JP2018520313A - 浮力モジュール - Google Patents

Abstract

浮力モジュール（２００）は、熱可融性粉末及びガラス製マイクロスフェアの組合せであって、それらが低密度及び高度な圧縮強度の両方を有する硬化シンタクチックフォームを提供するように加熱されたものを含む、フォーム組成物から作製される。外側バリア（２２０）が、浮力モジュールを取り囲んでいてもよい。

Description

浮力モジュール及びそれを作製する方法が提供される。より詳細には、提供される浮力モジュールは、シンタクチックフォーム材料を含有する海底用浮力モジュールを含む。

様々な海底用途には、ライザー、アンビリカル及びケーブルなどの、可撓性導管の使用が必要とされる。多くの場合、これらの導管は、海底構造物と表面容器又はプラットフォームとの間をつなげ、これらの本体間の連通を可能にする。導管及びその関連する構造体の一体化を保持するため、導管は一般に、ゆるやかかつなだらかに曲げられた構成で維持される必要がある。これにより、導管を大きな張力下に置くことなく、妥当な範囲の動きが可能になる。

配置された浮力モジュールは、選択された導管部分を上に持ち上げることにより、このような海底の「波型」構成体をもたらす方法を提供する。これらのモジュールは、通常、２つの主要構成成分：浮上ユニット及び浮上ユニットを導管に結合するための固定機構を有する。浮力モジュールは、海底油田及びガス探査及び遠隔操作される海底の輸送機関において幅広く使用されている。これらの浮力モジュールは、海底の掘削加工用ライザーと使用されると、掘削リグの先端張力を低下させることができる。

近代の海底油田及びガスリグが、徐々に深く移動するにつれて、浮力モジュールの技術的要求が、一層、厳しいものとなる。モジュールの一貫した物理寸法を可能にするため、低密度であることと同時に、一層の深水での用途のための高度な耐静水圧を実現することが望ましい。これらの特性は、逆相関することが多いので、両方を同時に実現することは、工学技術の大きな難題となり得る。

既存の浮力モジュールでは、浮上ユニットは、中空フィラーを含有するエポキシシンタクチックフォームから作製されてきた。一部の製造業者は、１０〜１００ミリメートルの範囲の直径を有する、複合体マクロスフィアから作製されたフォームを使用した浮力モジュールを探索してきた。このようなフォームは、低密度を実現することができるが、マクロスフィアの破壊強度が比較的乏しいので、耐静水圧が不良である傾向がある。

他の製造業者は、浮力モジュールを製造するために、液状エポキシ樹脂と混合される軽いフィラーとして、中空ガラス製マイクロスフェアを使用してきた。これらのより小さなサイズのフィラーは、マクロスフィアと比べて破壊強度は大きいが、その使用は、製造上の問題をもたらす恐れがある。これらのグラスバブルズを混ぜ込むと液体樹脂混合物の粘度が増加し、このことは、容易に加工するための十分低い粘度を維持しながら使用し得るフィラーの量を制限する恐れがある。この問題は、反応性希釈剤をブレンドすることによって軽減することができるが、これらの希釈剤は、硬化エポキシにおいて、脆弱さ、及び一般に見劣りのする機械特性をもたらすことが観察された。液状エポキシ樹脂の更なる欠点は、硬化剤と一旦混合すると、これらの材料の可使期間が制限されることである。

提供される浮力モジュールは、低密度及び高度な圧縮強度の両方を有する、硬化シンタクチックフォームを実現するよう加熱された熱可融性粉末及びガラス製マイクロスフェアの組合せを使用して作製される。

第１の態様では、浮力モジュールを作製する方法が提供される。本方法は、以下の構成成分：３５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び４０〜６５体積％のガラス製マイクロスフェアをブレンドすることにより混合物を得ること（ここで、各量は混合物の全体積に対するものである）と、混合物を成形することと、熱可融性粉末を真空下で加熱して硬化シンタクチックフォームを得ること（ここで、真空は、ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、硬化シンタクチックフォーム中に埋め込まれた空隙を実質的にすべて除去するのに十分なものである）とを含む。

第２の態様では、浮力モジュールを作製する方法であって、以下の構成成分：１５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び４０〜９５体積％のガラス製マイクロスフェアをブレンドすることにより混合物を得ること（ここで、各量は混合物の全体積に対するものである）と、混合物を成形することと、熱可融性粉末を真空下で加熱して硬化シンタクチックフォームを得ることと、硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上にバリア層を適用することとを含む、方法が提供される。

第３の態様では、３５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び４０〜６５体積％のガラス製マイクロスフェアを含む硬化シンタクチックフォーム（ここで、各量は硬化シンタクチックフォームの全体積に対するものである）を備えた、浮力モジュールであって、硬化シンタクチックフォームは、ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、埋め込まれた空隙を実質的に含まない、浮力モジュールが提供される。

