BR102018000389B1

BR102018000389B1 - Processo para produzir um tubo compósito termoplástico, tubo compósito termoplástico com lâmina intermediária de múltiplas camadas e seu uso

Info

Publication number: BR102018000389B1
Application number: BR102018000389-5A
Authority: BR
Inventors: Jasmin BERGER; Hans Ries; Jürgen Franosch; Rainer Goring; Horst Beyer
Original assignee: Evonik Operations Gmbh
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2018-01-08
Publication date: 2023-04-25
Also published as: RU2709588C2; BR102018000389A8; US20180195647A1; CN108286627B; MY185763A; ES2734306T3; RU2017146778A3; JP2022122918A; CA2991382A1; BR102018000394A8; RU2017146778A; CA2991382C; CN108286627A; US10816113B2; BR102018000389A2; EP3345749B1; EP3345749A1; BR102018000394A2; AR110890A1; JP2018111309A

Abstract

Trata-se de um processo para produzir um tubo compósito termoplástico que compreende as etapas a seguir: a) fornecer um liner tubular que tem uma parede que compreende um polímero termoplástico A na região da superfície externa; b) fornecer uma fita que compreende fibras de reforço em uma matriz que compreende um polímero termoplástico B, em que o polímero A e o polímero B são diferentes; c) aplicar um filme ou um compósito que é produzido na etapa d) e é composto de um filme e uma fita fornecida na etapa b) ao liner tubular, com a fusão da superfície externa do liner e da superfície de contato do filme antecipada, simultânea ou posteriormente, d) aplicar a fita fornecida etapa b) à superfície externa do filme, com a fusão da superfície externa do filme aplicado e da superfície de contato da fita antecipada, simultânea ou posteriormente, em que a superfície do filme que é colocada em contato com o liner consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero A até um ponto de pelo menos 30 em peso, e em que a superfície oposta do filme consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero B até um (...).

Description

[0001] A invenção se refere a um tubo compósito reforçado por fibra flexível que compreende um liner interno (também chamado de "liner" para abreviação doravante), uma ou mais lâminas de fita, e uma lâmina intermediária de camada única ou de múltiplas camadas que é disposta entre o liner interno e a lâmina de fita e liga as mesmas, e um processo para produção das mesmas. O material do liner interno, a matriz das lâminas de fita e dos polímeros para a lâmina intermediária são termoplásticos. O tubo compósito de acordo com a invenção é usado para a produção de óleo e gás, especialmente para a produção de óleo ou gás offshore, como um riser, como um umbilical, para o transporte do óleo ou gás processado através do leito do mar do poço ao riser, ou para o transporte em terra.

[0002] Na técnica anterior, o que são chamados de tubos flexíveis não ligados são muito frequentemente usados para esse setor de aplicação. Os tubos desse tipo compreendem um revestimento interno, tipicamente na forma de um tubo plástico, como uma barreira para a saída do fluido que é conduzido, e também uma ou mais camadas de blindagem no lado de fora desse revestimento interno. O tubo flexível não ligado pode compreender camadas adicionais, por exemplo, uma ou mais camadas de blindagem no lado de dentro do revestimento interno, a fim de impedir o colapso do revestimento interno sob alta pressão externa. Tal blindagem interna é tipicamente referida como carcaça. Além disso, um casco externo pode estar presente a fim de fornecer uma barreira contra o ingresso de líquido a partir do ambiente externo nas camadas de blindagem ou camadas funcionais poliméricas ou metálicas mais para dentro, e como proteção contra as tensões mecânicas externas.

[0003] Os típicos tubos flexíveis não ligados são descritos por meio de exemplo nos documentos WO 01/61232, US 6 123 114 e US 6 085 799; os mesmos são, além do mais, descritos em mais detalhes em API Recommended Practice 17B, “Recommended Practice for Flexible Pipe", 3a edição, março de 2002, e também em API Specification 17J, “Specification for Unbonded Flexible Pipe", 2a Edição, novembro de 1999.

[0004] O termo “não ligado“ nesse contexto significa que pelo menos duas das camadas, inclusive das camadas de reforço e camadas plásticas, não têm qualquer ligação adesiva mútua. Na prática, o tubo compreende pelo menos três camadas de blindagem que, em todo o comprimento do tubo, não têm ligação mútua seja direta ou indiretamente, isto é, por meio de outras camadas. Isso torna o tubo flexível até um ponto que permite que o mesmo seja enrolado para fins de transporte.

[0005] Em tubos flexíveis não ligados convencionais, a camada (ou camadas) de blindagem normalmente consiste em fios de aço, perfis de aço ou tiras de aço dispostas na forma de uma espiral, em que as camadas individuais podem ser formadas com diferentes ângulos de enrolamento em relação ao eixo geométrico do tubo (blindagem de tração), e blindagem de pressão enrolada principalmente na direção circunferencial. Em tais tubos flexíveis não ligados, o componente de aço é exposto aos efeitos corrosivos do meio que é conduzido. Devido à escolha resultante de material e à construção complexa, os tubos desse tipo são comparativamente custosos. O alto peso intrínseco é muito desvantajoso especialmente no caso de risers relativamente longos para produção de óleo offshore em águas profundas.

[0006] Por algum tempo, houve descrições de desenvolvimentos em que os tubos compósitos termoplásticos são empregados. Esses são tubos que têm, como lâmina interna, um liner interno de camada única ou múltiplas camadas compostas de material termoplástico. Uma lamina compósita é aplicada ao mesmo, em um caso coesivamente ligado ou em alguns casos mesmo de maneira não ligada, por exemplo, através de enrolamento de fitas reforçadas por fibra unidirecionalmente. Os tubos compósitos desse tipo são descritos, por exemplo, nos documentos WO 95/07428 e WO 99/67561. A produção dos mesmos é descrita adicionalmente nos documentos WO 02/095281, WO 2006/107196, WO 2012/118378, WO 2012/118379 e WO 2013/188644.

[0007] É um problema geral no caso desses tubos compósitos que a ligação entre uma lâmina de fita rica em fibra e a superfície contígua no caso de uma combinação de material subótimo ser inadequado para suportar as tensões na instalação e operação, especialmente em aplicações offshore, como fixações aos encaixes ou montagem com dispositivos de preensão, e as condições de teste rígidas às quais as construções desse tipo são submetidas. Faz-se menção, no presente documento, a título de exemplo ao destacamento de camadas no teste de compressão de gás rápida ou sob a ação de forças de flexão significativas. São feitas tentativas, portanto, na técnica anterior, de preferência, ao uso de polímero do mesmo tipo para a matriz de fita e uma superfície contígua, por exemplo, a superfície externa do liner interno (vide, por exemplo, “Thermoplastic Composite Pipe: An Analysis And Testing Of A Novel Pipe System For Oil & Gas”; apresentação de J.L.C.G. de Kanter e J. Leijten na ICCM 17 conference in Edinburgh, UK, 2009).

[0008] No caso de tubos compósitos termoplásticos com liners de parede única, tubos de liner produzidos a partir de polietileno são usados na faixa de baixa temperatura (temperatura sustentada até cerca de 50 °C), e os tubos de liner produzidos a partir de poliamida como PA11 ou PA12 nas temperaturas mais altas até cerca de 80 °C. Em temperaturas ainda mais altas, os materiais de alto custo como difluoreto de polivinilideno (PVDF) ou até mesmo poliéter éter cetona (PEEK) são usados. Levando-se em consideração as demandas em relação à estabilidade química, à resistência ao envelhecimento e à estabilidade térmica, é possível, em muitos casos, usar os compósitos que compreendem uma matriz composta de PA11 ou PA12. No entanto, uma questão que surge, em geral, no caso de combinação de materiais distintos é como a adesão necessária deve ser obtida entre a lâmina de fita e o liner ou a lâmina de fita e o casco externo.

[0009] Recentemente, particularmente no caso de tubos flexíveis não ligados, foram publicados desenvolvimentos em que o liner interno não consiste mais em um tubo de parede única, mas consiste em um tubo de múltiplas camadas com geralmente duas ou três camadas. Os tubos plásticos de múltiplas camadas desse tipo são conhecidos por muitos anos a partir do campo de tubos de combustível para veículos motores. No entanto, os sistemas de extrusão disponíveis para esse fim são projetados para tubos dotados de diâmetros pequenos, isto é, para diâmetros de muito menos que 50 mm e, em geral, para diâmetros de 6 a 12 mm. Para aplicações no setor de óleo e gás, no entanto, diâmetros muito maiores são necessários - de acordo com a aplicação, os diâmetros internos comuns são de 1 a 10 polegadas (25,4 a 254 mm). No entanto, os sistemas que podem produzir esses diâmetros estão, usualmente, disponíveis apenas para a produção de tubos de camada única. O retroajuste de sistemas de múltiplas camadas existentes para grandes diâmetros ou o retroajuste de sistemas de tubo de monocamada existentes para grandes tubos de múltiplas camadas é associado a altas demandas de tempo e custos e, em alguns casos, é quase possível devido ao espaço necessário. Ademais, as combinações de polímero desejadas de superfície de liner e matriz de fita com um liner de duas ou três camadas não são nem alcançáveis em muitos casos.

[0010] A pessoa versada na técnica está ciente de que o compósito pode ser formado a partir de duas camadas termoplásticas diferentes entre si seja por meio de compatibilidade de material ou por meio de reações químicas. A compatibilidade de material existe no caso ideal quando o mesmo polímero está envolvido. Sabe-se, pela experiência com o desenvolvimento de tubo de múltiplas camadas e da moldagem por injeção de múltiplos componentes que as ligações químicas podem ser obtidas de modo um tanto eficaz com temperatura elevada e tempo de permanência quando o material fundido é aplicado para se fundir, por exemplo, em coextrusão. No entanto, a boa adesão da combinação de material idêntico é muito mais difícil de obter quando uma superfície solidificada tem, primeiro, que ser fundida em superfície por meio de uma fusão a quente e apenas pouco tempo está disponível para uma reação química. Mesmo no caso de polímeros do mesmo tipo, uma ligação então estabelecida pode ter resistência inadequada. Um compósito melhor surge quando dois elementos compósitos são fundidos na superfície do mesmo antes da junção e, então, pressionados um contra o outro. No entanto, também no presente documento, o tempo para uma reação química é curto, e, então, as ligações entre polímeros equivalentes têm, em geral, melhor adesão do que as ligações que têm que ser implantadas através de uma reação química ou por meio de compatibilidade de material (isto é, através de processos de difusão).

[0011] O problema tratado pela invenção é aquele de fornecer um processo para produzir um tubo compósito termoplástico com o qual, em primeiro lugar, todos os graus de liberdade são obtidos na combinação de material de liner e matriz de fita e que, em segundo lugar, fornece adesão muito boa nas delimitações críticas de camada.

[0012] O problema subjacente é solucionado em que a fita e o liner são ligados entre si de modo a produzir um filme, cuja superfície compreende o polímero A da superfície de liner e cuja outra superfície compreende o polímero B da matriz de fita. O filme é, então, ligado ao liner com aplicação de calor e, em uma etapa adicional, ligado à primeira lâmina de fita com aplicação de calor.

