Aging of reinforced thermoplastic pipes under extreme environmental conditions

Abstract

The aim of the thesis was to make a statement about the usability of reinforced thermoplastic pipes (RPT) which are used for the oil industry after natural ageing. The pipes were never used but stored for almost ten years under extreme environmental conditions in the Middle East. This made it necessary to investigate the pipes by various methods like thermal analysis, mechanical analysis and optical analysis to determine the material properties and to find out whether ageing has taken place and if the pipes can be used without safety concerns.The first important information was the composition of the materials of the pipes. The liner and the outer jacket were made of polyamide 6 (PA6) and the textile was made of aramid (PPTA). The visual inspection shows external damage. The jackets of the pipes were coated with microcracks and the exposed areas of the liners were fissured. Furthermore, it was discovered, that the liner is built up of three layers about the cross section, which can be recognized by the different colours of the single layers. These layers were expected to come from different crystalline phases.No reference material was available, so the obviously intact material of the pipes was compared with the brittle material at the end of the pipes. The differential scanning calorimetry (DSC) and the Fouriertransform infrared spectroscopy (FTIR) did not show distinctive ageing effects. The thermogravimetric analysis showed that the PA6 of the liner must be filled with a softener. Tensile test and notched Charpy impact test confirmed this thesis by the low Young‘s modulus and high impact strength. The FTIR also confirmed that the various layers of the liner were not attributable to crystalline phases. In summary the pipes show reasonably good conditions for their envisaged usage.

Ziel der Diplomarbeit war es, eine Aussage über die Verwendbarkeit von verstärkten thermoplastischen Rohren (RTP) für die Ölindustrie, die einer natürlichen Alterung unterlegen sind, zu treffen. Die Rohre wurden nie verwendet, jedoch für fast zehn Jahre unter extremen Umweltbedingungen im Mittleren Osten gelagert. Daher war es nötig, die Rohre mittels verschiedener Methoden wie thermischer, mech- anischer und optischer Analyse zu untersuchen, um deren Materialeigenschaften herauszufinden und zu bestimmen, ob Alterung stattgefunden hat. Daraus war eine Aussage über die bedenkenlose Verwendbarkeit der Rohre zu treffen.Die erste wichtige Information, die aus den Ergebnissen resultierte, war die Zusammensetzung der einzelnen Rohrmaterialien. Die innere Auskleidung und der Mantel wurden aus Polyamid 6 (PA6), die Verstärkung aus Aramid (PPTA) gefertigt. Die optische Begutachtung zeigte äußere Schäden. Der Mantel der Rohre war mit Mikrorissen überzogen und auch die freiliegenden Bereiche der inneren Auskleidung waren rissig. Weiters zeigte sich, dass in der Auskleidung drei verschiedene Schichten auftreten, die sich durch verschiedene Farben des Materials äußerten. Es wurde vermutet, dass es sich um verschiedene kristalline Phasen handle. Da kein Referenzmaterial verfügbar war, wurde das vermeintlich nicht gealterte Material mit jenem der mit Rissen durchzogenen Enden der Rohre verglichen. Die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) und die Fourier- Transformations- Infrarotspektroskopie (FTIR) zeigten keine markanten Alterungseffekte. Die thermogravimetrische Analyse (TGA) deutete darauf hin, dass das PA6 der inneren Einlage mit einem Weichmacher versetzt ist. Der Zugversuch und der Kerbschlagbiegeversuch bekräftigten auf Grund des niedrigen E-Moduls und der geringen Zugfestigkeit diese Vermutung. Die FTIR zeigte auch, dass die verschiedenen Farben in der Einlage nicht durch unterschiedliche kristalline Phasen sondern durch andere, nicht näher bestimmte Effekte, entstanden sind. Alles in allem zeigen die Rohre gute Eigenschaften für einen geplanten Einsatz.