DK202200107A1 - Metode til at etablere en splejsning af en komposittape - Google Patents

Abstract

Splejsning af ender af komposittape omfattende fjernelse af et lag af materiale fra en første side af en ende-sektionen af en første længde af komposittape til frilæggelse af en første splejse flade; fjernelse af et lag af materiale fra en anden side af en ende-sektionen af en første længde af komposittape til frilæggelse af en anden splejse flade og splejsning af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade.

Description

DK 2022 00107 A1 1

BESKRIVELSE Metode til at etablere en splejsning af en komposittape. Opfindelsen angår en metode til at etablere en splejsning af en komposittape Komposittape finder anvendelse inden for mange forskellige teknologier. En — særlig fordel ved komposittape er, at de kan have en høj trækstyrke og samtidig en relativ lav vægt. Sådanne komposittape leveres ofte på tromler i længder op til flere hundrede meter. I visse tilfælde, f.eks. ved brug i fleksible rør, er en tromlelængde of komposittape ofte ikke tilstrækkelig, og der må anvendes flere længder af komposittape, som splejses sammen for eller under fremstilling af den ønskede genstand. Opfindelsen angår en ny og effektiv metode til at etablere en stærk og holdbar svejsning af længder af komposittape. Opfinderen af den heri beskrevne opfindelse har fundet en forbedret metode til at splejse ender af komposittape til hinanden. Den nye splejsemetode er — relativ simpel og hurtig at udføre. Endvidere har det vist sig, at splejsemetoden ifølge opfindelsen resulterer i en meget stærk splejsning, og samtidig kan splejsningen i en udførelsesform foretages uden væsentlig fortykkelse at tapen i splejsningsregionen, som det vil fremgå nedenfor. Metoden ifølge opfindelsen er som defineret i kravene. Metoden til at splejse en ende-sektion af en første længde af komposittape med en ende-sektion af en anden længde af komposittape omfatter følgende e fjernelse af et lag af materiale fra en første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape til frilæggelse af en første splejseflade, e fjernelse af et lag af materiale fra en anden side af ende-sektionen af den anden længde af komposittape til frlæggelse af en anden splejseflade og

DK 2022 00107 A1 2 e splejsning af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade. Fjernelse af et lag af materiale kan f.eks. udføres ved skæring eller høvling. Ende-sektionen af den første længde af komposittape og ende-sektionen af den anden længde af komposittape kan have samme længde, såsom en Jængde på mindst 0.5 cm, såsom op til 2 m, såsom 2-30 cm. I en udførelsesform har den første længde af komposittape og ende-sektionen af den anden længde af komposittape forskellige længder. Komposittapen kan i princippet være som kendte komposittape, typisk i form af et bindemiddel med indlejrede fibre i en ordnet eller ikke-ordnet struktur.

Den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape kan hensigtsmæssigt have samme struktur og/eller materialer.

I en udførelsesform har den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape forskellig fiberindhold og f.eks. deraf forskellige trækstyrker, hvilket i visse anvendelser kan være hensigtsmæssigt.

Den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape kan hensigtsmæssigt omfatte fibre indlejret i et bindemiddel omfattende eller bestående af en polymer, som kan være termoplastisk, hærdet og/eller hærdebar. Sådanne komposittape er kendte, og fagmanden kan ud fra denne beskrivelse vælge egnede længder af komposittape.

— Fibrene kan være alle typer og længder af fibre. Fibrene omfatter for eksempel kontinuerte fibre, kontinuerte fibre spundet af afskårne fibre og/eller snoede, flettede og/eller bundter af disse. Det er en fordel, at fibrene helt eller overvejende er orienteret i komposittapens længderetning, derved opnås en særlig høj trækstyrke.

—Fibrene kan være alle typer af fibre, der er egnet til den endelige slutanvendelse. Særligt foretrækkes det, at fibrene omfatter kulfibre,

DK 2022 00107 A1 3 glasfibre, basaltfibre, polymerfibre, såsom polyamidfibre og kombinationer deraf.

