и/или примерно от 10 до 13 миллионов фунтов на кв. дюйм.

[0074] Согласно альтернативному варианту G реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до F дополнительно обеспечивает, что модуль упругости базальтовых волокон составляет примерно от 5 до 8 миллионов фунтов на кв. дюйм, примерно от 8 до 12 миллионов фунтов на кв. дюйм и/или примерно от 12 до 16 миллионов фунтов на кв. дюйм.

[0075] Согласно альтернативному варианту Н реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до G дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой любую одно-, двух- или многокомпонентную термореактивную смолу, содержащую или полиуретаны, отверждаемые влажностью полиуретаны, катионно отверждаемые эпоксиды, двухступенчатые эпоксиды, полиамиды, полимочевины, полиимиды, полиоксазолидоны, поликарбонаты, полиэфиры, полисилоксаны, полиолефины, полибутадиены, силаны, винилэфиры, политиолы, полиамины, полиолы, полиизоцианаты, полиизобутилены или любую действующую их комбинацию.

[0076] Согласно альтернативному варианту I реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до Н дополнительно обеспечивает, что смолистый материал содержит полиуретановый материал (например, утверждаемый влажностью полиуретановый материал), содержащий алифатический форполимер, химически конфигурированный для активации и отверждения после удаления из в целом инертной окружающей среды и воздействия влаги, такой как влага воздуха. В качестве альтернативы композитная система по любому из вариантов от А до Н дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой алифатическую изоцианат-функционализированную смолу.

[0077] Согласно альтернативному варианту J реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до I дополнительно обеспечивает, что алифатический форполимер представляет собой алифатический изоцианатный форполимер.

[0078] Согласно альтернативному варианту К реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до J дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой отверждаемую влагой уретаную смолу.

[0079] Согласно альтернативному варианту L реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до К дополнительно обеспечивает, что однонаправленные волокна предварительно пропитаны отверждаемой влагой уретановой смолой и композитная система запасена в неотвержденном или частично отвержденном состоянии во влагонепроницаемой оболочке.

[0080] Согласно альтернативному варианту М реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до L дополнительно обеспечивает, что объемное отношение однонаправленных волокон к смолистому материалу составляет примерно от 60:40 до 50:50, примерно от 50:50 до 40:60, примерно от 40:60 до 30:70, примерно от 30:70 до 20:80, примерно от 40:60 до 80:20, примерно от 40:60 до 75:25 и/или примерно от 60:40 до 20:80.

[0081] Согласно альтернативному варианту N реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до L дополнительно обеспечивает, что объемное отношение однонаправленных волокон к смолистому материалу составляет примерно от 80:20 до 20:80.

[0082] Согласно альтернативному варианту О реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до L дополнительно обеспечивает, что количество однонаправленных волокон на единицу ширину, при измерении в целом перпендикулярно продольным осям смежных однонаправленных волокон, составляет примерно от 100 до 200 волокон на дюйм, примерно от 200 до 500 волокон на дюйм, примерно от 500 до 1000 волокон на дюйм, примерно от 1000 до 2000 волокон на дюйм, примерно от 2000 до 4000 волокон на дюйм и/или примерно от 4000 до 8500 волокон на дюйм.

[0083] Согласно альтернативному варианту Р реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до О дополнительно обеспечивает, что общая ширина композитной системы, измеренная в целом перпендикулярно продольным осям соседнего множества однонаправленных волокон, составляет примерно от 0,5 до 24 дюймов (включая поддиапазоны внутри этого диапазона).

[0084] Согласно альтернативному варианту Q реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до Р дополнительно обеспечивает, что смолистый материал первоначально неотвержден или первоначально частично отвержден и что смолистый материал может быть отвержден посредством отверждения теплотой, отверждения во влажной среде, отверждения ультрафиолетовым излучением и/или отверждения пучком электронов.

[0085] Согласно альтернативному варианту R реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до Q дополнительно обеспечивает, что смолистый материал может быть отвержден теплотой при температурах, превышающих примерно 400 градусов по Фаренгейту.

[0086] Согласно альтернативному варианту S реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до Q дополнительно обеспечивает, что смолистый материал может быть отвержден при температурах ниже примерно 40 градусов по Фаренгейту.

[0087] Согласно альтернативному варианту Т реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до S дополнительно обеспечивает, что соседнее множество однонаправленных волокон образует слой однонаправленных волокон. Смолистый материал выполнен с возможностью приклеивания и/или прикрепления слоя однонаправленных волокон к бетону, древесине, стали, титану, меди, бронзе, меди, алюминию или к любым их комбинациям.

[0088] Согласно альтернативному варианту U реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до Т дополнительно обеспечивает, что соседнее множество однонаправленных волокон образует слой однонаправленных волокон, и что удаляемый аппликатор пластической пленки имеет ширину, превышающую или равную полной ширине слоя однонаправленных волокон, измеренной в целом перпендикулярно продольным осям множества однонаправленных волокон. Удаляемый аппликатор пластической пленки имеет длину, примерно равную длине множества однонаправленных волокон. Смолистый материал временно приклеивает слой однонаправленных волокон к удаляемому аппликатору термопластической пленки.

[0089] Согласно альтернативному варианту V реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до U дополнительно содержит центральное ядро, на которое наматывают удаляемый аппликатор пластической пленки со смолистым материалом, приклеивающим к нему слой однонаправленных волокон.

[0090] Согласно альтернативному варианту W реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до V дополнительно обеспечивает, что множество однонаправленных волокон включает комбинацию углеродных волокон и стеклянных волокон.

[0091] Согласно альтернативному варианту X реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до W дополнительно обеспечивает, что после полного отверждения смолистого материала композитная система смолистого материала и множество однонаправленных волокон имеют прочность при растяжении вдоль продольных осей в диапазонах (в одном или в большем количестве) примерно от 30 до 50 тысяч фунтов на кв. дюйм, примерно от 50 до 100 тысяч фунтов на кв. дюйм, примерно от 100 до 200 тысяч фунтов на кв. дюйм, примерно от 200 до 400 тысяч фунтов на кв. дюйм и/или примерно от 400 до 600 тысяч фунтов на кв. дюйм.