[0013] A invenção fornece, então, um processo para produzir um tubo compósito termoplástico, que compreende as etapas a seguir: a) fornecer um liner tubular que tem uma parede que compreende um polímero termoplástico A na região da superfície externa; b) fornecer uma fita que compreende fibras de reforço em uma matriz que compreende um polímero termoplástico B (também chamado de “fita de reforço” doravante); em que o polímero A e o polímero B são diferentes; c) aplicar um filme ou um compósito que é produzido na etapa d) e é composto de um filme e uma fita fornecida na etapa c) ao liner tubular, com a fusão da superfície externa do liner e da superfície de contato do filme antecipada, simultânea ou posteriormente, em que a região da superfície de contato do filme consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero A até um ponto de pelo menos 30 % em peso, de preferência, até um ponto de pelo menos 40 % em peso, com mais preferência, até um ponto de pelo menos 50 % em peso, especialmente, de preferência, até um ponto de pelo menos 60 % em peso e, com máxima preferência, até um ponto de pelo menos 70 % em peso, e em que a região da superfície oposta do filme consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero B até um ponto de pelo menos 30 % em peso, de preferência, até um ponto de pelo menos 40 % em peso, com mais preferência, até um ponto de pelo menos 50 % em peso, especialmente, de preferência, até um ponto de pelo menos 60 % em peso e, com máxima preferência, até um ponto de pelo menos 70 % em peso; d) aplicar a fita fornecida etapa b) à superfície externa do filme, com a fusão da superfície externa do filme aplicado e da superfície de contato da fita antecipada, simultânea ou posteriormente; e) aplicar, opcionalmente, mais lâminas de fita que compreendem fibras de reforço em uma matriz de uma maneira ligada coesivamente à lâmina de fita aplicada, f) aplicar, de modo opcionalmente final, uma lâmina de cobertura externa composta de um material polimérico.

[0014] A invenção deve ser elucidada em detalhes doravante.

[0015] O liner tubular tem, em geral, um diâmetro interno na faixa de 15 a 400 mm, de preferência, na faixa de 20 a 300 mm e, com mais preferência, na faixa de 25 a 255 mm. A espessura da parede do mesmo está, em geral, na faixa de 2 a 40 mm, de preferência, na faixa de 2,5 a 30 mm e, com mais preferência, na faixa de 3 a 20 mm. O liner pode ter uma única camada ou múltiplas camadas. Se tiver uma única camada, o mesmo consiste em um composto de moldagem que compreende pelo menos 30 % em peso, de preferência, pelo menos 40 % em peso, com mais preferência, pelo menos 50 % em peso, ainda com mais preferência, pelo menos 60 % em peso e, especialmente de preferência, pelo menos 70 % em peso, pelo menos 80 % em peso ou pelo menos 85 % em peso do polímero A, com base em cada caso no composto de moldagem geral. Se o liner tiver múltiplas camadas, a camada externa consiste nesse composto de moldagem; a camada interna pode consistir em um composto de moldagem que tem, por exemplo, um efeito de barreira ou uma função de proteção química em relação aos componentes do meio a ser conduzido. As camadas interna e externa podem ser ligadas entre si por uma camada de promotor de adesão.

[0016] O polímero A pode, por exemplo, ser uma poliolefina, uma poliamida, uma poliftalamida (PPA), um naftalato de polietileno, um naftalato de polibutileno, um fluoropolímero, um sulfeto de polifenileno (PPS), uma poliéter sulfona, uma polifenil sulfona (PPSU) ou uma poliéter éter cetona como PEEK ou PEK. Em uma modalidade preferencial, o composto de moldagem do liner de camada única ou o composto de moldagem da camada externa de um liner de múltiplas camadas não compreende qualquer polímero adicional além do polímero A.

[0017] A fita fornecida na etapa b) compreende fibras de reforço. Essas podem, por exemplo, ser fibras de vidro, fibras de carbono, fibras de aramida, fibras de boro, fibras de cerâmica (por exemplo, compostas de Al2O3 ou SiO2), fibras de basalto, fibras de carboneto de silício, fibras de poliamida, fibras de poliéster, fibras de poliéster cristalino líquido, fibras de poliacrilonitrila, e fibras de poli-imida, poliéter imida, sulfeto de polifenileno, poliéter cetona ou poliéter éter cetona. A seção transversal das fibras pode, por exemplo, ser circular, retangular, oval, elíptica ou em formato de casulo. Com fibras de seção transversal que se desviam do formato circular (por exemplo, fibras de vidro planas), é possível obter um nível de enchimento mais elevado na parte finalizada e, portanto, maior resistência. As fibras podem ser usadas na forma de fibras curtas ou fibras longas ou, de preferência, na forma de fibras contínuas, por exemplo, na forma de um ponto estreito ou, com mais preferência, na forma de uma lâmina de fibra unidirecional.

[0018] A proporção em volume das fibras de reforço na fita e, em geral, de 10 % a 85 %, de preferência, de 15 % a 80 %, com mais preferência, de 20 % a 75 % e, especialmente de preferência, de 25 % a 70 %.

[0019] A matriz dessa fita consiste em um composto de moldagem que compreende pelo menos 30 % em peso, de preferência, pelo menos 40 % em peso, com mais preferência, pelo menos 50 % em peso, ainda com mais preferência, pelo menos 60 % em peso e, especialmente de preferência, pelo menos 70 % em peso, pelo menos 80 % em peso ou pelo menos 85 % em peso do polímero B, com base em cada caso no composto de moldagem geral. O polímero B pode, por exemplo, ser uma poliolefina, uma poliamida, uma poliftalamida (PPA), um naftalato de polietileno, um naftalato de polibutileno, um fluoropolímero, um sulfeto de polifenileno (PPS), uma poliéter sulfona, uma polifenil sulfona (PPSU) ou uma poliéter éter cetona como PEEK ou PEK. O polímero A e o polímero B são diferentes. Isso significa que são diferentes em termos de composição química; diferenças em peso molecular, no grau de ramificação ou nos grupos finais são imateriais.

[0020] A fita pode ser produzida por meio de qualquer método da técnica anterior. A produção de fitas reforçadas por fibra contínua unidirecional é descrita em detalhes, por exemplo, nos documentos EP 0 056 703 A1, EP 0 364 829 A2, US 4 883 625, WO 2012/149129, WO 2013/188644 e WO 2014/140025. Os métodos de produção possíveis são, por exemplo, aplicação por fusão, impregnação com uma solução de polímero e remoção do solvente, impregnação de filme ou impregnação de pó.

[0021] Tipi camente, a fita usada tem uma largura de 5 a 500 mm e, de preferência, uma largura de 8 a 200 mm, enquanto a espessura está tipicamente na faixa de 0,1 a 1 mm, de preferência, na faixa de 0,1 a 0,5 mm e, com mais preferência, na faixa de 0,15 a 0,35 mm. A lâmina compósita geral, isto é, a soma total de todas as lâminas de fita, no presente documento, está na faixa de 1 a 100 mm, de preferência, na faixa de 5 a 90 mm e, com mais preferência, na faixa de 10 a 80 mm. Para diferentes lâminas de fita, é possível usar diferentes geometrias de fita. As fitas usadas podem ter qualquer seção transversal adequada.

[0022] Os polímeros mencionados a título de exemplo para o polímero A e o polímero B são bem conhecidos por aqueles versados na técnica e estão comercialmente disponíveis em uma multiplicidade de redes comerciais e, portanto, não há necessidade de qualquer descrição mais específica. Os exemplos de poliolefinas úteis incluem polipropileno, polietileno e polietileno reticulado. As poliamidas adequadas são, por exemplo, PA6, PA66, PA610, PA88, PA8, PA612, PA810, PA108, PA9, PA613, PA614, PA812, PA128, PA1010, PA10, PA814, PA148, PA1012, PA11, PA1014, PA1212 e PA12 ou uma poliéter amida ou poliéter éster amida com base em uma dessas poliamidas. A poliftalamida pode, por exemplo, ser PA66/6T, PA6/6T, PA6T/MPMDT (MPMD significa 2- metilpentametilenodiamina), PA9T, PA10T, PA11T, PA12T, PA14T, PA6T/6I, PA6T/10T, PA6T/12, PA10T/11, PA10T/12 ou PA612/6T. Os fluoropolímeros adequados são, por exemplo, fluoreto de polivinilideno (PVDF), copolímero de etileno- tetrafluoroetileno (ETFE), um ETFE modificado com o auxílio de um componente terciário, por exemplo, propeno, hexafluoropropeno, fluoreto de vinila ou fluoreto de vinilideno (por exemplo, EFEP), copolímero de etileno- clorotrifluoroetileno copolímero (E-CTFE), policlorotrifluoroetileno (PCTFE), copolímero de éter clorotrifluoroetileno-perfluoroalquil vinílico- tetrafluoroetileno (CPT), copolímero de tetrafluoroetileno- hexafluoropropeno-fluoreto de vinilideno (THV), copolímero de tetrafluoroetileno-hexafluoropropeno (FEP) ou copolímero de éter tetrafluoroetileno-perfluoroalquil vinílico (PFA). Também úteis no presente documento são copolímeros à base de fluoreto de vinilideno que incluem até 40 % em peso de outros monômeros, por exemplo, trifluoroetileno, clorotrifluoroetileno, etileno, propeno e hexafluoropropeno.

[0023] Os componentes de moldagem usados de acordo com a invenção podem, assim como o polímero A ou o polímero B, compreender opcionalmente polímeros e auxiliares ou aditivos comuns. Em uma modalidade preferencial, o composto de moldagem para o liner não compreender quaisquer polímeros adicionais além do polímero A. Em uma modalidade preferencial adicional, os componentes de moldagem ambos do liner e das fitas de reforço não compreendem quaisquer polímeros adicionais além do polímero A ou do polímero B.

[0024] O filme aplicado na etapa c) é um filme de camada única em uma primeira modalidade, e um filme de múltiplas camadas em uma segunda modalidade.

[0025] Na primeira modalidade, o componente termoplástico do filme consiste em um composto de moldagem que compreende pelo menos 30 % em peso, de preferência, pelo menos 35 % em peso e, com mais preferência, pelo menos 40 % em peso do polímero A, e pelo menos 30 % em peso, de preferência, pelo menos 35 % em peso e, com mais preferência, pelo menos 40 % em peso de polímero B, com base em cada caso no composto de moldagem geral. Uma vez que os polímeros A e B são diferentes, os mesmos são geralmente incompatíveis entre si. Nesse caso, o composto de moldagem tem que compreender um compatibilizador, ou os dois polímeros A e B são pelo menos parcialmente unidos entre si por meio de reações químicas.

[0026] Um exemplo de um composto de moldagem com compatibilizador é um composto de moldagem que compreende uma poliamida como PA11 ou PA12 até um ponto de pelo menos 30 % em peso, um fluoropolímero como PVDF até um ponto de pelo menos 30 % em peso, e uma quantidade eficaz de um copolímero de acrilato. Os copolímeros de acrilato adequados são revelados, por exemplo, no documento EP 0 673 762 A2. É possível, por exemplo, que 0,1 % a 10 % em peso do copolímero de acrilato esteja presente no composto de moldagem; na produção do composto de moldagem, é adequado para pré-misturar o fluoropolímero e o copolímero de acrilato no material fundido.

[0027] Um exemplo de um composto de moldagem com ligação química é um composto de moldagem que compreende uma poliamida como PA11 ou PA12 até um ponto de pelo menos 30 % em peso e uma poliamida ou poliftalamida (PPA) semiaromática como PA6T/6, PA6T/66, PA6T/6I, PA6T/10T ou PA6T/12 até um ponto de pelo menos 30 % em peso. No caso de mistura na fusão, devido ao fato de que as altas temperaturas, reações de transamidação ocorrem no presente, dando ligar aos copolímeros em blocos que têm blocos de PA11 ou PA12 e blocos de PPA. Esses agem como compatibilizadores entre os dois componentes.

[0028] Na segunda modalidade, o filme de múltiplas camadas no mais simples caso consiste em duas camadas. O mesmo consiste, de preferência, em três camadas. Pode consistir, alternativamente, em quatro, cinco ou ainda mais camadas. Há apenas um limite superior ao número de camadas em que é impraticável extrusar as camadas de finura ilimitada. Por razões de praticidade, o limite superior é, portanto, 9 camadas e, de preferência, 7 camadas.

[0029] Os exemplos de filmes de duas camadas são: - Camada orientada no sentido do liner e composta de um composto de moldagem que compreende de 50 % a 80 % em peso de polímero A e de 20 % a 50 % em peso de polímero B, e camada orientada no sentido da fita e composta de uma composição de moldagem que compreende de 50 % a 80 % em peso de polímero B e de 20 % a 50 % em peso de polímero A. Os dois componentes de moldagem também compreendem adequadamente de 0,1 % a 10 % em peso de um compatibilizador. As porcentagens no presente documento, como nos exemplos que seguem, se baseiam no composto de moldagem geral. - No caso de um liner que tem uma superfície de PVDF externa, sendo que a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem - ue compreende pelo menos 30 % em peso de PVDF e de - ,5 % a 50 % em peso do copolímero de acrilato revelado no documento EP 0 673 762 A2; a camada orientada no sentido da fita consiste na mesma poliamida que a matriz da fita, por exemplo, PA11 ou PA12, até um ponto de pelo menos 50 % em peso. - No caso de um liner que tem uma superfície de PPA externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende pelo menos 40 % em peso da mesma PPA; a camada orientada no sentido da fita consiste na mesma poliamida que a matriz da fita, por exemplo, PA11 ou PA12, até um ponto de pelo menos 50 % em peso. Ambos os componentes de moldagem podem compreender adicionalmente de 0,1 % a 25 % em peso de um modificador de impacto poliolefínico contendo grupos anidros ácidos. - No caso de um liner que tem uma superfície de PPS externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende pelo menos 50 % em peso de PPS e de 3 % a 30 % em peso de um modificador de impacto poliolefínico contendo grupos anidros ácidos que também podem conter unidades de acrilato (nome comercial, por exemplo, LOTADER®); a camada orientada no sentido da fita consiste na mesma poliamida que a matriz da fita, por exemplo, PA11 ou PA12, até um ponto de pelo menos 50 % em peso. - No caso de um liner que tem uma superfície de PA11 ou PA12 externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende a mesma poliamida até um ponto de pelo menos 40 % em peso e 30 % a 60 % em peso de um polipropileno ou polietileno contendo grupos anidros ácidos; a camada orientada no sentido da fita consiste no mesmo polipropileno ou polietileno que a matriz da fita até um ponto de pelo menos 50 % em peso. - No caso de um liner que tem uma superfície de PEEK orientada, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende PEEK até um ponto de pelo menos 30 % em peso e uma poli-imida ou poliéter imida até um ponto de 20 % a 70 % em peso; a camada orientada no sentido da fita consiste no mesmo PPA que a matriz da fita até um ponto de pelo menos 50 % em peso, em que a PPA para essa camada tem, de preferência, um excesso de grupos finais amino para aprimorar a adesão. A PPA para a matriz de fita pode diferir da mesma em termos do teor do grupo final.

[0030] Os exemplos de filmes de três camadas são: - Camada orientada no sentido do liner e composta de um composto de moldagem que compreende pelo menos 40 % em peso de polímero A. Essa é seguida por uma camada de promotor de adesão composta de um composto de moldagem que compreende pelo menos 30 % em peso de polímero A, pelo menos 30 % em peso de polímero B e, opcionalmente, de 0,1 % a 20 % em peso de compatibilizador. A camada orientada no sentido da fita compreende o polímero B até um ponto de pelo menos 40 % em peso. - No caso de um liner que tem uma superfície de PVDF externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende pelo menos 30 % em peso e, de preferência, pelo menos 50 % em peso de PVDF. Essa é seguida por uma camada de promotor de adesão composta de um polímero de acrilato de acordo com o documento EP 0 673 762 A2 ou de uma mistura de poliamida/copolímero de acrilato de acordo com o documento EP 0 618 390 A1. A camada orientada no sentido da fita consiste na mesma poliamida que a matriz da fita até um ponto de pelo menos 50 % em peso; exatamente como a poliamida da camada de promotor de adesão; os exemplos desses são PA11 ou PA12. - No caso de um liner que tem uma superfície de PPA externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende pelo menos 40 % em peso da mesma PPA. Essa é seguida por uma camada de promotor de adesão composta de um composto de moldagem que compreende pelo menos 30 % em peso dessa PPA e pelo menos 30 % em peso da poliamida a ser ligada ao mesmo. A camada orientada no sentido da fita consiste na mesma poliamida que a matriz da fita até um ponto de pelo menos 50 % em peso; por exemplo, PA11 ou PA12. - No caso de um liner que tem uma superfície de PPS externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende PPS até um ponto de pelo menos 50 % em peso. Essa é seguida por uma camada de promotor de adesão composta de um composto de moldagem que compreende pelo menos 50 % em peso de PPS e de 3 % a 30 % em peso de um modificador de impacto poliolefínico que contém grupos anidros ácidos e também pode conter unidades de acrilato (nome comercial, por exemplo, LOTADER®). A camada orientada no sentido da fita consiste na mesma poliamida que a matriz da fita até um ponto de pelo menos 50 % em peso; por exemplo, PA11 ou PA12. - No caso de um liner que tem uma superfície de PA11 ou PA12 externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende a mesma poliamida até um ponto de pelo menos 40 % em peso. Essa é seguida por uma camada de promotor de adesão composta de um polietileno funcionalizado anidrido ácido (se a matriz da fita se basear em polietileno) ou um polipropileno funcionalizado anidrido ácido (se a matriz da fita se basear no polipropileno). A camada orientada no sentido da fita consiste no mesmo polietileno ou polipropileno que a matriz da fita até um ponto de pelo menos 50 % em peso. - No caso de um liner que tem uma superfície de PEEK externa, a camada do filme orientada no sentido do liner consiste em um composto de moldagem que compreende PEEK até um ponto de pelo menos 40% em peso. Essa é seguida por uma camada de promotor de adesão composta de um composto de moldagem que compreende pelo menos 50 % em peso de uma poli-imida ou poliéter imida. A camada orientada no sentido da fita consiste no mesmo PPA que a matriz da fita até um ponto de pelo menos 50 % em peso, em que a PPA para essa camada contém, de preferência, um excesso de grupos finais amino para aprimorar a adesão. A PPA para a matriz de fita pode diferir da mesma em termos do teor do grupo final.

[0031] As porcentagens em peso nesses exemplos são meramente ilustrativas; as mesmas podem ser variadas de acordo com as Figuras gerais dadas nas reivindicações na descrição.

[0032] Os filmes de camada única são produzidos de uma maneira conhecida por meio de extrusão, e filmes de múltiplas camadas de uma maneira igualmente conhecida por meio de coextrusão, revestimento por extrusão ou laminação.

[0033] O filme a ser aplicado está geralmente na forma de uma fita. A fita de filme é enrolada ao redor do liner na forma de um espiral, sendo que o ângulo depende da largura da fita e do diâmetro do liner. O que importa é cobrir a superfície externa do liner de modo substancialmente contínuo e, de preferência, de modo praticamente completo e contínuo; o ângulo de enrolamento não é importante à princípio, contanto que o enrolamento livre de vincos dessa lâmina de filme seja possível. Vantajosamente, o filme é enrolado de modo que não haja sobreposição nem lacunas. No entanto, as ligeiras sobreposições ou lacunas podem ser possivelmente toleradas. O enrolamento é efetuado sob uma pressão de contato que é gerada pela tensão de enrolamento ou por um aparelho de pressionamento. A fim de aumentar a resistência à tração do filme e, por conseguinte, prevenir a ruptura do filme amaciado no curso do enrolamento, uma ou mais camadas de filme podem conter fibras de reforço unidirecionais. A fim de não piorar a adesão das camadas contíguas, no entanto, é aconselhável, no presente documento, não escolher um teor de fibra muito alto. Em geral, os teores de fibra na faixa de 3 % a 20 % em volume são suficientes. Uma modalidade específica dessa é um filme composto de três ou mais camadas em que a camada intermediária (no caso de um filme com três camadas) ou pelo menos uma das camadas intermediárias (no caso de um filme composto de mais de três camadas) compreende fibras de reforço unidirecionais. Nesse caso, o teor de fibra pode, por exemplo, estar na faixa de 3 % a 40 % em volume. As fibras de reforço unidirecionais são geralmente orientadas na direção axial da fita de filme. Os filmes de múltiplas camadas desse tipo que compreendem uma camada reforçada por fibra podem ser produzidos, por exemplo, laminando-se as camadas individuais, extrusando-se as camadas não reforçadas em uma camada reforçada, ou extrusando-se componentes de moldagem em uma lâmina de filme dispersa.

[0034] Em uma modalidade possível, o filme fornecido é ligado diretamente à fita da primeira lâmina de fita sobre uma área; nesse caso, a fita e a lateral do filme que é enriquecido no polímero B são soldados entre si. Nessa modalidade, a etapa d) é executada. Uma vantagem dessa modalidade é que a tensão de enrolamento necessária não pode levar à ruptura do filme, uma vez que é reforçada pela fita. Um compósito desse tipo pode ser produzido, por exemplo, através de laminação da fita e do filme.

[0035] O que é importante é que ambas as faces de contato são fundidas na soldagem do liner e do filme. Em uma modalidade, as duas faces de contato são fundidas na superfície, por exemplo, por meio de irradiação de infravermelho, ar quente, gás quente, radiação de laser, radiação de micro-ondas ou diretamente por meio de aquecimento por contato. As faces de contato que foram fundidas na superfície são, então, pressionadas uma contra a outra, por exemplo, com o auxílio da tensão por enrolamento ou por meio de um corpo de contato, por exemplo, um cilindro ou uma mandíbula. A pressão de contato deve ser, então, mantida até que as regiões fundidas tenham se solidificado. Em uma modalidade adicional, o filme é enrolado e, então, fundido a partir do lado de fora, seja indireta ou diretamente por meio de um corpo de contato passível de aquecimento. O resultado do aquecimento tem que ser calibrado de modo que a superfície externa do liner também comece a fundir no presente. Portanto, a pressão de contato é mantida até que as regiões fundidas na superfície tenham se solidificado. Esse processo pode ser conduzido com o auxílio de uma estação de enrolamento e uma estação de consolidação a jusante, conforme descrito, por exemplo, no documento WO 2012/118379.

[0036] A espessura do filme tem que ser suficiente para ter capacidade de absorver as forças de enrolamento. Por outro lado, o filme tem que ser suficientemente flexível. O filme tem geralmente uma espessura na faixa de 0,1 a 3 mm, de preferência, na faixa de 0,3 a 2 mm e, com mais preferência, na faixa de 0,5 a 1,2 mm.

[0037] Na etapa d), a fita é aplicada à estrutura então obtida com a aplicação de uma pressão por contato. Como no caso do filme, a pressão de contato necessária pode ser obtida através da tensão de enrolamento ou por meio de um corpo de contato. Também no presente documento, em uma modalidade, as duas faces de contato são fundidas na superfície, por exemplo, por meio de radiação de infravermelho, ar quente, gás quente, radiação de laser, radiação de micro-ondas ou diretamente por meio de aquecimento por contato. As superfícies de contato parcialmente fundidas são, então, pressionadas uma contra a outra. A pressão de contato deve ser, então, mantida até que as regiões fundidas tenham se solidificado. Em uma modalidade adicional, a fita é enrolada e, então, fundida a partir do lado de fora, seja indireta ou diretamente por meio de um corpo de contato passível de aquecimento. O resultado do aquecimento tem que ser calibrado de modo que a superfície externa do filme aplicado anteriormente também comece a fundir no presente. Portanto, a pressão de contato é mantida até que as regiões fundidas na superfície tenham se solidificado. O enrolamento da fita e o enrolamento de quaisquer lâminas de fita adicionais na etapa e) é a técnica anterior; nenhuma descrição exata do procedimento é, portanto, necessária. Para fins de detalhes, é feita referência à técnica anterior citada na parte introdutória da descrição.

[0038] Quaisquer lâminas de fita adicionais que foram enroladas na etapa e), em uma modalidade preferencial, têm uma matriz composta de um composto de moldagem que compreende pelo menos 30 % em peso, de preferência, pelo menos 40 % em peso, com mais preferência, pelo menos 50 % em peso, ainda com mais preferência, pelo menos 60 % em peso e, especialmente de preferência, pelo menos 70 % em peso, pelo menos 80 % em peso ou pelo menos 85 % em peso do polímero B, com base em cada caso no composto de moldagem geral. Em uma modalidade adicional, as mesmas têm uma matriz composta de um composto de moldagem com base em um outro polímero, desde que a ligação coesiva à lâmina de fita anterior possa ser garantida. Por exemplo, a adesão pode ser gerada do mesmo modo que o descrito acima por meio de um filme de camada única ou de múltiplas camadas de construção adequada. No caso dessas lâminas de fita adicionais também, a proporção em volume das fibras de reforço na fita é, em geral, de 10 % a 85 %, de preferência, de 15 % a 80 %, com mais preferência, de 20 % a 75 % e, especialmente de preferência, de 25 % a 70 %, em que as fibras estão, de preferência, na forma de uma lâmina de fibra unidirecional.

[0039] A fim de proteger a lâmina de fita externa, é opcionalmente possível aplicar, finalmente, uma lâmina de cobertura externa de um material polimérico. Essa é um composto de moldagem termoplástico ou um elastômero reticulável ou reticulado termoplástico. A lâmina de cobertura, de preferência, se adere firmemente à lâmina de fita externa. Com esse propósito, é vantajoso escolher o material para a lâmina de cobertura de modo que compreenda pelo menos 30 % em peso do mesmo polímero que na matriz para a lâmina de fita externa ou de um polímero compatível com o mesmo. Nesse caso, a lâmina de cobertura pode ser aplicada, por exemplo, por meio de um molde de extrusão de cruzeta e, por conseguinte, ligada coesivamente à lâmina de fita. Se a lâmina de cobertura, no entanto, se basear em um polímero que é incompatível com o material para a lâmina de fita externa, é possível, do mesmo modo que o descrito acima, gerar a adesão por meio de um filme de camada única ou de múltiplas camadas de constituição correspondente. A adesão também pode ser gerada através da reticulação de um elastômero reticulável.

[0040] A invenção também fornece um tubo compósito termoplástico que pode ser produzido com o uso do processo de acordo com a invenção. O mesmo compreende, de dentro para fora, os componentes a seguir: a) um liner tubular que tem uma parede que compreende um polímero termoplástico A na região da superfície externa; b) uma lâmina intermediária que é direta e coesivamente ligada ao liner e em que a região da área de contato ligada ao liner consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero A até um ponto de pelo menos 30 % em peso, de preferência, até um ponto de pelo menos 40 % em peso, com mais preferência, até um ponto de pelo menos 50 % em peso, especialmente de preferência, até um ponto de pelo menos 60 % em peso e, com máxima preferência, até um ponto de pelo menos 70 % em peso, e em que a região da área de contato oposta ligada à lâmina de fita subsequente consiste em um composto de moldagem que compreende um polímero B termoplástico até um ponto de pelo menos 30 % em peso, de preferência, até um ponto de pelo menos 40 % em peso, com mais preferência, até um ponto de pelo menos 50 % em peso, especialmente de preferência, até um ponto de pelo menos 60 % em peso e, com máxima preferência, até um ponto de pelo menos 70 % em peso; C) uma lâmina de fita que é direta e coesivamente ligada à lâmina intermediária e compreende fibras de reforço em uma matriz que compreende o polímero B, d) opcionalmente uma ou mais lâminas de fita adicionais que compreendem fibras de reforço em uma matriz e são, cada uma, coesivamente ligadas à lâmina de fita anterior; e) opcionalmente uma lâmina de cobertura externa composta de um material polimérico, em que o polímero A e o polímero B são diferentes.