I en udførelsesform omfatter den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape et kærnelag af kompositmateriale omfattende de indlejrede fibre i bindemidlet og med en jakke, der omfatter et øvre lag og en nedre lag af en polymer, der kan være ens eller forskellig fra bindemidlet.

Jakken kan eventuelt også dække kanter af den første længde af komposittape og/eller af den anden længde af komposittape. Hvor jakken også dækker kanter af komposittapen er det hensigtsmæssigt, at den del af jakken, der eventuelt dækker sådanne kanter, helt eller delvist afhøvles inden splejsningen. Derved reduceres risiko for uønsket deformation af de splejsede komposittapelængder i svejseregionen.

Bindemidlet og eller jakken kan hensigtsmæssigt uafhængigt af hinanden være valgt blandt polypropylen (PP), polyethylen (PE) eller en fluorineret polymer, såsom polyvinylfluorid (PVDF). I en udførelsesform omfatter jakken og bindemidlet PP.

Det lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende-sektionen af den anden længde af komposittape, kan have ens tykkelse eller forskellige tykkelser.

Ofte vil det være simplest, at de lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende-sektionen af den anden længde af komposittape, har i det væsentlige ens tykkelser. Derved opnås en ønsket relativ jævn overgang ved splejsningen fra den første længde af komposittape til den andel længde af — komposittape.

Det lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende-sektionen af den anden længde af komposittape, kan med fordel have en tykkelse på mellem 10 og 50% af henholdsvis den første længde af komposittape og den anden længde

DK 2022 00107 A1 4 af komposittape, såsom en tykkelse på mellem 20 og 40% af henholdsvis den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape, såsom en tykkelse på ca. 1/3 af henholdsvis den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape, hvor tykkelsen den første længde af — komposittape og den anden længde af komposittape kan være ens eller forskellig. Det lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende-sektionen af den anden længde af komposittape, kan med fordel omfatte hele eller delvist det øvre, — henholdsvis det nedre lag af jakken. Derved kan laget fjernes på en relativt simpel måde f.eks. ved brug af en spatel, eventuelt i kombination med udskæring langs kanter af det lag, der ønskes fjernet.

Til at etablere en rigtig stærk splejsning af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade kan fremgangsmåden hensigtsmæssigt omfatte, at der anbringes et bindelag mellem den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade, hvor bindelaget kan være en thermoplastisk film, såsom en film omfattende polypropylen (PP), polyethylen (PE) eller en fluorineret polymer, såsom polyvinylfluorid (PVDF). Bindelaget kan f.eks. være af samme type og/eller samme materiale som jakken.

— Splejsningen af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade omfatter hensigtsmæssigt varmepresning af den første splejseoverflade og den anden splejseoverflade mod hinanden, fortrinsvis ved en temperatur, der er tilstrækkelig til at etablere splejsningen, såsom en temperatur, hvor bindemidlet og/eller jakke materiale blødgøres, såsom en temperatur på mellem 150 og 200°C.

I en udførelsesform omfatter splejsningen af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade, varmepresning af den første splejseoverflade og den anden splejseoverflade mod hinanden mellem to varmeplader i en pressemaskine, hvor der er en eller flere afstandselementer lokaliseret mellem

DK 2022 00107 A1 de to varmeplader til sikring af en minimumsafstand for derved at undgå uønsket deformering af splejsningen.

Uden brug af afstandselement(er) kan man risikere at presse bindemiddel ud langs kanterne af tapen i splejsningsregionen. 5 Opfindelsen omfatter også fremgangsmåde til fremstilling af et forstærkningslag af et fleksibelt rør til transport af fluid eksempelvis under vand, samt et fleksibelt rør fremstillet ved metoden.

Fremgangsmåden til fremstilling af et forstærkningslag af et fleksibelt rør til transport af fluid, omfatter splejsning af en ende-sektion af en første længde af komposittape med en ende-sektion af en anden længde af komposittape ved anvendelse af en metode som beskrevet i kravene og ovenfor.

Fremgangsmåden omfatter hensigtsmæssigt fremstilling af forstærkningslaget ved opvinding af den første længde af komposittape og med den anden længde af komposittape omkring en indre tætningskappe, hvor den første længde af komposittape og med den anden længde af komposittape splejses sammen ved metoden ifølge en udførelsesform af opfindelsen før påbegyndelse af opviklingen eller under opviklingen af den første længde af komposittape, for eksempel hvor 90% eller mere af længden af den første > længde af komposittape er opvundet.

I en udførelsesform omfatter fremgangsmåden e opvinding af den første længde af komposittape for at danne en første sektion af forstærkningslaget; e splejsning af ende-sektionen af den første længde af komposittape med ende-sektionen af den anden længde af komposittape ved anvendelse af en metode som beskrevet heri; og e opvikling af den splejsede tapesektion og den anden længde af komposittape for at danne en anden del af forstærkningslaget.

DK 2022 00107 A1 6 Forstærkningslaget kan hensigtsmæssigt være et trækarmeringslag og eller et holdelag.

Svejsemetoden ifølge opfindelsen er egnet til brug til onshore og offshore produktion af petrokemiske produkter og især til transport af kulbrinteholdige produkter.

Røret kan f.eks. anvendes til relativ horisontal transport (flow lines) langs en havbund eller landjord, eventuelt liggende på havbunden/landjorden eller helt eller delvist nedgravet.

Fleksible rør af denne type er også egnede til hel eller delvis vertikal transport (riser) såsom for transport af fluid, såsom råolie fra en undersøisk installation, såsom fra en produktionsbrgnd til en havoverfladeinstallation, såsom en platform eller en beholder.

Fleksible ubundne rør er for eksempel beskrevet i standarden "Recommended Practice for Flexible Pipe", ANSI/API 17 B femte udgave, 2014 og standarden "Specification for Unbonded Flexible Pipe", ANSI/API 173. Sådanne rør omfatter sædvanligvis en indvendig trykkappe — ofte omtalt som en indre tætningskappe (også kaldet inder-foring), som danner en barriere mod udstrømningen af væsken, som transporteres i rørets boring, og en eller sædvanligvis en flerhed af forstærkningslag som kan være af en eller flere aflange elementer (armeringselementer såsom armeringstråde eller armeringstape) af metal eller komposit i form af tråde eller tapes, der er vundet om den indre tætningskappe, i kontakt med den indre tætningskappe eller i kontakt med et mellemliggende lag.

Rørets ubundne lag er typisk termineret i en ende-fitting i hver ende af røret.

De ubundne fleksible rør kan være meget lange f.eks. 500 meter eller længere såsom op til flere kilometer og kan have en relativt stor indre diameter kaldet boring-diameter, såsom 5 cm eller større.

Forstærkningslagene omfatter typisk mindst et trykarmeringslag.

Den primære belastning på sådanne lag er forårsaget af radiale kræfter.

Et trykarmeringslag har ofte en specifik tværsnitsprofil til at låse sammen for at

DK 2022 00107 A1 7 kunne opretholde og absorbere radiale kræfter som følge af ydre eller indre tryk på røret. Tværsnitsprofilen af de viklede ledninger, som således forhindrer røret i at kollapse eller briste som følge af tryk, kaldes nogle gange trykfaste profiler.

Armeringselementerne af et trykarmeringslag er typisk vundet med en relativ stejl vinkel til rørets centerakse, såsom en vinkel på mellem 60° og 89° til rørets centerakse.

I mange kendte fleksible rørudformninger indbefatter rørlegemet et eller flere trækarmeringslag, omfattende armeringselementer, der typisk vundet med en — relativ lav vinkel til rørets centerakse, såsom en vinkel på mellem 30° og 55° til rørets centerakse. Røret kan også omfatte et forstærkningslag i form af et fastholdelseslag også kaldet et holdelag, der typisk er i form af tapes, der er vundet omkring et trækarmeringslag, og som er vundet med en relativ stejl vinkel til rørets centerakse, såsom en vinkel på mellem 60° og 89° til rørets centerakse. Et sådan fastholdelseslag har til formål at holde trækarmeringselementerne på plads for derved at undgå, at trækarmeringselementerne buler ud ved udsættelse for store kompresionskræfter. Dette er et fænomen, der især optræder, når trækarmeringselementerne er relativt stive — f.eks. når de er af metal. Fænomenet er ofte kaldet "Birdcage buckling”. Generelt kan det være en fordel, at et eller flere af forstærkningslagene er af eller omfatter komposittapes, f.eks. for at sikre en relativ lav vægt af røret og/eller at mindske korrosionsrisici. Når man anvender komposittape i fremstilling af et forstærkningslag vil det ofte være nødvendigt af anvende flere længder af komposittape, som sammenfæstnes/splejses ved respektive ender. Dette er f.eks. beskrevet i ANSI/API 17 B femte udgave, 2014, afsnit H. Ofte omfatter røret yderligere en ydre kappe, såsom et ydre beskyttelseslag, som tilvejebringer mekanisk beskyttelse. Meget ofte er den ydre kappe et

DK 2022 00107 A1 8 tætningslag, der tætner mod indtrængen af havvand, f.eks. til at beskytte forstærkningslag. I visse ubundne fleksible rør er et eller flere mellemliggende tætningslag anbragt mellem forstærkningslagene. Figur 1 viser et eksempel på et fleksibel ubundet rør. Røret omfatter fra inderst til yderst en carcasse 8, som beskytter mod kollaps a røret ved højt ydre pres; en tætningskappe 3, et trykarmeringslag 4, 2 trækarmeringslag 5,6 og et holdelag 1. Yderst er en ydre kappe 7. Forstærkningslaget, der omfatter en komposittape, der er fremstillet ved fremgangsmåden ifølge en — udførelsesform af opfindelsen, kan med fordel være et eller begge trækarmeringslag og/eller holdelaget.

Figur 2a viser et eksempel på en komposittape, set i perspektiv og i tværsnit. Længden er som beskrevet ovenfor. Komposittapen omfatter fiberbundter 10, indlejret i et bindemiddel for eksempel PP.

— Figur 3 viser en anden komposittape, der omfatter et kernelag 20 af kompositmateriale, der omfatter fibre indlejret i bindemiddel, og en jakke 21a, 21b, 21c, der omfatter et øvre jakkelag 21a, et nedre jakkelag 21b og et kantjakkelag 21c. Det lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende- sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende- sektionen af den anden længde af komposittape, kan hensigtsmæssigt omfatte det øvre, henholdsvis det nedre lag af jakken, som beskrevet ovenfor.

Figur 4 viser en yderligere komposittape, der omfatter et kernelag af kompositmateriale, der omfatter fiberbundter 31b indlejret i bindemiddel 32, og en jakke, der omfatter et øvre jakkelag 31a og et nedre jakkelag 31b. Figur 5 viser en yderligere komposittape, der er en variation af komposittapen, der er vist i figur 4 og som adskiller sig ved, at jakken yderligere omfatter kantlag 31c og et kantjakkelag 21c.

DK 2022 00107 A1 9 Det lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende-sektionen af den anden længde af komposittape, kan hensigtsmæssigt omfatte det øvre, henholdsvis det nedre lag af jakken, som beskrevet ovenfor.

Figur 6 illustrerer fjernelse af et øvre lag af materiale fra en øvre side af ende- sektion af en kompositfiber, der her har en jakke, og laget, der fjernes i det væsentlige, er det øvre jakkelag. Som vist er det hensigtsmæssigt at starte et stykke fra enden af kompositlaget og presse en spatel ned under laget, der skal fjernes og så fjerne det i retning mod enden af komposittapen. Som vist har denne komposit en kerne (her kaldet strip) af fibre indlejret i bindemiddel. Som indikeret kan tape ende-sektionen eventuelt opvarmes for lettere fjernelse af materialelaget.

Figur 7a viser et eksempel på en splejsning mellem en første længde af komposittape med en ende-sektion af en anden længde af komposittape. Her har splejsningen en længde på 200 mm, Tykkelsen af den første længde af komposittape L1 og den anden længde af komposittape L2 er 1,4 mm og tykkelsen i svejseregionen L3 er 2 mm, altså væsentlig mindre end den dobbelte tapetykkelse.

Figur 7b viser et eksempel på en splejsning mellem en første længde af komposittape T1 med en ende-sektion af en anden længde af komposittape T2. Her har splejseregionen en længden L3, Tykkelsen t: af den første længde af komposittape T1 og den anden længde af komposittape T2 er i det væsentlige ens. I splejseregionen overlapper den første længde af komposittape T1 og den anden længde af komposittape T2 hinanden i længden T3 og mellem de to overlappende tapes T1 og T2 er anbragt et bindemiddel B. Den samlede tykkelse tsv i svejseregionen er derfor mere end dobbelt så tyk som tykkelsen af de enkelte tapes T1 og T2.

Figur 7c viser et eksempel på en splejsning mellem en første længde af komposittape T1 med en ende-sektion af en anden længde af komposittape

DK 2022 00107 A1 10 T2. Her har splejseregionen en længden L3. Tykkelsen t: af den første længde af komposittape T1 og den anden længde af komposittape T2 uden for svejseregionen er i det væsentlige ens.

I splejseregionen overlapper den første længde af komposittape T1 og den anden længde af komposittape T2 — hinanden i længden T3 og fra hver af de to tapes T1 og T2 er der i svejseregionen fjernet et lag materiale.

Mellem de to overlappende tapes T1 og T2 er anbragt et ikke vist bindemiddel.

Den samlede tykkelse to i svejseregionen er som vist mindre end den dobbelte tyk som tykkelsen af de enkelte tapes T1 og T2. Det foretrækkes, at den samlede tykkelse tsv i svejseregionen er mellem tykkelsen t af hver af the respektive tapes T1 og T2 of 1.8 * tykkelsen t af hver af the respektive tapes T1 og T2.

Claims (17)

DK 2022 00107 A1 1 PATENTKRAV

1. En metode til at splejse en ende-sektion af en første længde af komposittape med en ende-sektion af en anden længde af komposittape, — metoden omfatter e fjernelse af et lag af materiale fra en første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape til frilæggelse af en første splejseflade, e fjernelse af et lag af materiale fra en anden side af ende-sektionen af den anden længde af komposittape til frlæggelse af en anden splejseflade og e splejsning af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade.

2. Metode ifølge krav 1, hvor ende-sektionen af den første længde af komposittape og ende-sektionen af den anden længde af komposittape har samme længde, såsom en længde på mindst 0.5 cm, såsom op til 2 m, såsom 2-30 cm.

3. Metode ifølge krav 1 eller krav 2, hvor den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape er i de væsentlige af samme struktur og /eller materialer og hvor de kan have ens eller forskellige længder.

4, Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape omfatter fibre indlejret i et bindemiddel omfattende eller bestående af en polymer, som kan være termoplastisk, hærdet og/eller hærdebar.

5. Metode ifølge krav 4, hvor fibrene omfatter kontinuerte fibre, kontinuerte fibre spundet af afskårne fibre og/eller snoede, flettede og/eller bundter af disse.

DK 2022 00107 A1 2

6. Metode ifølge krav 4, eller krav 5, hvor fibrene omfatter kulfibre, glasfibre, basaltfibre, polymerfibre, såsom polyamidfibre og kombinationer deraf.

7. Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor den første længde af — komposittape og den anden længde af komposittape omfatter et kærnelag af kompositmateriale omfattende de indlejrede fibre i bindemidlet og med en jakke, der omfatter et øvre lag og en nedre lag af en polymer, der kan være ens eller forskellig fra bindemidlet, jakken kan eventuelt også dække kanter af den første længde af komposittape og/eller af den anden længde af komposittape, idet den del af jakken, der eventuelt dækker sådanne kanter kan helt eller delvist afhøvles inden splejsningen.

8. Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor bindemidlet og eller jakken uafhængigt af hinanden er valgt blandt polypropylen (PP), polyethylen (PE) eller en fluorineret polymer, såsom polyvinyl fluorid (PVDF).

9. Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor det lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende-sektionen af den anden længde af komposittape, har ens eller forskellig tykkelse, såsom en tykkelse på mellem 10 og 50% af henholdsvis den første længde af komposittape og den anden > længde af komposittape, såsom en tykkelse på mellem 10 og 50% af henholdsvis den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape, såsom en tykkelse på ca. 1/3 af henholdsvis den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape, hvor tykkelsen af den første længde af komposittape og den anden længde af komposittape kan være ens eller forskellig.

10. — Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor det lag, der fjernes fra henholdsvis den første side af ende-sektionen af den første længde af komposittape og den anden af ende-sektionen af den anden længde af

DK 2022 00107 A1 3 komposittape, i det væsentlige er det øvre henholdsvis det nedre lag af jakken.

11. — Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor splejsningen af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade omfatter, at der — anbringes et bindelag mellem den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade, hvor bindelaget kan være en thermoplastisk film, såsom en film omfattende polypropylen (PP), polyethylen (PE) eller en flourineret polymer, såsom polyvinylfluorid (PVDF).

12. — Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor splejsningen af den — første splejseoverflade til den anden splejseoverflade omfatter varmepresning af den første splejseoverflade og den anden splejseoverflade mod hinanden, fortrinsvis ved en temperatur, der er tilstrækkelig til at etablere splejsningen, såsom en temperatur, hvor bindemidlet og/eller jakke materiale blødgøres, såsom en temperatur på mellem 150 og 200°C.

13. Metode ifølge ethvert af de foregående krav, hvor splejsningen af den første splejseoverflade til den anden splejseoverflade omfatter varmepresning af den første splejseoverflade og den anden splejseoverflade mod hinanden mellem to varmeplader i en pressemaskine, hvor der er en eller flere afstandselementer lokaliseret mellem de to varmeplader til sikring af en — minimumsafstand for derved at undgå uønsket deformering af splejsningen.

14. Fremgangsmåde til fremstilling af et forstærkningslag af et fleksibelt rør til transport af fluid eksempelvis under vand, hvilken fremgangsmåde omfatter splejsning af en ende-sektion af en første længde af komposittape med en ende-sektion af en anden længde af komposittape ved anvendelse af en metode ifølge ethvert af de foregående krav.

15. Fremgangsmåde ifølge krav 14, hvor fremgangsmåden omfatter fremstilling af forstærkningslaget ved opvinding af den første længde af komposittape og med den anden længde af komposittape omkring en indre tætningskappe, hvor den første længde af komposittape og med den anden

DK 2022 00107 A1 4 længde af komposittape splejses sammen ved metoden ifølge ethvert af krav 1-13 før påbegyndelse af opviklingen eller under opviklingen af den første længde af komposittape, for eksempel hvor 90% eller mere af længden af den første længde af komposittape er opvundet.

16. Fremgangsmåde ifølge krav 14, eller krav 15, hvor fremgangsmåden omfatter e opvinding af den første længde af komposittape for at danne en første sektion af forstærkningslaget; e splejsning af ende-sektionen af den første længde af komposittape med ende-sektionen af den anden længde af komposittape ved anvendelse af en metode ifølge ethvert af de foregående krav 1-13; og e opvikling af den splejsede tapesektion og den anden længde af komposittape for at danne en anden del af forstærkningslaget.

17. Fremgangsmåde ifølge krav 14, hvor fremgangsmåden omfatter — forstærkningslaget er et trækarmeringslag og eller et holdelag.