具有多层中间层的热塑性复合材料管材制造技术

本发明专利技术涉及具有多层中间层的热塑性复合材料管材。本发明专利技术还涉及制造该热塑性复合材料管材的方法以及该热塑性复合材料管材的用途。通过在关键工艺步骤中的相同聚合物的复合材料实现了更好的粘附质量。这样制造的管材尤其适用于石油或天然气开采中的海上应用。

Thermoplastic composite pipe with multi-layer interlayer

The invention relates to a thermoplastic composite pipe with a multi-layer intermediate layer. The invention also relates to a method for manufacturing the thermoplastic composite pipe and the use of the thermoplastic composite material pipe. Better adhesion quality was achieved through the same polymer composites in key process steps. The tubes made in this way are especially suitable for offshore applications in the exploitation of oil or natural gas.

【技术实现步骤摘要】
具有多层中间层的热塑性复合材料管材
本专利技术提供了一种柔性的、纤维增强的复合材料管材，其包括内衬（Innenliner，以下也简称“衬里”），一个或多个带材层以及布置在内衬和带材层之间的并且将它们接合的单层或多层的中间层，以及它们的制造方法。内衬的材料、带材层的基体和中间层的聚合物是热塑性的。根据本专利技术的复合材料管材用于石油和天然气开采，特别是用于石油或天然气的海上开采，用作立管（Riser），用作脐管（Umbilical），用于将从海底开采的油或天然气从钻井输送到立管或用于在陆地上的输送。
技术介绍
在现有技术中，在这种应用领域中常常使用所谓的未接合柔性管材。这种管材包括通常呈塑料管形式的内衬，其用于防止输送流体的外溢，以及在该内衬的外侧上的一个或多个铠装层（Armierungsschichten）。所述未接合柔性管材可以包括附加层，例如在内衬的内侧上的一个或多个铠装层，以防止在高外部压力下内衬的坍塌。这种内部铠装通常称为屠体（Karkasse）。另外，可以包括外壳，以便提供阻止液体从外部环境渗入铠装层或进一步进入内部的聚合物或金属功能层的屏障，并且作为应对外部机械应力的保护。例如在WO01/61232，US6123114和US6085799中描述了典型的未接合柔性管材；它们还更详细地描述在APIRecommendedPractice17B，“RecommendedPracticeforFlexiblePipe”，第三版，2002年3月，以及APISpecification17J，“SpecificationforUnbondedFlexiblePipe”，第二版，1999年11月。在本文中，术语“未接合”是指所述层中的至少两个，包括铠装层和塑料层，没有彼此粘附地接合。在实践中，所述管材包括至少三个铠装层，它们在整个管长度上不直接或间接地（即通过其它层）彼此接合。这使得管材可弯曲和足够柔性，从而可以将其卷起来用于运输目的。在传统的未接合柔性管材中，一个或多个铠装层通常由螺旋状布置的钢丝、钢型材或钢带组成，其中形成的各层可以相对于管轴具有不同的卷绕角度（抗拉铠装）以及主要在圆周方向上卷绕的压力铠装。在这种未接合柔性管材中，钢构件经受传输介质的腐蚀作用。由于由此产生的材料选择以及复杂的构造，这种管材相对昂贵。特别是在深海中的海上石油开采用的较长立管的情况下，高的固有重量是非常不利的。一段时间以来，已经有关于热塑性复合材料管材的应用的进展的描述。这些管材具有作为内层的单层或多层内衬（由热塑性材料构成）。在其上牢固接合地或在一些情况下未接合地例如通过卷绕单向纤维增强的带材而施加复合材料层。这种复合材料管材例如描述在WO95/07428和WO99/67561中。此外，其制造描述在WO02/095281，WO2006/107196，WO2012/118378，WO2012/118379和WO2013/188644中。在这些复合材料管材的情况下，一个普遍的问题是，在次优材料组合的情况下，在富含纤维的带材层和邻接的表面之间的粘附不足以承受安装和操作中的应力，特别是在海上应用中，例如配件的接合或用夹持装置的安装，以及这种结构所经受的严苛测试条件。这里例如提及在快速气体压缩测试中或者在剧烈弯曲力的作用下的层脱离。因此，在现有技术中优选尝试将相同类型的聚合物用于带材基体和邻接的表面，例如内衬的外表面（参见例如“ThermoplasticCompositePipe:AnAnalysisAndTestingOfANovelPipeSystemForOil&Gas”；由J.L.C.G.deKanter和J.Leijten在英国爱丁堡举行的2009年ICCM17会议上的报告）。在具有单壁衬里的热塑性复合材料管材的情况下，在低温范围（在大约50℃的持续温度）下使用由聚乙烯制成的衬里管材，在高达约80℃的较高温度下使用由例如PA11或PA12的聚酰胺制成的衬里管材。在更高的温度下，使用如聚偏二氟乙烯（PVDF）或甚至聚醚醚酮（PEEK）的高成本材料。考虑到对化学稳定性、耐老化性和热稳定性的要求，可以在许多情况下使用包含由PA11或PA12构成的基体的复合材料。然而，在不同材料组合的情况下通常出现的问题是如何在带材层和衬里或者带材层和外壳之间实现必要的粘附性。近来，特别是在未接合柔性管道的情况下，在已经公开的进展中的内衬不再由单壁管材组成，而是由通常具有两层或三层的多层管材组成。这种多层塑料管材已经在机动车用的燃料管领域中已知多年。然而，可用于该目的的挤出装置设计用于具有小直径的管材，即直径远小于50毫米，一般直径为6至12毫米。然而，对于石油和天然气领域的应用，需要明显更大的直径；根据应用，通常的内径为1至10英寸（25.4至254mm）。但是，可以制造这些直径的装置通常只能用于制造单层管材。将现有的多层系统改造成大的直径或将现有的单层管材系统改造成多层的大型管材需要高的时间和成本消耗，并且有时由于所需的空间而几乎不可能操作。此外，在许多情况下甚至不能实现衬里表面与具有两层或三层衬里的带材基体的所需聚合物组合。本领域技术人员知道，复合材料可以由两个不同的热塑性层彼此通过材料相容性或通过化学反应形成。当涉及相同的聚合物时，理想情况下存在材料相容性。从多层管材开发和多组分注塑的经验中可知，当将熔体置于熔体上时，例如在共挤出中，可以在升高的温度和停留时间下非常有效地实现化学键合。然而，当凝固的表面首先必须被热熔体开始熔化并且对于化学反应来说只有很少的时间可用时，相同材料组合的良好粘附性更难以实现。即使在相同种类的聚合物的情况下，如此建立的接合也可能具有不足的强度。当两种复合配对物在接合之前在其表面处开始熔化并且然后相互压紧时，出现更好的复合材料。然而，这里化学反应的时间也是短暂的，因此同种聚合物之间的接合通常比必须通过化学反应或通过材料相容性（即通过扩散过程）实现的复合材料具有更好的粘附性。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种用于制造热塑性复合材料管材的方法，其中一方面在衬里和带材基体的材料组合中实现高度的自由度，并且另一方面在关键的层界面上实现非常好的粘附性。所述问题如下解决：带材和衬里以这样的方式彼此接合，从而产生薄膜，其一个表面包含衬里表面的聚合物A，另一个表面包含带材基体的聚合物B。然后在施加热量的情况下将薄膜与衬里接合，并且在另一个步骤中通过施加热量将薄膜与第一带材层接合。因此，本专利技术提供了一种制造热塑性复合材料管材的方法，其包括以下步骤：a）提供具有在外表面的区域中包含热塑性聚合物A的壁的管状衬里；b）提供在包含热塑性聚合物B的基体中包含增强纤维的带材（以下也称为“增强带材”），其中聚合物A和聚合物B不同；c）在管状衬里上施加薄膜或在步骤d）中制得的由薄膜和由步骤b）中提供的带材构成的复合材料，其中之前、同时或之后熔化衬里的外表面以及薄膜的接触表面，其中薄膜的接触表面的区域由包含至少30重量％，优选至少40重量％，更优选至少50重量％，特别优选至少60重量％和非常特别优选至少70重量％的聚合物A的模塑料组成，和其中薄膜的相对表面的区域由包含至少30重量％，优选至少40重量％，更优选至少50重量％，特别优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造热塑性复合材料管材的方法，包括以下步骤：a）提供具有在外表面的区域中包含热塑性聚合物A的壁的管状衬里；b）提供在包含热塑性聚合物B的基体中包含增强纤维的带材，其中聚合物A和聚合物B不同；c）在管状衬里上施加薄膜或在步骤d）中制得的由薄膜和由步骤b）中提供的带材构成的复合材料，其中之前、同时或之后熔化衬里的外表面以及薄膜的接触表面，d）在薄膜的外表面上施加在步骤b）中提供的带材，其中之前、同时或之后熔化所施加的薄膜的外表面以及带材的接触表面，其特征在于：与衬里接触的薄膜的表面由包含至少30重量％的聚合物A的模塑料组成，和薄膜的相对表面由包含至少30重量％的聚合物B的模塑料组成。