[0041] As configurações individuais desse tubo compósito termoplástico serão evidentes a partir dos detalhes acima relacionados ao processo de produção.

[0042] No processo de acordo com a invenção, a formação de compósito entre os polímeros idênticos na etapa de processo crítica obtém melhor qualidade de adesão. Além disso, é possível usar tubos de liner de camada única. As plantas de extrusão de tubo grande existentes podem, portanto, continuar a serem utilizadas sem modificação.

[0043] O tubo de acordo com a invenção é especialmente adequado para aplicações offshore em produção de óleo e gás, por exemplo, para o transporte dos produtos para as plataformas, para conexão com os tubos de aço, como um tubo de transporte e, especialmente, por exemplo, como um umbilical, com um riser, como uma linha de ponte, uma linha de escoamento, uma linha de intervenção, uma linha de descida, como uma linha de injeção ou como uma linha de pressão. A invenção estabelece, igualmente, o uso para transporte de hidrocarbonetos possivelmente pressurizados ou misturas dos mesmos, como óleo cru, gás cru, trifase (isto é, mistura de óleo/gás/água), óleo processado (já parcialmente processado no leito do mar), gás processado, gasolina ou diesel, de meios de injeção como água (por exemplo, para manter a pressão na caverna), produtos químicos de campo petrolífero, metanol ou CO2, e para condução de óleo hidráulicos (por exemplo, para atuadores no leito do mar). Ademais, o tubo de acordo com a invenção também é adequado como uma linha de condução de pressão no setor onshore ou em outras aplicações industriais, especialmente naquelas em que as forças relativamente altas têm que ser transmitidas na direção de tubo axial com ligação por encaixe à força entre o tubo e o elemento de conexão.

Claims

1. Processo para produzir um tubo compósito termoplástico que compreende as etapas a seguir: a) fornecer um liner tubular que tem uma parede que compreende um polímero termoplástico A na região da superfície externa; b) fornecer uma fita que compreende fibras de reforço em uma matriz que compreende um polímero termoplástico B, em que o polímero A e o polímero B são diferentes; c) aplicar um filme ou um compósito que é produzido na etapa d) e é composto de um filme e uma fita fornecida na etapa b) ao liner tubular, com a fusão da superfície externa do liner e da superfície de contato do filme antecipada, simultânea ou posteriormente; d) aplicar a fita fornecida na etapa b) à superfície externa do filme, com a fusão da superfície externa do filme aplicado e da superfície de contato da fita antecipada, simultânea ou posteriormente, caracterizado pelo fato de que a superfície do filme que é colocada em contato com o liner consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero A até um ponto de pelo menos 30 % em peso, e em que a superfície oposta do filme consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero B até um ponto de pelo menos 30 % em peso.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filme fornecido na etapa a) e a fita fornecida na etapa b), antes da etapa c), são ligados entre si por uma área de modo que a fita e o lado do filme que é rico em polímero B são soldados entre si.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma ou mais lâminas de fita adicionais que compreendem fibras de reforço em uma matriz são coesivamente ligadas à lâmina da fita aplicada.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma lâmina de cobertura externa de um material polimérico é finalmente aplicada.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o filme consiste em duas, três ou mais camadas coesivamente ligadas entre si.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada do filme compreende fibras de reforço unidirecionais.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o polímero A do liner é selecionado a partir do grupo dentre poliolefina, poliamida, poliftalamida, naftalato de polietileno, naftalato de polibutileno, fluoropolímero, sulfeto de polifenileno, poliéter sulfona, polifenil sulfona e poliarileno éter cetona.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o polímero B da fita é selecionado a partir do grupo dentre poliolefina, poliamida, poliftalamida, naftalato de polietileno, naftalato de polibutileno, fluoropolímero, sulfeto de polifenileno, poliéter sulfona, polifenil sulfona e poliarileno éter cetona.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o reforço de fibra das fitas está na forma de uma lâmina de fita unidirecional.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o teor de fibra das fitas é de 10 % a 85 % em volume.

11. Tubo compósito termoplástico caracterizado por compreender os componentes a seguir: a) um liner tubular que tem uma parede que compreende um polímero termoplástico A na região da superfície externa; b) uma lâmina intermediária que é direta e coesivamente ligadas ao liner e, em que a região da área de contato ligada ao liner consiste em um composto de moldagem que compreende o polímero A até um ponto de pelo menos 30 % em peso, e em que a região da área de contato oposta ligada à lâmina de fita subsequente consiste em um composto de moldagem que compreende um polímero termoplástico B até um ponto de pelo menos 30 % em peso; c) uma lâmina de fita que é direta e coesivamente ligada à lâmina intermediária e compreende fibras de reforço em uma matriz que compreende o polímero B, d) opcionalmente uma ou mais lâminas de fita adicionais que compreendem fibras de reforço em uma matriz e são, cada uma, coesivamente ligadas à lâmina de fita anterior; e) opcionalmente uma lâmina de cobertura externa composta de um material polimérico, em que o polímero A e o polímero B são diferentes.

12. Tubo compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ser um umbilical, um riser, uma linha de ponte, uma linha de escoamento, uma linha de intervenção, uma linha de descida, uma linha de injeção ou uma linha de pressão.

13. Uso do tubo compósito termoplástico, conforme definido nas reivindicações 11 e 12, caracterizado por ser para o transporte de óleo cru, gás cru, trifase, óleo processado, gás processado, gasolina, diesel ou meios de injeção ou para condução de óleos hidráulicos.