第４の態様では、１５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び
４０〜８５体積％のガラス製マイクロスフェアを含む硬化シンタクチックフォーム（ここで、各量は硬化シンタクチックフォームの全体積に対するものである）と、硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上に配置されているバリア層とを備えた、浮力モジュールが提供される。

例示的な一実施形態による可撓性導管に結合された浮力モジュールの斜視図である。 組立体の３つの異なる段階における、図１の浮力モジュールを示す斜視図である。 例示的な別の実施形態による一部が分解された浮力モジュールの斜視図である。

本明細書及び図面において繰り返し使用されている参照符合は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことが意図されている。本開示の原理の範囲及び趣旨に収まる他の多くの改変及び実施形態が当業者によって考案され得ることを理解すべきである。図面は、縮尺通りに描かれていない場合がある。

用語の定義
本明細書で使用する場合、
「粒径」は、所与の粒子の最長寸法を意味する。
「実質的に含まない」は、所与の組成物の全重量に対して２体積％未満有することを意味する。

詳細な説明
深海での用途に使用することが可能な、浮力モジュールの構造の態様及び組成の態様が、本明細書に記載されている。本明細書は、多様な浮力モジュールの構成、フォーム組成物、バリア層組成物、並びにそれらの作製方法及び組み立て方法に関するものとする。

浮力モジュールの構成
例示的な一実施形態による浮力モジュールが図１に示されており、本明細書において、符号１００により表されている。この図では、浮力モジュール１００は、完全に組み立てられたときに略円筒形状を有し、取り外し可能に導管１０２に結合されている。導管１０２は、一般に可撓性であり、一方の端がプラットフォーム又は水の表面にある他の構造物に連結することができ、その反対側の端は、深海の装置に連結することができるが、このような連結は、本明細書では例示されていない。

浮力モジュール１００は、導管１０２を取り囲むように係合している本体１０４、及び本体１０４を取り囲んで、本体１０４の導管１０２への固定を補助している一対のベルト１０６を含む。ベルト１０６は、洋服に使用されるベルトのバックルと目的が同じである、ベルト１０６の両端を互いに手作業により結合する個々のラッチ１０８を使用して、固定及び解除することができる。

図２は、浮力モジュール１００が導管１０２に結合されている場合に見える、浮力モジュール１００の内部要素を例示している。

図２の右側に示されている通り、浮力モジュール１００は、完全に組み立てた状態で示されている。本体１０４は、示されている通り、導管１０２の周りを取り囲む、対をなすクラムシェル型構成で、一体となる２つの対称部分１１０（この場合、半分）からなる。部分１１０は、容易に離れて、浮力モジュール１００の取り外し、又は導管１０２に沿うその位置の長手方向の調節を可能にする。代替として、本体１０４は、３つ以上の区域に分割され得る。

導管１０２の長手方向に浮力モジュール１００を取り付けるため、作業者は、導管１０２にしっかりとクランプできる、継ぎ目のあるクリンプ機構１１２（図２にも示されている）を使用して、導管１０２に沿って長手方向にスライドするのを制限することができる。図中に更に示されている通り、本体１０４の部分１１０はそれぞれ、補足凹部１１４を有するチャネル１１３を有し、浮力モジュール１００が組み立てられると、クリンプ機構１１２がそこに収まる。こうして、クリンプ機構１１２は、本体１０４の内部で締まりばめを提供し、それによりモジュール１００を定位置にしっかりと保持する一方、必要が生じた場合、作業者による容易な取り外し又は調節のどちらも可能にする。

図３は、例示的な導管２０２上の代替的な浮力モジュール２００を示している。この実施形態は、導管２０２に直接結合しているクリンプ機構２１２や相補部分２１０に分割されている本体２０４など、上述の浮力モジュール１００と特徴を共有している。

ある種の差異も現れている。例えば、本体２０４の各部分２１０は、反対の部分２１０（図３には図示されていない）にある補足フィーチャと対をなす形状をしている１つ以上の位置決めフィーチャ２１６を有しており、それらが互いに留められている場合、隣接する部分２１０との間を相対的にスライドするのを防止する。

図３に更に例示されている通り、本体２０４の各部分２１０は、内部コア部材２１８及び外側バリア層２２０を含む。好ましい実施形態では、内部コア部材２１８は、本明細書において開示されるフォーム組成物から作製される。フォーム組成物が、モジュール２００の浮力の主要な要因となる。外側バリア層２２０は、特に限定されないが、有利には、コア部材２１８よりも、強靱で、耐久性がある及び／又は耐水性のある材料から作製され得る。

フォーム組成物
提供されるフォーム組成物は、ポリマーマトリックス材料中に封入される中空ガラス製マイクロスフェア（時として、グラスバブルズ又はマイクロバルーンと呼ばれる）から作製されるシンタクチックフォーム組成物を含む。このポリマーマトリックス材料は、熱可融性粉末から誘導される。フォーム組成物の好ましい実施形態は、フォームの物理特性を悪化させる傾向がある、いかなる反応性希釈剤も含有しない。

好ましい組成物では、ガラス製マイクロスフェアは、低密度と高い強度の組合せを有する、すなわち、これらのマイクロスフェアは、曲げられた場合又は圧縮された場合、耐破壊性でありながら、同時に高い度合いの浮力を実現するべきである。特に、好適なガラス製マイクロスフェアは、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも１２マイクロメートル又は少なくとも１５マイクロメートルのメジアン径を有することが分かった。上限値に関すると、好適なガラス製マイクロスフェアは、最大で７０マイクロメートル、最大で４５マイクロメートル又は最大で３５マイクロメートルのメジアン径を有する。

ガラス製マイクロスフェアはまた、連続マトリックス材料内部のその充填密度に影響を及ぼす、様々な粒径分布を有することができる。サイズ分布は、特に制限される必要はないが、ガラス製マイクロスフェアの良好な充填は、少なくとも５、少なくとも７又は少なくとも１０のＤ_８０−Ｄ_２０直径比（８０パーセンタイルと２０パーセンタイルとの間の粒径の割合）を使用して実現することができる。同一又は代替の実施形態では、Ｄ_８０−Ｄ_２０直径比は、最大で２０、最大で３０又は最大で５０であり得る。

ガラス製マイクロスフェア構成成分は、フォーム組成物の全体積に対して、少なくとも４０体積％、少なくとも４５体積％、少なくとも５０体積％、少なくとも５５体積％、又は少なくとも６０体積％の量で存在することができる。有用な実施形態では、ガラス製マイクロスフェアは、フォーム組成物の全体積に対して、最大で８５体積％、最大で８０体積％、最大で７５体積％、最大で７０体積％、又は最大で６５体積％の量で存在し得る。

熱可融性粉末は、１つ以上の熱可塑性物質を含むことができる。好適な熱可塑性物質は、例えば、超高分子量ポリエチレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド及びポリエーテルケトンケトン、並びにそれらのコポリマー及び混合物を含むことができる。

代替として、又は組み合わせて、熱可融性粉末はまた、熱硬化性物質又は架橋可能な物質を含んでもよい。特に有用な熱硬化性物質としては、一成分型架橋性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、修飾ポリエステル、ウレタンアクリル、ウレタンポリエステル、エポキシ官能化アクリル、メタクリル酸グリシジルアクリル、ポリエステルトリグリシジルイソシアヌレート並びにそれらのコポリマー及び混合物が挙げられる。

熱可融性粉末は、通常の取付け及び操作条件下で、硬化したフォーム組成物が一緒に密着して結合するのを可能にするのに十分な連続性をもたらす量で存在すべきである。例示的な実施形態は、混合物の全体積に対して、少なくとも１５体積％、少なくとも２０体積％、少なくとも２５体積％、少なくとも３０体積％又は少なくとも３５体積％有する。このような実施形態は、混合物の全体積に対して、最大で６０体積％、最大で５５体積％、最大で５０体積％、最大で４５体積％又は最大で４０体積％有し得る。

熱可融性粉末は、ガラス製マイクロスフェアと十分な混合を可能にするよう、十分に大きい粒径を有することが好ましく、また、混合物が加熱及び／又は硬化された際に、樹脂構成成分が容易に分散して、ガラス製マイクロスフェアの周りの隙間空間を充填できるよう、十分に小さい粒径を有することが好ましい。場合により、熱可融性粉末は、少なくとも１マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル又は少なくとも１０マイクロメートルのメジアン粒径を有する。場合により、熱可融性粉末は、最大で２００マイクロメートル、最大で１００マイクロメートル又は最大で４０マイクロメートルのメジアン粒径を有する。

熱可融性粉末の望ましい範囲の粒径は、ガラス製マイクロスフェアの粗さに一部依存する。２つの粒子構成成分間の顕著な不均衡さは、混合効率をかなり複雑にするか、又は害になる恐れがある。好ましい実施形態では、熱可融性粉末及びガラス製マイクロスフェアは、少なくとも０．５：１、少なくとも０．７５：１又は少なくとも０．８５：１のメジアン粒径比を有する。好ましい実施形態では、熱可融性粉末及びガラス製マイクロスフェアは、最大で１．２５：１、最大で１．１５：１又は最大で１．０５：１のメジアン粒径比を有する。

バリア層組成物
バリア層は、海底の物体又は導管自体との摩耗及び衝撃による損傷からフォーム組成物を保護する目的に役立つ。バリア層はまた、ある種のポリマーを経時的に分解させる、及び脆くする恐れがある、紫外線などの光線からの損傷に対するバリアをもたらすことができる。最後に、バリア層は、水、油、又は溶媒などの液体が、フォーム内に浸潤するのを防止するのに有益であろう。

好ましくは、バリア層は、丈夫な硬質材料から作製される。一部の実施形態では、バリア層は、ポリマーからなる。好適なポリマーとしては、シリコーン、ポリウレタン、エポキシ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエステル、フルオロポリマー、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレンが挙げられる。

バリア用材料はまた、アルミニウム、鋼鉄及びそれらの合金などの、金属性材料を含むことができる。

高い強度を提供するため、バリア層は、繊維添加物などの１種以上の強化用添加物を更に含んでもよい。個々の繊維添加物は、ポリマーに配合されてもよく、又はポリマー内部の別個の層として形成されてもよい。この目的に有用な繊維材料としては、例えば、ガラス、カーボン、ポリマー、セラミック、無機物及び金属が挙げられる。

硬化シンタクチックフォームの総合的な強度は、高い静水圧時における破壊、及び浮力モジュールと海中の他の物体との間のわずかな衝突の結果としてのへこみ形成に対する耐性が十分となるよう高くあるべきである。好ましい実施形態では、硬化シンタクチックフォームは、少なくとも３０ＭＰａ、少なくとも５０ＭＰａ又は少なくとも６０ＭＰａの静水力学強度を示す。好ましい実施形態では、硬化シンタクチックフォームは、最大１７０ＭＰａ、最大１４０ＭＰａ又は最大１００ＭＰａの静水力学強度を示す。

硬化シンタクチックフォームの浮力は、その密度に反映される。密度がより低いとより大きな浮力がもたらされ、例えば、ガラス製マイクロスフェアの添加量を増加させることにより実現することができる。この密度は、少なくとも０．４５ｇ／ｃｍ^３、少なくとも０．５０ｇ／ｃｍ^３又は少なくとも０．５５ｇ／ｃｍ^３とすることができる。硬化シンタクチックフォームの密度は、最大で０．８０ｇ／ｃｍ^３、最大で０．７０ｇ／ｃｍ^３、又は最大で０．６６ｇ／ｃｍ^３であり得る。

作製方法
提供される浮力モジュールは、可融性樹脂粉末、ガラス製マイクロスフェアを他の任意選択的な添加物と一緒にして混合し、この混合した複合材料を所望の形状に成形し、次に、加熱して成形済みシンタクチックフォーム材料を形成させることにより作製することができる。次に、存在する場合、外側バリア層を、フォームの上に配置することができる。ポリマーバリア層が存在する場合、積層、ポリマー溶液を用いた浸漬またはコーティング、熱成形又は他の任意の公知の方法で行うことができる。バリア層が金属から作製される場合、バリア層は、封止可能な囲いに予め形成することができ、フォームがこの囲いに収容されて、続いて、この囲いを封止する。

有利なことに、この方法を使用すると、マトリックス材料と混合された中空マイクロスフェアの量は、十分に混合されている状態を維持しつつ、非常に幅広い範囲で様々とすることができる。これにより、高い強度及び低い密度の両方を示す、シンタクチックフォームの製造が可能になる。

対照的に、液状エポキシをベースとする系は、複合体混合物の粘度が増加し、このような混合物を配合することが十分にできないために、より多量のマイクロスフェアの添加量で作製することが困難となることが多い。このような配合が可能な場合であっても、高い粘度は、マイクロスフェアの分散混合及び脱気工程の妨げとなる恐れがあり、これらにより、最終フォーム材料中に空隙ができる恐れがある。小さな程度の空隙は許容され得るが、空隙は、フォーム強度に悪影響を及ぼす傾向があり、かつ水をフォームに浸透させて浮力を低下させるため、一般に望ましいものではない。

未硬化複合体粉末混合物は、次に、型成形又は他の方法で、所望の形状に成形される。成形工程中、熱が加えられ、それにより、熱可融性粉末はガラス製マイクロスフェアの周囲を取り囲み、それにより、シンタクチックフォームが製造される。粉末混合物が十分に分散して分布している条件では、混合物の隙間に位置している空隙は、流動可能となった（now-flowable）樹脂により充填された状態になるにつれて、実質的に消失し得る。

好ましい実施形態では、粉末混合物の加熱は、減圧下又は真空下で行われる。有利なことに、真空下での粉末混合物の加熱及び成形は、それが硬化する（hardens or cures）際に、取り込まれた空隙をフォームから除去するのを更に助けることができる。それから誘導された硬化シンタクチックフォームは、いかなる埋め込まれた空隙（ガラスマイクロスフィアに関する物以外）を実質的に含まないで作製することができる。場合により、硬化したフォームは、このような埋め込まれた空隙を最大で１．５体積％、１体積％又は０．５体積％有する。

場合により、樹脂の製造業者に推奨された硬化スケジュールに基づいて、様々な温度及び様々な期間で多段階加熱も使用され、フォームの均一な硬化を促進することができる。これらは、シンタクチックフォームの所望の特性を実現するよう、更に適合させることができる。好ましい実施形態では、エポキシ粉末を硬化する推奨温度は、１００℃〜１７０℃の範囲である。

提供される浮力モジュール及び作製方法は、以下の非排他的な実施形態により、更に例示することができる：
１． 浮力モジュールを作製する方法であって、以下の構成成分：３５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び４０〜６５体積％のガラス製マイクロスフェアをブレンドすることにより混合物を得ること（ここで、各量は混合物の全体積に対するものである）と、混合物を成形することと、熱可融性粉末を真空下で加熱して硬化シンタクチックフォームを得ること（ここで、真空は、ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、硬化シンタクチックフォーム中に埋め込まれた空隙を実質的にすべて除去するのに十分なものである）とを含む、方法。

２． 硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上にバリア層を配置することを更に含む、実施形態１に記載の方法。

３． 浮力モジュールを作製する方法であって、以下の構成成分：１５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び４０〜９５体積％のガラス製マイクロスフェアをブレンドすることにより混合物を得ること（ここで、各量は混合物の全体積に対するものである）と、混合物を成形することと、熱可融性粉末を真空下で加熱して硬化シンタクチックフォームを得ることと、硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上にバリア層を適用することとを含む、方法。

４． 硬化シンタクチックフォームが、ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、埋め込まれた空隙を実質的に含まない、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の方法。

５． バリア層が、シリコーン、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ、フェノール樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエステル、フルオロポリマー、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレンから選択されるポリマーを含む、実施形態２〜４のいずれか１つに記載の方法。

６． バリア層が繊維添加物を更に含む、実施形態５に記載の方法。

７． 繊維添加物が、ガラス、カーボン、ポリマー、セラミック、無機物及び金属性繊維のうちの１つ以上を含む、実施形態６に記載の方法。

８． バリア層が、アルミニウム、鋼鉄又はそれらの合金を含む金属性材料を含む、実施形態２〜４のいずれか１つに記載の方法。

９． 熱可塑性物質が、超高分子量ポリエチレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンケトン並びにそれらのコポリマー及び混合物から選択される熱可塑性プラスチックを含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の方法。

１０． 熱可融性粉末が、一成分型架橋性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ修飾ポリエステル、ウレタンアクリル、ウレタンポリエステル、エポキシ官能化アクリル、メタクリル酸グリシジルアクリル、ポリエステルトリグリシジルイソシアヌレート、並びにそれらのコポリマー及び混合物から選択される熱硬化性樹脂を含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の方法。

１１． ガラス製マイクロスフェアが、混合物の全体積に対して、５０〜６５体積％の範囲の量で存在する、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の方法。

１２． ガラス製マイクロスフェアが、混合物の全体積に対して、５５〜６５体積％の範囲の量で存在する、実施形態１１に記載の方法。

１３． ガラス製マイクロスフェアが、１０マイクロメートル〜７０マイクロメートルの範囲のメジアン径Ｄ_５０を有する、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の方法。

１４． ガラス製マイクロスフェアが、１５マイクロメートル〜４５マイクロメートルの範囲のメジアン径Ｄ_５０を有する、実施形態１３に記載の方法。

１５． ガラス製マイクロスフェアが、１５マイクロメートル〜３５マイクロメートルの範囲のメジアン径Ｄ_５０を有する、実施形態１４に記載の方法。

１６． ガラス製マイクロスフェアが、５マイクロメートル〜５０マイクロメートルの範囲のＤ_８０−Ｄ_２０直径比を有する、実施形態１〜１５のいずれか１つに記載の方法。

１７． ガラス製マイクロスフェアが、１０〜３０の範囲のＤ_８０−Ｄ_２０直径比を有する、実施形態１６に記載の方法。

１８． ガラス製マイクロスフェアが、１０〜２０の範囲のＤ_８０−Ｄ_２０直径比を有する、実施形態１７に記載の方法。

１９． 熱可融性粉末が、１マイクロメートル〜２００マイクロメートルの範囲のメジアン粒径を有する、実施形態１〜１８のいずれか１つに記載の方法。

２０． 熱可融性粉末が、５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの範囲のメジアン粒径を有する、実施形態１９に記載の方法。

２１． 熱可融性粉末が、１０マイクロメートル〜４０マイクロメートルの範囲のメジアン粒径を有する、実施形態２０に記載の方法。

２２． 熱可融性粉末及びガラス製マイクロスフェアが、０．５：１〜１．２５：１の範囲のメジアン粒径比を有する、実施形態１〜２１のいずれか１つに記載の方法。

２３． 熱可融性粉末及びガラス製マイクロスフェアが、０．７５：１〜１．１５：１の範囲のメジアン粒径比を有する、実施形態２２に記載の方法。

２４． 熱可融性粉末及びガラス製マイクロスフェアが、０．８５：１〜１．０５：１の範囲のメジアン粒径比を有する、実施形態２２に記載の方法。

２５． 混合物が、いずれの反応性希釈剤も実質的に含まない、実施形態１〜２４のいずれか１つに記載の方法。

２６． 混合物の成形が、この混合物を金型に注入することを含む、実施形態１〜２５のいずれか１つに記載の方法。

２７． 成形された混合物が、海底用導管の少なくとも一部と適合する凹部又は隙間を画定する、実施形態１〜２６のいずれか１つに記載の方法。

２８． 成形混合物が、海底用導管を取り囲んで、互いに取り外し可能なように結合するよう適合されている構成を有する、２つ以上の個別の部品を含む、実施形態１〜２７のいずれか１つに記載の方法。

２９． 実施形態１〜２８のいずれか１つの方法を使用して作製される浮力モジュール。

３０． 硬化シンタクチックフォームが、３０ＭＰａ〜１７０ＭＰａの範囲の静水力学強度を示す、実施形態２９に記載の浮力モジュール。

３１． 硬化シンタクチックフォームが、５０ＭＰａ〜１４０ＭＰａの範囲の静水力学強度を示す、実施形態３０に記載の浮力モジュール。

３２． 硬化シンタクチックフォームが、６０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲の静水力学強度を示す、実施形態３１に記載の浮力モジュール。

３３． 硬化シンタクチックフォームが、０．４５ｇ／ｃｍ^３〜０．８０ｇ／ｃｍ^３の範囲の密度を有する、実施形態２９〜３２のいずれか１つに記載の浮力モジュール。

３４． 硬化シンタクチックフォームが、０．５０ｇ／ｃｍ^３〜０．７０ｇ／ｃｍ^３の範囲の密度を有する、実施形態３３に記載の浮力モジュール。

３５． 硬化シンタクチックフォームが、０．５５ｇ／ｃｍ^３〜０．６６ｇ／ｃｍ^３の範囲の密度を有する、実施形態３４に記載の浮力モジュール。

３６． ３５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び４０〜６５体積％のガラス製マイクロスフェアを含む硬化シンタクチックフォーム（ここで、各量は硬化シンタクチックフォームの全体積に対するものである）を備えた、浮力モジュールであって、硬化シンタクチックフォームは、ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、埋め込まれた空隙を実質的に含まない、浮力モジュール。

３７． 硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上に配置されているバリア層を更に備えた、実施形態３６に記載の浮力モジュール。

３８． １５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び４０〜８５体積％のガラス製マイクロスフェアを含む硬化シンタクチックフォーム（ここで、各量は硬化シンタクチックフォームの全体積に対するものである）と、硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上に配置されているバリア層とを備えた、浮力モジュール。

３９． 硬化シンタクチックフォームが、ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、埋め込まれた空隙を実質的に含まない、実施形態３８に記載の浮力モジュール。

４０． 熱可融性粉末が、超高分子量ポリエチレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンケトン、並びにそれらのコポリマー及び混合物から選択される熱可塑性プラスチックを含む、実施形態３６〜３９のいずれか１つに記載の浮力モジュール。

４１． 熱可融性粉末が、一成分型架橋性エポキシ樹脂を含む、実施形態３６〜３９のいずれか１つに記載の浮力モジュール。

４２． バリア層が、シリコーン、ポリウレタン、エポキシ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエステル、フルオロポリマー、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、並びにそれらのコポリマー及び混合物から選択されるポリマーを含む、実施形態３７〜４１のいずれか１つに記載の浮力モジュール。

４３． バリア層が、アルミニウム、鋼鉄又はそれらの合金を含む金属性材料を含む、実施形態３７〜４１のいずれか１つに記載の浮力モジュール。

４４． 硬化シンタクチックフォームが、海底用導管の少なくとも一部と適合するよう順応する凹部又は隙間を有する、実施形態３６〜４３のいずれか１つに記載の浮力モジュール。

４５． 硬化シンタクチックフォームを海底用導管に、取り外し可能なように結合するためのラッチを更に備えた、実施形態２９〜４４のいずれか１つに記載の浮力モジュール。

本開示の目的及び利点は、以下の非限定的な実施例によって更に例示されるが、以下の実施例において引用されている特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものとして解釈すべきではない。

これらの実施例において、量は、明記されている通り、重量部又は体積部で表すことができる。略語は、以下を含む：ＨＧＭ＝中空ガラス製マイクロスフェア、ｅｑ＝当量、ｇ＝グラム、ｈｒｓ＝時間、ｒｐｍ＝１分あたりの回転数、ｗｔ＝重量、Ｐ＝ポアズ、及びｐｓｉ＝ポンド重量毎平方インチ。

ＨＧＭ／粉末エポキシ粉末の調製
様々なグレードの３ＭのＨＧＭの粉末エポキシ及び未硬化粉末エポキシを、８ｏｚ．（２３７ミリリットル）のガラス製広口瓶に加えた。この混合物を、１分間、６０％の強度及び６０Ｈｚに設定した、Ｒｅｓｏｄｙｎｅ振動撹拌機を使用して混合した。以下の表１は、調製した一連の試料及びそれらの理論密度を示しており、これらは、粉末エポキシの１．１６ｇ／ｃｃの密度に基づいて計算した。

ＨＧＭ／粉末エポキシ粉末の硬化
上で作製された２〜４ｇの「ＨＧＭ／粉末エポキシ粉末」を、直径１インチ（２．５４ｃｍ）を有するステンレス鋼製金型に加えた。この金型を３２０°Ｆの真空オーブンに入れた。１５ｐｓｉ（１０３ｋＰａ）の上部負荷圧をこの金型に適用し、２８ｐｓｉ（１９３ｋＰａ）の真空圧を９０分間、維持した。次に、金型組立体をオーブンから取り出し、２０℃まで冷却して、硬化部分を取り出した。

一軸圧縮試験
一軸圧縮試験は、ＡＳＴＭ Ｄ６９５−１０に準拠して行った。円筒形状のプラグを秤量し、物理寸法を測定し、平行なプレート間のこれらのプレートの中心に置いた。次に、この試験片をわずかな接触圧下に置き、試験負荷を記録しながら、試験片が降伏するまで、２ｍｍ／分の速度で、圧縮試験を開始した。この時点で、試験を停止した。

静水圧縮試験
静水圧縮試験は、油圧液としてオイルを使用する、最大３０，０００ｐｓｉ（２０７ＭＰａ）の圧力を生じることが可能な水圧試験用チャンバを使用して行った。試験手順は、硬化シンタクチック形態の試料を水圧試験用チャンバに直接置いたことを除いて、ＡＳＴＭ Ｄ３１０２−７８の手順に類似している。

試験では、表示される圧力に到達するまで、圧力を連続して記録しながら、容積型ポンプにより、試験チャンバに正確な体積の油圧液が送達される。加圧下で破壊された体積％を、流体自体の圧縮率を差し引くことにより算出する。硬化したシンタクチックフォーム部分の重量及び寸法を測定した。この部分を強度試験器のチャンバに入れ、油圧液に沈めた。次に、体積保持率を圧力の関数として記録した。耐静水圧は、９０％の体積保持が測定された際の圧力として定義した。

水浸漬圧試験
シンタクチックフォームの試料は、最大７５体積％までのガラス製マイクロスフェアの様々な添加量で調製し、５５００ｐｓｉの圧力で４週間、２０℃の水に沈めた。シンタクチックフォーム試料の測定された初期重量及び最終重量、並びに寸法に基づいて、水の取り込みを初期重量の百分率、並びに密度変化として測定した。

比較例Ａ及びＢ
ＨＧＭ２の量を５９体積％に調節して約０．６ｇ／ｃｃの硬化後密度を達成した配合に従って、液状エポキシを用いて２つの比較例を調製した。この配合を以下の表２に示す。

液体樹脂構成成分を混合用カップに加え、３０００ｒｐｍでＦｌａｃｋｔｅｋスピードミキサーを１分間使用して予め混合した。次に、ＨＧＭ２を加え、同じ混合速度で更に１分間、混合を継続した。次に、試料を７０℃の真空オーブンに入れ、１５〜３０分間、脱気し、再度脱気することなく、上記の通り、再度混合した。次に、脱気した試料をステンレス鋼製円筒金型に移送した。金型を真空オーブンに入れ、１５ｐｓｉ（１０３ｋＰａ）の死荷重圧を金型の上部に適用した。次に、試料を真空下、１１０℃で２時間、１４０℃で４時間、及び最後に１６０℃で４時間硬化した。室温まで冷却した後、この試料を金型から取り出した。

比較例Ａ及びＢは反復であり、これらを使用して、それぞれ、一軸圧縮試験データ及び静水圧縮試験データを得た。

実施例１及び２
実施例１及び２は、以下の表３に示す量に基づいてＨＧＭ２と粉末エポキシとを混合することにより調製した。ＨＧＭの量を５９体積％に調節して、約０．６ｇ／ｃｃの硬化後密度を達成した。

２つの粉末構成成分を、Ｒｅｓｏｄｙｎｅ音波ミキサーを使用して、５０％の強度で１分間混合した。粉末混合物を円筒形のステンレス鋼製金型に移送し、次に、真空オーブンに入れた。１５ｐｓｉ（１０３ｋＰａ）の死荷重圧力を金型の上にかけ、試料を真空下、１６０℃で４時間硬化させた。室温まで冷却した後、試料を金型から取り出した。

実施例１及び２は反復であり、これらを使用して、それぞれ、一軸圧縮試験データ及び静水圧縮試験データを得た。一軸及び静水圧縮下での実施例及び比較例の固化試験データを、以下の表４に示す。

実施例３〜１４
以下の表５に示すガラス製マイクロスフェア組成物を使用した以外は、実施例１及び２を作製するために使用した同じ方法を使用して、実施例３〜５を作製した。同じ表に、様々なグラスバブルズに由来するシンタクチックフォームの密度の関数としての耐静水圧を示す。

比較例Ｃ及び実施例１５〜１８
空隙形成を誘発することなく密度が低下する程度を決定するため、フォーム中のＨＧＭ２ガラス製マイクロスフェアの体積％の増加に伴って取り込まれた水分を測定する、一連の追加の測定を行った。このデータでは、顕著な水分取り込みは、水の浸透、及び浮力の低下を示す。結果を、以下の表６に報告する。

上記の特許出願において引用されたすべての参考文献、特許文献又は特許出願は、一貫した形でその全文が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照及び本出願の間に不一致又は矛盾がある場合は、本出願中の情報が優先されるものとする。特許請求されている開示を当業者が実施することを可能にするために示される前述の説明は、特許請求の範囲及びそのすべての均等物によって規定される本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 浮力モジュールを作製する方法であって、
   以下の構成成分：
   ３５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び
   ４０〜６５体積％のガラス製マイクロスフェア
   をブレンドすることにより混合物を得ること（ここで、各量は前記混合物の全体積に対するものである）と、
   前記混合物を成形することと、
   前記熱可融性粉末を真空下で加熱して硬化シンタクチックフォームを得ること（ここで、前記真空は、前記ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、前記硬化シンタクチックフォーム中に埋め込まれた空隙を実質的にすべて除去するのに十分なものである）と
   を含む、方法。
2. 前記硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上にバリア層を配置することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 浮力モジュールを作製する方法であって、
   以下の構成成分：
   １５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び
   ４０〜９５体積％のガラス製マイクロスフェア
   をブレンドすることにより混合物を得ること（ここで、各量は前記混合物の全体積に対するものである）と、
   前記混合物を成形することと、
   前記熱可融性粉末を真空下で加熱して硬化シンタクチックフォームを得ることと、
   前記硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上にバリア層を適用することと
   を含む、方法。
4. 前記硬化シンタクチックフォームが、前記ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、埋め込まれた空隙を実質的に含まない、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記熱可融性粉末が、一成分型架橋性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ修飾ポリエステル、ウレタンアクリル、ウレタンポリエステル、エポキシ官能化アクリル、メタクリル酸グリシジルアクリル、ポリエステルトリグリシジルイソシアヌレート、並びにそれらのコポリマー及び混合物から選択される熱硬化性樹脂を含む、請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記ガラス製マイクロスフェアが、１０マイクロメートル〜７０マイクロメートルのメジアン径Ｄ_５０を有する、請求項１又は２に記載の方法。
7. 前記ガラス製マイクロスフェアが、５マイクロメートル〜５０マイクロメートルのＤ_８０−Ｄ_２０直径比を有する、請求項１又は２に記載の方法。
8. 前記熱可融性粉末が、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルの範囲のメジアン粒径を有する、請求項１又は２に記載の方法。
9. 前記熱可融性粉末及び前記ガラス製マイクロスフェアが、０．５：１〜１．２５：１の範囲のメジアン粒径比を有する、請求項１又は２に記載の方法。
10. 成形された前記混合物が、海底用導管の少なくとも一部と適合する凹部又は隙間を画定する、請求項１又は２に記載の方法。
11. 請求項１又は２に記載の方法を使用して作製される浮力モジュール。
12. ３５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び
    ４０〜６５体積％のガラス製マイクロスフェア
    を含む硬化シンタクチックフォーム（ここで、各量は前記硬化シンタクチックフォームの全体積に対するものである）を備えた、浮力モジュールであって、前記硬化シンタクチックフォームは、前記ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、埋め込まれた空隙を実質的に含まない、浮力モジュール。
13. 前記硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上に配置されているバリア層を更に備えた、請求項１２に記載の浮力モジュール。
14. １５〜６０体積％の熱可融性粉末、及び
    ４０〜８５体積％のガラス製マイクロスフェア
    を含む硬化シンタクチックフォーム（ここで、各量は前記硬化シンタクチックフォームの全体積に対するものである）と、
    前記硬化シンタクチックフォームの少なくとも一部の上に配置されているバリア層と
    を備えた、浮力モジュール。
15. 前記硬化シンタクチックフォームが、前記ガラス製マイクロスフェアに関連する空隙以外の、埋め込まれた空隙を実質的に含まない、請求項１４に記載の浮力モジュール。

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