【技术特征摘要】
2017.01.10 EP 17150841.91.制造热塑性复合材料管材的方法，包括以下步骤：a）提供具有在外表面的区域中包含热塑性聚合物A的壁的管状衬里；b）提供在包含热塑性聚合物B的基体中包含增强纤维的带材，其中聚合物A和聚合物B不同；c）在管状衬里上施加薄膜或在步骤d）中制得的由薄膜和由步骤b）中提供的带材构成的复合材料，其中之前、同时或之后熔化衬里的外表面以及薄膜的接触表面，d）在薄膜的外表面上施加在步骤b）中提供的带材，其中之前、同时或之后熔化所施加的薄膜的外表面以及带材的接触表面，其特征在于：与衬里接触的薄膜的表面由包含至少30重量％的聚合物A的模塑料组成，和薄膜的相对表面由包含至少30重量％的聚合物B的模塑料组成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤a）中提供的薄膜和在步骤b）中提供的带材在步骤c）之前面对面地彼此接合，使得所述带材和富含聚合物B的薄膜侧彼此焊接。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：在由所施加的带材构成的层上牢固接合地施加一个或多个另外的在基体中包含增强纤维的带材层。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：最后施加由聚合物材料构成的外侧覆盖层。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述薄膜由两个、三个或更多个彼此牢固接合的层组成。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述薄膜的至少一个层包含单向的增强纤维。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述衬里的聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：J贝格尔，H里斯，J弗拉诺施，R格林，H贝耶，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE