[發明專利]熱塑性復合材料

在審

• 申請號: 201780060852.1
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN109789687A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 馬吉德·阿爾-蘇巴伊迪;內維爾·多德斯;維尼特·嘉;詹姆斯·拉托;大衛·芬奇
• 申請（專利權）人: GE油氣英國有限公司
• 主分類號: B32B27/30
• 分類號: B32B27/30;B32B1/08;B32B5/08;B32B27/08;B32B27/12;B29C53/56;F16L11/08;D02G3/16
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 殷爽

一種制造柔性管層的方法，該方法包括：將聚合物細絲和碳纖維細絲混雜以形成緊密混合物，形成混雜細絲的紗線，將紗線形成帶，并將帶施加到管體上以形成柔性管層。

技術領域

本發明涉及熱塑性復合材料和用于形成這種復合材料的方法。特別地，但非排他地，本發明涉及由熱塑性復合材料形成的柔性管。本發明還涉及制造柔性管層的方法。

背景技術

傳統上，柔性管用于將生產流體如油和/或氣體和/或水從一個位置輸送到另一個位置。柔性管特別適用于將海底位置(其可以是水下深處)連接到海平面位置。柔性管通常形成為柔性管體和一個或多個端部配件的組件。管體通常形成為形成承壓導管的層狀材料的組合。管結構允許大的變形量而不會產生彎曲應力，彎曲應力損害管在其壽命期間的功能性。管體通常構建為包括金屬和聚合物層的組合結構。

無連接柔性管已用于深水(小于3,300英尺(1,005.84米))和超深水(大于3,300英尺)的開發。正是由于對石油的需求不斷增加，導致勘探發生在越來越大的深度，其環境因素更加極端。例如，在這種深水和超深水環境中，海底溫度會增加輸送流體冷卻到可能導致管堵塞的溫度的風險。增加的深度也增加了與其中柔性管必須操作的環境相關的壓力。

在許多已知的柔性管設計中，管體包括一個或多個壓力保護層(pressure armourlayer)。這些層上的主要載荷由徑向力形成。壓力保護層通常具有特定的橫截面輪廓以互鎖，以便能夠保持和吸收由管上的外部或內部壓力產生的徑向力。防止管由于壓力而坍塌或破裂的繞線的橫截面輪廓有時被稱為耐壓型材。當壓力保護層由形成箍組件的螺旋繞線形成時，來自管上的外部或內部壓力的徑向力導致箍組件膨脹或收縮，從而在線上施加拉伸載荷。

提高載荷響應并因此改善保護層性能的一種方法是由更厚和更堅固且因此更穩健的材料制造層。例如，對于壓力保護層，其中層通常由繞線形成，其中相鄰的繞組在層互鎖中，由較厚的材料制造線導致強度適當地增加。然而，隨著使用更多材料，柔性管的重量增加。最終，柔性管的重量可能成為使用柔性管的限制因素。此外，使用越來越厚的材料制造柔性管明顯地增加了材料成本，這也可能是一個缺點。

發明內容

本發明人開發了一種可用于在管周圍形成保護層的材料。與通常由纏繞的互鎖金屬線形成的傳統保護層不同，新材料基于熱塑性復合材料。

根據本發明的第一方面，提供了一種制造柔性管層的方法，該方法包括將聚合物細絲和碳纖維細絲混雜以形成緊密混合物，形成混雜細絲的紗線，將紗線形成帶，并將帶施加到管體上以形成柔性管層。

根據本發明的另一方面，提供了一種熱塑性復合材料，其包括含氟聚合物細絲和碳纖維細絲，其中所述含氟聚合物細絲和所述碳纖維細絲混雜以形成緊密混合物，并且其中所述含氟聚合物具有40至80g/10min范圍內的熔體流動指數(230℃/2.16kg)。

上述熱塑性復合材料可以形成為帶。

根據本發明的另一方面，還提供了一種柔性管，其包括至少一個管層，該管層由如前文描述的復合材料帶形成或可由其獲得。

本發明還提供一種包括管層的柔性管，其包括由包含聚合物和碳纖維的熱塑性復合材料形成的第一區域，其中碳纖維以第一濃度存在，和由(i)包含聚合物和碳纖維的熱塑性復合材料，其中碳纖維以第二濃度存在；或(ii)基本上由聚合物組成的聚合物組合物形成的第二區域。

根據本發明的又一方面，提供一種制造如本文描述的熱塑性復合材料的方法，其包括將聚合物細絲和碳纖維細絲混雜以形成緊密混合物。

混雜的聚合物細絲和碳纖維細絲可以形成為紗線。幾根紗線可以彼此相鄰地布置以形成紗線組件(assembly)，然后將其壓縮以形成帶。帶可以纏繞在管體上以形成管狀管層。然后，可以加熱管狀管層以熔化碳纖維細絲周圍的聚合物細絲以形成含氟聚合物基質。所得結構可以是柔性管層，例如壓力保護層。