[0092] Согласно альтернативному варианту Y реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от А до X дополнительно обеспечивает, что после полного отверждения смолистого материала композитная система смолистого материала и множество однонаправленных волокон имеют значение твердости по Шору D в одном или большем количестве диапазонов примерно от 60 до 70, примерно от 70 до 80, примерно от 80 до 90 и/или примерно от 90 до 100.

[0093] Согласно альтернативному варианту Z реализации настоящего изобретения ремонтный комплект, содержащий композитную систему по любому из вариантов от А до Y, дополнительно содержит влагонепроницаемую оболочку, выполненную с возможностью хранения композитной системы.

[0094] Согласно альтернативному варианту АА реализации настоящего изобретения агрегат для армирования конструкции по любому из вариантов от А до Z дополнительно обеспечивает, что композитная система выполнена с возможностью нанесения на физическую конструкцию. Армируемая физическая конструкция представляет собой один элемент из трубы, резервуара, бетонной балки, бетонной плиты, бетонной колонны, бетонного квадратного профиля, стальной колонны, стальной балки, стены или плиты перекрытия.

[0095] Согласно альтернативному варианту АВ реализации настоящего изобретения система для армирования конструкции по любому из вариантов от А до АА дополнительно обеспечивает, что композитная система обернута вокруг агрегата трубопровода в виде одного или большего количества перекрываемых слоев.

[0096] Согласно альтернативному варианту АС реализации настоящего изобретения система для армирования конструкции по любому из вариантов от А до АВ дополнительно обеспечивает, что композитная система обернута вокруг агрегата в виде одного или большего количества перекрываемых слоев. Обернутый агрегат трубопровода содержит композитную систему, увеличивающую внешний диаметр агрегата трубопровода меньше чем примерно на 0,05 дюйма, примерно от 0,05 до 0,25 дюймов, примерно от 0,25 до 0,5 дюйма, примерно от 0,5 до 0,75 дюйма, примерно от 0,75 до 1 дюйма, примерно от 1 до 2 дюймов и/или примерно от 2 до 4 дюймов.

[0097] Согласно альтернативному варианту AD реализации настоящего изобретения система для армирования конструкции по любому из вариантов от А до АС дополнительно обеспечивает, что композитная система нанесена на внутреннюю поверхность, простирающуюся вокруг окружности на внутренней стороне агрегата трубопровода в виде одного или большего количества перекрываемых слоев. Внутренность агрегата трубопровода содержит композитную систему, уменьшающую внутренний диаметр агрегата трубопровода меньше, чем примерно на 0,05 дюйма, примерно от 0,05 до 0,25 дюймов, примерно от 0,25 до 0,5 дюйма, примерно от 0,5 до 0,75 дюйма, примерно от 0,75 до 1 дюйма, примерно от 1 до 2 дюймов и/или примерно от 2 до 4 дюймов.

[0098] Согласно альтернативному варианту АЕ реализации настоящего изобретения, система для армирования конструкции по любому из вариантов от А до AD дополнительно обеспечивает, что композитная система нанесена в виде одного или большего количества слоев на наружную поверхность бетонной колонны, имеющей круговое поперечное сечение, квадратное поперечное сечение, прямоугольное поперечное сечение или любое многоугольное поперечное сечение. Нанесение композитной системы на бетонную колонну увеличивает соответствующий внешний диаметр, внешнюю поперечную длину, или внешнюю поперечную ширину поперечного сечения бетонной колонны меньше чем примерно на 0,1 дюйма, примерно от 0,1 до 0,5 дюймов, примерно от 0,5 до 1 дюйма, примерно от 1 до 2 дюймов и/или примерно от 2 до 4 дюймов.

[0099] Согласно альтернативному варианту AF реализации настоящего изобретения система для армирования конструкции по любому из вариантов от А до АЕ дополнительно обеспечивает, что композитная система нанесена в виде одного или большего количества слоев на поверхность стальной полки стальной фланцевой колонны. Стальная полка имеет определенную толщину. Нанесение композитной системы на поверхность стальной полки увеличивает полную толщину полки меньше чем в 1,25 раза от толщины стальной полки, примерно от 1,25 до 1,5 раз от толщины стальной полки и/или примерно от 1,5 до 2 раз от толщины стальной полки.

[00100] Согласно альтернативному варианту AG реализации настоящего изобретения система для армирования конструкции по любому из вариантов от А до AF дополнительно обеспечивает, что композитная система нанесена в виде одного или большего количества слоев на поверхность стального фланца стальной фланцевой колонны. Стальной фланец имеет определенную толщину. Нанесение композитной системы на поверхность стального фланца увеличивает полную толщину фланца меньше, чем в 1,25 раза от толщины стального фланца, примерно от 1,25 до 1,5 раз от толщины стального фланца и/или примерно от 1,5 до 2 раз от толщины стального фланца.

[00101] Согласно альтернативному варианту АН реализации настоящего изобретения система для армирования конструкции по любому из вариантов от А до AG дополнительно содержит композитную систему, наносимую в виде одного или большего количества слоев вокруг полой колонны в виде стальной трубы, имеющей определенную толщину стенки стальной трубы. Нанесение композитной системы на полую колонну в виде стальной трубы увеличивает полную толщину стенки трубы меньше чем в 1,25 раза относительно толщины стенки стальной трубы, примерно от 1,25 до 1,5 раз относительно толщины стенки стальной трубы и/или примерно от 1,5 до 2 раз относительно толщины стенки стальной трубы.

[00102] Согласно альтернативному варианту AI реализации настоящего изобретения описан способ выполнения композитной системы для армирования физических конструкций. Композитная система содержит множество однонаправленных волокон и смолистый материал, приклеивающий множество однонаправленных волокон друг к другу. Способ включает обеспечение первого подающего рулона, содержащего удаляемую пленку аппликатора. Обеспечено первое множество отдельных подающих катушек первых однонаправленных волокон. Каждое однонаправленное волокно имеет первую продольную ось. Первые отдельные подающие катушки первых однонаправленных волокон размещены рядом друг с другом. Удаляемая пленка аппликатора от первого подающего рулона протянута на второй коллекторный рулон. Первые однонаправленные волокна вытянуты от первых отдельных подающих катушек таким образом, что первые однонаправленные волокна параллельны друг к другу и расположены выше или ниже удаляемой пленки аппликатора. Во время вытягивания удаляемой пленки аппликатора и вытягивания первых однонаправленных волокон происходит нанесение смолистого материала на первые однонаправленные волокна вдоль ширины каждого из первых однонаправленных волокон таким образом, что смолистый материал в целом нанесен равномерно и пропитывает первые однонаправленные волокна таким образом, что первые однонаправленные волокна приклеены друг к другу. Пропитанные смолой первые однонаправленные волокна приклеены к удаляемой пленке аппликатора и/или наложены на нее. Склеенные первые однонаправленные волокна в целом параллельны друг к другу. Каждое из первых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из первых однонаправленных волокон вдоль существенной части соседних приклеенных волокон таким образом, что первые однонаправленные волокна немеханически связаны друг с другом.

[00103] Согласно альтернативному варианту AJ реализации настоящего изобретения способ по альтернативному варианту AI дополнительно включает обеспечение второго множества отдельных подающих катушек вторых однонаправленных волокон. Каждое из вторых однонаправленных волокон имеет вторую продольную ось. Вторые однонаправленные волокна вытянуты от вторых отдельных подающих катушек таким образом, что вторые продольные оси в целом параллельны друг к другу. Вторые однонаправленные волокна, кроме того, расположены выше и/или ниже вытянутых первых однонаправленных волокон. Вторые продольные оси вытянутых вторых однонаправленных волокон идут выше и/или ниже вытянутых первых однонаправленных волокон под первым углом к первым продольным осям. Во время вытягивания вторых однонаправленных волокон происходит нанесение смолистого материала на вторые однонаправленные волокна вдоль ширины каждого из вторых однонаправленных волокон таким образом, что смолистый материал в целом нанесен равномерно и пропитывает вторые однонаправленные волокна таким образом, что происходит приклеивание вторых однонаправленных волокон друг к другу. Пропитанные смолой вторые однонаправленные волокна прижимают к пропитанным смолой первым однонаправленным волокнам. Склеенные вторые однонаправленные волокна в целом параллельны друг к другу. Каждое из вторых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из вторых однонаправленных волокон вдоль существенной части соседних приклеенных волокон таким образом, что вторые однонаправленные волокна немеханически связаны друг с другом.

[00104] Согласно альтернативному варианту AK реализации настоящего изобретения способ по любому из альтернативных вариантов от AI до AJ дополнительно обеспечивает, что после прижатия вторых однонаправленных волокон к первым однонаправленным волокнам первые однонаправленные волокна образуют первую плоскость, а вторые однонаправленные волокна образуют вторую плоскость таким образом, что первая плоскость в целом параллельна второй плоскости, а первые продольные оси первых однонаправленных волокон наклонены ко вторым продольным осям вторых однонаправленных волокон. Наименьший угол между любой одной осью из первых продольных осей первых однонаправленных волокон и любой одной осью из вторых продольных осей вторых однонаправленных волокон составляет примерно от 0 до 15 градусов, примерно от 15 до 30 градусов, примерно от 30 до 45 градусов, примерно от 45 до 60 градусов, примерно от 60 до 75 градусов и/или примерно от 75 до 90 градусов (или составляет любую комбинацию этих диапазонов).

[00105] Согласно альтернативному варианту AL реализации настоящего изобретения способ по любому из вариантов от AI до AK дополнительно обеспечивает, что после прижатия вторых однонаправленных волокон к первым однонаправленным волокнам первые однонаправленные волокна образуют первую плоскость, а вторые однонаправленные волокна образуют вторую плоскость таким образом, что первая плоскость в целом параллельна второй плоскости, а первые продольные оси первых однонаправленных волокон наклонены ко вторым продольным осям вторых однонаправленных волокон, причем наименьший угол между любой одной осью из первых продольных осей первых однонаправленных волокон и любой одной осью из вторых продольных осей вторых однонаправленных волокон составляет примерно 15 градусов, примерно 30 градусов, примерно 45 градусов, примерно 60 градусов, примерно 75 градусов и/или примерно 90 градусов.

[00106] Согласно альтернативному варианту AM реализации настоящего изобретения, способ по любому из вариантов от AI до AL дополнительно обеспечивает, что каждое волокно из первых однонаправленных волокон имеет первый диаметр и каждое волокно из вторых однонаправленных волокон имеет второй диаметр. Первый диаметр отличен от второго диаметра.

[00107] Согласно альтернативному варианту AN реализации настоящего изобретения, способ по любому из вариантов от AI до AM дополнительно включает обеспечение третьего множества отдельных подающих катушек для третьих однонаправленных волокон. Каждое волокно из третьих однонаправленных волокон имеет третью продольную ось. Третьи однонаправленные волокна вытянуты от третьих отдельных подающих катушек таким образом, что третьи продольные оси третьих однонаправленных волокон в целом параллельны друг к другу. Третьи однонаправленные волокна расположены выше или ниже вытянутых вторых однонаправленных волокон таким образом, что вторые однонаправленные волокна расположены между первыми однонаправленными волокнами и третьими однонаправленными волокнами. Третьи продольные оси третьих однонаправленных волокон проходят выше или ниже вытянутых вторых однонаправленных волокон под вторым углом к первым продольным осям и под третьим углом ко вторым продольным осям. Второй угол отличен от третьего угла. Во время вытягивания третьих однонаправленных волокон происходит нанесение смолистого материала на третьи однонаправленные волокна вдоль ширины каждого из третьих однонаправленных волокон таким образом, что смолистый материал в целом нанесен равномерно и пропитывает третьи однонаправленные волокна таким образом, что происходит приклеивание третьих однонаправленных волокон друг к другу. Пропитанные смолой третьи однонаправленные волокна прижимают к пропитанным смолой первым однонаправленным волокнам. Третьи однонаправленные волокна в целом параллельны друг к другу. Каждое волокно из третьих однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из третьих однонаправленных волокон вдоль существенной части соседних приклеенных волокон таким образом, что третьи однонаправленные волокна немеханически связаны друг с другом.

[00108] Согласно альтернативному варианту АО реализации настоящего изобретения способ по любому из вариантов от AI до AN дополнительно обеспечивает, что после прижатия третьих однонаправленных волокон ко вторым однонаправленным волокнам третьи однонаправленные волокна образуют третью плоскость, а вторые однонаправленные волокна образуют вторую плоскость таким образом, что третья плоскость в целом параллельна второй плоскости, а третьи продольные оси третьих однонаправленных волокон наклонены ко вторым продольным осям вторых однонаправленных волокон. Наименьший угол между любой одной осью из вторых продольных осей вторых однонаправленных волокон и любой одной осью из третьих продольных осей третьих однонаправленных волокон составляет примерно от 0 до 15 градусов, примерно от 15 до 30 градусов, примерно от 30 до 45 градусов, примерно от 45 до 60 градусов, примерно от 60 до 75 градусов и/или примерно от 75 до 90 градусов (или составляет любую комбинацию этих диапазонов).

[00109] Согласно альтернативному варианту АР реализации настоящего изобретения способ по любому из вариантов от AI до АО дополнительно обеспечивает, что после прижатия третьих однонаправленных волокон ко вторым однонаправленным волокнам третьи однонаправленные волокна образуют третью плоскость, а вторые однонаправленные волокна образуют вторую плоскость таким образом, что третья плоскость в целом параллельна второй плоскости, а третьи продольные оси третьих однонаправленных волокон наклонены ко вторым продольным осям вторых однонаправленных волокон. Наименьший угол между любой одной осью из вторых продольных осей вторых однонаправленных волокон и любой одной осью из третьих продольных осей третьих однонаправленных волокон составляет примерно 15 градусов, примерно 30 градусов, примерно 45 градусов, примерно 60 градусов, примерно 75 градусов и/или примерно 90 градусов.

[00110] Согласно альтернативному варианту AQ реализации настоящего изобретения способ по любому из вариантов от AI до АР дополнительно обеспечивает, что каждое волокно из первых однонаправленных волокон имеет первый диаметр, каждое волокно из вторых однонаправленных волокон имеет второй диаметр и каждое волокно из третьих однонаправленных волокон имеет третий диаметр. По меньшей мере один диаметр из первого диаметра, второго диаметра и третьего диаметра отличен от двух других диаметров.

[00111] Согласно альтернативному варианту AR реализации настоящего изобретения способ по любому из вариантов от AI до AQ дополнительно включает обеспечение третьего множества отдельных подающих катушек для третьих однонаправленных волокон. Каждое волокно из третьих однонаправленных волокон имеет третью продольную ось. Третьи однонаправленные волокна вытянуты от каждой из третьих отдельных подающих катушек таким образом, что третьи продольные оси третьих однонаправленных волокон в целом параллельны друг к другу. Третьи однонаправленные волокна расположены выше или ниже вытянутых вторых однонаправленных волокон таким образом, что вторые однонаправленные волокна расположены между первыми однонаправленными волокнами и третьими однонаправленными волокнами. Третьи продольные оси третьих однонаправленных волокон проходят выше или ниже вытянутых вторых однонаправленных волокон в целом параллельно к первым продольным осям. Во время вытягивания третьих однонаправленных волокон происходит нанесение смолистого материала на третьи однонаправленные волокна вдоль ширины каждого из третьих однонаправленных волокон таким образом, что смолистый материал в целом нанесен равномерно и пропитывает третьи однонаправленные волокна таким образом, что происходит приклеивание третьих однонаправленных волокон друг к другу. Пропитанные смолой третьи однонаправленные волокна прижимают к пропитанным смолой вторым однонаправленным волокнам. Третьи однонаправленные волокна в целом параллельны друг к другу. Каждое волокно из третьих однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из третьих однонаправленных волокон вдоль существенной части соседних приклеенных волокон таким образом, что третьи однонаправленные волокна немеханически связаны друг с другом.

[00112] Согласно альтернативному варианту AS реализации настоящего изобретения композитная система для армирования физических конструкций содержит множество первых однонаправленных волокон, каждое из которых имеет первую продольную ось и первую длину. Волокна из множества первых однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие первые продольные оси в целом параллельны друг к другу по существенной части первой длины каждого первого однонаправленного волокна. Каждое волокно из множества вторых однонаправленных волокон имеет вторую продольную ось и вторую длину. Волокна из множества вторых однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие вторые продольные оси в целом параллельны друг к другу по существенной части второй длины каждого второго однонаправленного волокна. Вторая длина меньше первой длины. Смолистый материал приклеивает волокна из множества первых однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества первых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества первых однонаправленных волокон вдоль существенной части первой длины соседних первых однонаправленных волокон, образуя, тем самым, слой первых однонаправленных волокон из в целом немеханически связанных первых однонаправленных волокон для определения первой плоскости. Смолистый материал затем приклеивает волокна из множества вторых однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества вторых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества вторых однонаправленных волокон вдоль существенной части второй длины соседних вторых однонаправленных волокон, образуя, тем самым, слой вторых однонаправленных волокон из в целом немеханически связанных вторых однонаправленных волокон для определения второй плоскости. Волокна из множества вторых однонаправленных волокон ориентированы таким образом, что любая из вторых продольных осей во второй плоскости наклонена к любой из первых продольных осей в первой плоскости. Слой первых однонаправленных волокон и слой вторых однонаправленных волокон связаны немеханически.

[00113] Согласно альтернативному варианту AT реализации настоящего изобретения композитная система по варианту AS дополнительно содержит множество третьих однонаправленных волокон, каждое из которых имеет третью продольную ось и третью длину. Волокна из множества третьих однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие третьи продольные оси в целом параллельны друг к другу по существенной части третьей длины каждого третьего однонаправленного волокна. Смолистый материал затем приклеивает волокна из множества третьих однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества третьих однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества третьих однонаправленных волокон вдоль существенной части третьей длины соседних третьих однонаправленных волокон, образуя, тем самым, слой третьих однонаправленных волокон, образующий третью плоскость. Смолистый материал далее приклеивает слой первых однонаправленных волокон к слою вторых однонаправленных волокон и слой вторых однонаправленных волокон к слою третьих однонаправленных волокон. Волокна из множества третьих однонаправленных волокон ориентированы таким образом, что любая из третьих продольных осей в третьей плоскости наклонена к любой из первых продольных осей в первой плоскости и, кроме того, наклонена к любой из вторых продольных осей в первой плоскости. Слой третьих однонаправленных волокон и слой вторых однонаправленных волокон связаны немеханически.

[00114] Согласно альтернативному варианту AU реализации настоящего изобретения AU композитная система по любому из вариантов от AS до AT дополнительно обеспечивает, что наименьший угол между любой из вторых продольных осей вторых однонаправленных волокон и третьих продольных осей третьих однонаправленных волокон составляет примерно от 0 до 15 градусов, примерно от 15 до 30 градусов, примерно от 30 до 45 градусов, примерно от 45 до 60 градусов, примерно от 60 до 75 градусов и/или примерно от 75 до 90 градусов (или составляет любую комбинацию этих диапазонов).

[00115] Согласно альтернативному варианту AV реализации настоящего изобретения, композитная система по любому из вариантов от AS до AU дополнительно обеспечивает, что наименьший угол между любой из вторых продольных осей вторых однонаправленных волокон и любой из третьих продольных осей третьих однонаправленных волокон составляет примерно 15 градусов, примерно 30 градусов, примерно 45 градусов, примерно 60 градусов, примерно 75 градусов, и/или примерно 90 градусов.

[00116] Согласно альтернативному варианту AW реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до AV дополнительно обеспечивает, что каждое волокно из первых однонаправленных волокон имеет первый диаметр, каждое волокно из вторых однонаправленных волокон имеет второй диаметр и каждое волокно из третьих однонаправленных волокон имеет третий диаметр. По меньшей мере один диаметр из первого диаметра, второго диаметра и третьего диаметра отличен от двух других диаметров.

[00117] Согласно альтернативному варианту АХ реализации настоящего изобретения, композитная система по любому из вариантов от AS до AW дополнительно содержит множество третьих однонаправленных волокон, каждое из которых имеет третью продольную ось и третью длину. Волокна из множества третьих однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие третьи продольные оси в целом параллельны друг к другу по существенной части третьей длины каждого третьего однонаправленного волокна. Смолистый материал затем приклеивает волокна из множества третьих однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества третьих однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества третьих однонаправленных волокон вдоль существенной части третьей длины соседних третьих однонаправленных волокон, образуя, тем самым, слой третьих однонаправленных волокон, образующий третью плоскость. Смолистый материал затем приклеивает слой из первых однонаправленных волокон к слою из вторых однонаправленных волокон, и слой из вторых однонаправленных волокон к слою из третьих однонаправленных волокон Волокна из множества третьих однонаправленных волокон ориентированы таким образом, что любая из третьих продольных осей в третьей плоскости наклонена к любой одной из вторых продольных осей во второй плоскости. Наименьший угол между любой одной из третьих продольных осей и любой одной из первых продольных осей составляет примерно нуль градусов. Слой первых однонаправленных волокон и слой вторых однонаправленных волокон связаны немеханически.

[00118] Согласно альтернативному варианту AY реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до АХ дополнительно содержит удаляемую пленку, ширина которой превышает полную ширину соседнего множества первых однонаправленных волокон. Ширина измерена в целом перпендикулярно продольным осям множества первых однонаправленных волокон. Кроме того, удаляемая пленка имеет длину, примерно равную длине множества первых однонаправленных волокон. Смолистый материал временно приклеивает множество первых однонаправленных волокон, множество вторых однонаправленных волокон или множество третьих однонаправленных волокон к удаляемой пленке.

[00119] Согласно альтернативному варианту AZ реализации настоящего изобретения, композитная система по любому из вариантов от AS до АХ дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой самоотверждаемую эпоксидную смолу, которая первоначально частично отверждена или не отверждена.

[00120] Согласно альтернативному варианту ВА реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до AZ дополнительно обеспечивает, что первые однонаправленные волокна, вторые однонаправленные волокна и/или третьи однонаправленные волокна представляют собой углеродные волокна, стеклянные волокна, базальтовые волокна, арамидные волокна, параарамидные синтетические волокна (например, Kevlar®, полипарафенилентерефталамид), металлические волокна или любую их комбинацию.

[00121] Согласно альтернативному варианту ВВ реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до ВА дополнительно обеспечивает, что углеродные волокна основаны на полиакрилонитриле, нефтяном пеке или их комбинации.

[00122] Согласно альтернативному варианту ВС реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до ВВ дополнительно обеспечивает, что смолистый материал содержит полиуретаны, полиамиды, полимочевины, полиимиды, полиоксазолидоны, поликарбонаты, полиэфиры, полисилоксаны, полиолефины, полибутадиены, силаны, винилэфиры, политиолы, полиамины, полиолы, полиизоцианаты, полиизобутилены, катионики или любую действующую их комбинацию.

[00123] Согласно альтернативному варианту BD реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до ВС дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой отверждаемую влагой уретановую смолу.

[00124] Согласно альтернативному варианту BE реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BD дополнительно обеспечивает, что первые однонаправленные волокна, вторые однонаправленные волокна и/или третьи однонаправленные волокна пропитаны отверждаемой влагой уретановой смолой. Композитная система запасена в неотвержденном состоянии или частично отвержденном состоянии во влагонепроницаемой оболочке.

[00125] Согласно альтернативному варианту BF реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BE дополнительно обеспечивает, что объемное отношение однонаправленных волокон к смолистому материалу составляет примерно от 60:40 до 50:50, примерно от 50:50 до 40:60, примерно от 40:60 до 30:70, примерно от 30:70 до 20:80, примерно от 40:60 до 80:20, примерно от 40:60 до 75:25 и/или примерно от 60:40 до 20:80.

[00126] Согласно альтернативному варианту BG реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BF дополнительно обеспечивает, что количество однонаправленных волокон на единицу ширины, при измерении в целом перпендикулярно продольным осям смежных однонаправленных волокон, составляет примерно от 100 до 200 волокон на дюйм, примерно от 200 до 500 волокон на дюйм, примерно от 500 до 1000 волокон на дюйм, примерно от 1000 до 2000 волокон на дюйм, примерно от 2000 до 4000 волокон на дюйм и/или примерно от 4000 до 8500 волокон на дюйм.

[00127] Согласно альтернативному варианту ВН реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BG дополнительно обеспечивает, что общая ширина композитной системы, измеренная в целом перпендикулярно первым продольным осям, составляет примерно от 0,5 дюйма до 24 дюймов (включая поддиапазоны внутри этого диапазона).

[00128] Согласно альтернативному варианту BI реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до ВН дополнительно обеспечивает, что смолистый материал первоначально неотвержден или первоначально частично отвержден. Смолистый материал может быть отвержден посредством отверждения теплотой, отверждения во влажной среде, отверждения ультрафиолетовым излучением и/или отверждения пучком электронов.

[00129] Согласно альтернативному варианту BJ реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BI дополнительно обеспечивает, что смолистый материал может быть отвержден теплотой при температурах, превышающих примерно 400 градусов по Фаренгейту.

[00130] Согласно альтернативному варианту BK реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BJ дополнительно обеспечивает, что смолистый материал может быть отвержден при температурах ниже примерно 40 градусов по Фаренгейту.

[00131] Согласно альтернативному варианту BL реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BK дополнительно обеспечивает, что смолистый материал выполнен с возможностью приклеивания и/или прикрепления по меньшей мере одного слоя из множества слоев однонаправленных волокон к бетону, древесине, стали, титану, меди, бронзе, меди, алюминию или к любым их комбинациям.

[00132] Согласно альтернативному варианту ВМ реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до BL дополнительно содержит центральное ядро, на которое наматывают удаляемую пленку со смолистым материалом, приклеивающей к ней множество однонаправленных волокон.

[00133] Согласно альтернативному варианту BN реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от AS до ВМ дополнительно обеспечивает, что множество первых однонаправленных волокон, вторых однонаправленных волокон и/или третьи однонаправленных волокон включает комбинацию углеродных волокон и стеклянных волокон.

[00134] Согласно альтернативному варианту ВО реализации настоящего изобретения комплект, содержащий композитную систему по любому из вариантов от AS до BN, дополнительно обеспечивает, что этот комплект дополнительно содержит влагонепроницаемую оболочку, выполненную с возможностью хранения композитной системы.

[00135] Согласно альтернативному варианту BP реализации настоящего изобретения композитная система для армирования физических конструкций содержит слой первых однонаправленных волокон, содержащий множество немеханически связанных первых однонаправленных волокон, каждое из которых имеет первую продольную ось и первую длину. Волокна из множества первых однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие первые продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль по существу всей первой длины каждого первого однонаправленного волокна. Множество первых однонаправленных волокон выполнено из электропроводящих и/или теплопроводящих материалов. Волокна из множества первых однонаправленных волокон приклеены друг к другу посредством смолистого материала таким образом, что каждое волокно из множества первых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества первых однонаправленных волокон вдоль по существу всей первой длины соседнего первого однонаправленного волокна. Слой вторых изолирующих волокон приклеен к слою первых однонаправленных волокон посредством этого смолистого материала и/или другого смолистого материала. Слой вторых изолирующих волокон отделяет электропрводящий и/или теплопроводящий материал(ы) в слое первых однонаправленных волокон от непосредственного контакта с электропроводящей и/или теплопроводящей физической конструкцией, армируемой композитной системой.

[00136] Согласно альтернативному варианту BR реализации настоящего изобретения композитная система по варианту BP дополнительно обеспечивает, что множество первых однонаправленных волокон представляет собой неметаллические волокна, металлические волокна, углеродные волокна или любые их комбинации; и/или слой вторых изолирующих волокон содержит стеклянные волокна, базальтовые волокна, арамидные волокна, параарамидные синтетические волокна (например, Kevlar®, полипарафенилентерефталамид), металлические волокна или любые их комбинации.

[00137] Согласно альтернативному варианту BS реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от BP до BR дополнительно обеспечивает, что углеродные волокна основаны на полиакрилонитриле, нефтяном пеке или на любой их комбинации.

[00138] Согласно альтернативному варианту ВТ реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от BP до BS дополнительно обеспечивает, что слой вторых изолирующих волокон содержит однонаправленные волокна, тканые волокна, нетканые волокна, войлочные волокна или любые их комбинации.

[00139] Согласно альтернативному варианту BU реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от BP до ВТ дополнительно содержит третий слой. Третий слой отделен от слоя первых однонаправленных волокон слоем вторых изолирующих волокон. Третий слой контактирует со слоем вторых изолирующих волокон. Третий слой представляет собой грунтовку, покрытие, гель, изолятор или любую их комбинацию. Третий слой приспособлен для нанесения непосредственно на электропроводящую и/или теплопроводящую физическую конструкцию.

[00140] Согласно альтернативному варианту BV реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от BP до BU дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой отвержденную влагой смолу.

[00141] Согласно альтернативному варианту BW реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от BP до BV дополнительно обеспечивает, что композитная система сохранена в неотвержденном или частично отвержденном состоянии во влагостойкой и/или воздухонепроницаемой оболочке.

[00142] Согласно альтернативному варианту ВХ реализации настоящего изобретения композитная система по любому из вариантов от BP до BW дополнительно обеспечивает, что смолистый материал представляет собой уретановую смолу.

[00143] Согласно альтернативному варианту BY реализации настоящего изобретения комплект для образования композитной системы по любому из вариантов от BP до ВХ содержит слой первых однонаправленных волокон, слой вторых изолирующих волокон, третий слой, смолистый материал(-ы) или любые их комбинации.

[00144] Согласно альтернативному варианту BZ реализации настоящего изобретения композитная система, способы или комплекты по любому из предыдущих вариантов от А до BY обеспечивают, что смолистый материал представляет собой отвержденную влагой смолу.

[00145] Согласно альтернативному варианту СА реализации настоящего изобретения композитная система, способы или комплекты по любому из предыдущих вариантов от А до BZ обеспечивают, что композитная система запасена в неотвержденном или частично отвержденном состоянии во влагостойкой и/или воздухонепроницаемой оболочке.

[00146] Согласно альтернативному варианту СВ реализации настоящего изобретения композитная система, способы или комплекты по любому из предыдущих вариантов от А до СА обеспечивают, что смолистый материал представляет собой уретановую смолу.

[00147] Хотя это раскрытие склонно к различным модификациям и альтернативным формам, определенные варианты реализации настоящего изобретения были показаны посредством примера на чертежах и будут описаны подробно здесь. Однако, следует понимать, что настоящее изобретение не может быть ограничено определенными раскрытыми формами. Скорее, настоящее изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, согласуемые с сутью и объемом раскрытия.

Изобретение относится к композитной системе для армирования физических конструкций, агрегату для армирования конструкции, комплекту для образования композитной системы, ремонтному комплекту для армирования физической конструкции. Композитная система для армирования физических конструкций содержит множество однонаправленных волокон, расположенных так, что соответствующие продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль существенной части длины каждого однонаправленного волокна. Смолистый материал обеспечивает склеивание волокон из множества однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества однонаправленных волокон вдоль существенной части длины одного соседнего волокна из множества однонаправленных волокон. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических показателей получаемых изделий. 8 н. и 27 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Композитная система для армирования физических конструкций, содержащая:

- множество однонаправленных волокон, каждое из которых имеет продольную ось и длину, причем

волокна из множества однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль существенной части длины каждого из однонаправленных волокон,

множество однонаправленных волокон соединены немеханически; и

- отверждаемый влагой уретановый смолистый материал, приклеивающий множество однонаправленных волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества однонаправленных волокон вдоль существенной части длины одного соседнего волокна из множества однонаправленных волокон,

в которой количество однонаправленных волокон на единицу ширины, при измерении в целом перпендикулярно продольным осям смежных однонаправленных волокон, составляет примерно от 100 до 8500 волокон на дюйм (40 до 3350 волокон на см).

2. Композитная система по п. 1, в которой

однонаправленные волокна представляют собой углеродные волокна.

3. Композитная система по п. 2, в которой

углеродные волокна основаны на полиакрилонитриле, нефтяном пеке или их комбинации.

4. Композитная система по п. 2, в которой

модуль упругости углеродных волокон составляет примерно от 12 до 150 миллионов фунтов на кв. дюйм (82 кПа до 1 МПа).

5. Композитная система по п. 1, в которой

отверждаемый влагой уретановый смолистый материал содержит полиуретановый материал, содержащий алифатический изоцианатный форполимер, химически конфигурированный для активации и отверждения после удаления из в целом инертной окружающей среды и воздействия влаги.

6. Композитная система по п. 1, в которой

объемное отношение однонаправленных волокон к смолистому материалу составляет примерно от 40:60 до 80:20.

7. Композитная система по п. 1, в которой

множество однонаправленных волокон содержит комбинацию углеродных волокон и стекловолокна.

8. Композитная система по п. 1, в которой

после полного отверждения отверждаемого влагой уретанового смолистого материала композитная система отверждаемого влагой уретанового смолистого материала и множество однонаправленных волокон имеют прочность при растяжении вдоль продольных осей в диапазоне примерно от 30 до 600 тысяч фунтов на кв. дюйм (от 0,2 ГПа до 4,1 ГПа).

9. Композитная система по п. 1, в которой

после полного отверждения отверждаемого влагой уретанового смолистого материала композитная система, содержащая отверждаемый влагой уретановый смолистый материал и множество однонаправленных волокон, имеет значение твердости по Шору D в диапазоне примерно от 70 до 100.

10. Ремонтный комплект, содержащий композитную систему по п. 1, который дополнительно содержит влагонепроницаемую оболочку, выполненную с возможностью хранения композитной системы с отверждаемой влагой уретановой смолой в частично отвержденном состоянии.

11. Агрегат для армирования конструкции, содержащий композитную систему по п. 1, в котором

композитная система выполнена с возможностью нанесения на физическую конструкцию, причем

физическая конструкция представляет собой агрегат трубопровода, и

композитная система обернута вокруг агрегата трубопровода в виде одного или большего количества перекрываемых слоев.

12. Композитная система для армирования физических конструкций, содержащая:

- слой первых однонаправленных волокон, содержащий множество немеханически соединенных первых однонаправленных волокон, каждое из которых имеет первую продольную ось и первую длину, причем

волокна из множества первых однонаправленных волокон имеют примерно одинаковую длину и расположены так, что соответствующие первые продольные оси в целом параллельны друг к другу вдоль по существу всей первой длины каждого первого однонаправленного волокна,

множество первых однонаправленных волокон содержит электропроводящие и/или теплопроводящие материалы,

волокна из множества первых однонаправленных волокон приклеены друг к другу посредством отверждаемого влагой уретанового смолистого материала таким образом, что каждое волокно из множества первых однонаправленных волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества первых однонаправленных волокон вдоль по существу всей первой длины соседнего первого однонаправленного волокна; и

- слой вторых изолирующих волокон, приклеенный к слою первых однонаправленных волокон посредством указанного смолистого материала и/или другого смолистого материала, причем

слой вторых изолирующих волокон отделяет электропроводящий и/или теплопроводящий материал, или материалы, в слое первых однонаправленных волокон от непосредственного контакта с электропроводящей и/или теплопроводящей физической конструкцией, армируемой композитной системой.

13. Композитная система по п. 12, в которой

множество первых однонаправленных волокон представляет собой неметаллические волокна, металлические волокна, углеродные волокна или любые их комбинации;

и/или в которой

слой вторых изолирующих волокон содержит стеклянные волокна, базальтовые волокна, арамидные волокна, параарамидные синтетические волокна или любые их комбинации.

14. Композитная система по п. 12, дополнительно содержащая третий слой, отделенный от слоя первых однонаправленных волокон слоем вторых изолирующих волокон, причем

третий слой контактирует со слоем вторых изолирующих волокон,

третий слой содержит грунтовку, покрытие, гель, изолятор или любую их комбинацию, и

третий слой приспособлен для нанесения непосредственно на электропроводящую и/или теплопроводящую физическую конструкцию.

15. Комплект для образования композитной системы по п. 12, причем

комплект содержит слой первых однонаправленных волокон, слой вторых изолирующих волокон, смолистый материал, или материалы, или любые их комбинации.

16. Ремонтный комплект для армирования физической конструкции, содержащий:

мешок, образующий влагонепроницаемую оболочку; и

множество однонаправленных волокон, размещенных внутри влагонепроницаемой оболочки, причем

каждое волокно из множества волокон предварительно пропитано и приклеено к соседнему волокну из множества волокон смолистым материалом, содержащим отверждаемый влагой форполимер, причем

смолистый материал находится в частично отвержденном состоянии внутри влагонепроницаемой оболочки, и

смолистый материал после удаления из мешка выполнен с возможностью перехода в полностью отвержденное или затвердевшее состояние на физической конструкции после воздействия на него влаги.

17. Ремонтный комплект по п. 16, в котором

смолистый материал содержит полиуретановый материал.

18. Ремонтный комплект по п. 16, в котором

отверждаемый влагой форполимер представляет собой изоцианат-функционализированный форполимер.

19. Ремонтный комплект по п. 18, в котором

изоцианат-функционализированный форполимер представляет собой алифатический изоцианат-функционализированный полиуретановый форполимер или алифатический изоцианат-функционализированный полимочевинный-полиуретановый гибридный форполимер.

20. Ремонтный комплект по п. 16, в котором

объемное отношение волокон к смолистому материалу составляет примерно от 40:60 до 80:20.

21. Ремонтный комплект по п. 16, в котором

множество однонаправленных волокон содержит углеродные волокна.

22. Ремонтный комплект по п. 16, в котором

множество однонаправленных волокон и смолистый материал обеспечены в мешке как часть рулона.

23. Ремонтный комплект по п. 22, дополнительно содержащий удаляемую пленку, прикрепленную к множеству однонаправленных волокон посредством частично отвержденного смолистого материала для препятствования прикрепления соседних слоев волокон внутри рулона друг к другу.

24. Ремонтный комплект по п. 16, в котором

физическая конструкция представляет собой бетонную конструкцию или металлическую конструкцию.

25. Ремонтный комплект для армирования физической конструкции, содержащий:

- уплотненную упаковку, образующую влагонепроницаемую оболочку;

- слой первых однонаправленных волокон, содержащий множество первых волокон, размещенных внутри влагонепроницаемой оболочки;

- слой вторых волокон, содержащий множество вторых волокон, размещенных внутри влагонепроницаемой оболочки, причем

слой вторых волокон размещен поверх слоя первых волокон;

- смолистый материал, предварительно пропитывающий и приклеивающий множество первых волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества первых волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества первых волокон, причем

смолистый материал дополнительно предварительно пропитывает множество вторых волокон, и

смолистый материал приклеивает слой первых однонаправленных волокон к слою вторых волокон,

причем

смолистый материал содержит отверждаемый влагой форполимер, хранящийся в частично отвержденном состоянии внутри влагонепроницаемой оболочки, причем

отверждаемый влагой форполимер выполнен с возможностью полного отверждения после воздействия влаги на смолистый материал, когда первые и вторые волокна приклеены к физической конструкции после удаления из уплотненной упаковки.

26. Ремонтный комплект по п. 25, в котором

смолистый материал содержит полиуретановый материал.

27. Ремонтный комплект по п. 25, дополнительно содержащий

удаляемую пленку, временно приклеенную к одному слою из слоя первых однонаправленных волокон или слоя вторых волокон при нахождении их в упаковке.

28. Ремонтный комплект по п. 25, в котором

смолистый материал выполнен с возможностью приклеивания слоя первых однонаправленных волокон и слоя вторых волокон к бетону, древесине, стали, титану, латуни, бронзе, меди, алюминию или к любой их комбинации.

29. Ремонтный комплект по п. 25, в котором

множество вторых волокон представляет собой однонаправленные волокна, и смолистый материал приклеивает волокна из множества вторых волокон друг к другу таким образом, что каждое волокно из множества вторых волокон приклеено по меньшей мере к одному соседнему волокну из множества вторых волокон.

30. Ремонтный комплект по п. 25, в котором

отверждаемый влагой форполимер представляет собой изоцианат-функционализированный форполимер.

31. Ремонтный комплект по п. 30, в котором

изоцианат-функционализированный форполимер представляет собой алифатический изоцианат-функционализированный полиуретановый форполимер или алифатический изоцианат-функционализированный полимочевинный-полиуретановый гибридный форполимер.

32. Ремонтный комплект по п. 25, в котором

слой первых однонаправленных волокон и слой вторых волокон содержат углеродные волокна.

33. Ремонтный комплект для армирования физической конструкции, содержащий:

мешок, образующий влагонепроницаемую оболочку; и

множество волокон, размещенных внутри влагонепроницаемой оболочки, причем

множество волокон предварительно пропитано смолистым материалом, содержащим отверждаемый влагой полиуретан,

смолистый материал находится в частично отвержденном состоянии внутри влагонепроницаемой оболочки,

причем

смолистый материал, после удаления из мешка, выполнен с возможностью перехода в полностью отвержденный и затвердевший полиуретановый материал после воздействия на него влаги при его приклеивании к физической конструкции.

34. Ремонтный комплект по п. 33, в котором

множество волокон представляет собой однонаправленные волокна, причем каждое из однонаправленных волокон приклеено к соседнему однонаправленному волокну смолистым материалом.

35. Ремонтный комплект по п. 33, дополнительно содержащий

удаляемую пленку, прикрепленную к множеству волокон посредством частично отвержденного смолистого материала для препятствования прикрепления соседних слоев волокон внутри рулона друг к другу.