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Verfahren zum kontinuierlichen Aufbringen eines fest gebundenen, gegen Abspanen beständigen, unschmelzbaren, harzartigen Überzuges auf einem langgestreckten Metallgegenstand
Die Erfindung bezieht sich auf Schutzüberzüge auf langgestreckten Gegenständen, wie Rohre, Winkelund U-Eisen, die aus Metall, z. B. Stahl, mit Nickel verkleidetem Stahl, Nickel, Kupfer, Messing oder Eisen, bestehen. Die Erfindung hat für Metallrohre besonderen Wert und ist deshalb im Zusammenhang mit solchen beschrieben.
Der Schutz von Metallrohren gegen Korrosion ist besonders wichtig für Rohre, die unterirdisch verlegt werden müssen und dadurch den korrodierenden Einwirkungen von im Erdboden enthaltenen Chemikalien ausgesetzt sind.
Zu diesem Zweck wurden bisher die Rohre mit Bändern bewickelt. Ein solches Bewicklungsband hat jedoch Ränder und bei weniger sorgfältigem Aufwickeln des Bandes können am Metallrohr Flächen frei bleiben, die den korrodierenden Einflüssen ausgesetzt werden.
Rohre mit einem durch Strangpressen aufgebrachten Überzug aus thermoplastischen Materialien, wie Polyäthylen, sind bis zu einem gewissen Ausmass geschützt, doch ist die Haftfestigkeit von Polyäthylen an einem Metallrohr verhältnismässig gering ; ferner können im Erdboden vorhandene Steine den thermoplastischen Überzug entweder schon bei der Verlegung des Rohres oder später durch den Druck des Erdreichs gegen das verlegte Rohr von diesem ablösen oder verschieben. Wenn der thermoplastische Überzug erst einmal zerrissen oder durch Kaltfliessen verschoben worden ist, so bildet er weiterhin keine Schutzwand mehr und die Feuchtigkeit und Elektrolyte des Bodens können von einer Bruchstelle aus unterhalb eines schlecht anhaftenden Überzugs am Rohr weiter wandern.
Zur Herstellung von Schutzüberzügen für Metallrohre sind auch bereits warmhärtende Harzmaterialien aus flüssigen Massen derselben aufgebracht worden, woran sich ein Härtungsvorgang zum Ausvulkanisieren des Harzüberzuges anschloss. Die Arbeitsvorgänge des Aufbringens des flüssigen Harzes und der folgenden Aushärtung mussten bis zu sechsmal und öfter wiederholt werden, wobei Überzugsschichten mit einer nur geringen Dicke, z. B. 0,15 mm, erhalten wurden.
Abgesehen von dem für diese Arbeitsvorgänge benötigten grossen Zeitaufwand erfordern solche Rohr- überzüge zur Ausführung eines solchen Verfahrens grosse Wärmeöfen oder-kammern, wodurch hohe Kosten entstehen. Ferner entstehen durch Mängel des genannten Überzugsverfahrens noch andere Probleme ; so können z. B. durch die wiederholten Härtevorgänge Bläschen im Überzug erzeugt werden oder es können Poren oder andere Fehler am fertigen Gegenstand entstehen. Bei der beschriebenen Methode des Aufbringens des Überzuges neigt auch das Harz dazu, dass es von unregelmässigen Vorsprüngen an der äusseren Fläche von handelsüblichen Rohren von selbst abläuft, wobei diese Stellen mit so wenig Material überzogen bleiben, dass die Diffusion durch diese dünnen Schichtstellen hindurch ein weiteres Problem aufwirft.
Der nach dem genannten Verfahren hergestellte Überzug besteht aus einer Reihe von Schichten, die zusammen nur eine minimale Gesamtdicke erreichen, einfach deshalb, weil eine grössere Dicke die Kosten der Herstellung unzulässig erhöhen würde. Soweit es bekannt ist, werden nach dem angeführten Verfahren hergestellte Überzüge sogar schon bei der gewöhnlichen Handhabung der überzogenen Rohre beim Verfahren oder beim Stapeln am Verwendungsort leicht vom darunter befindlichen Rohr abgelöst oder in Form von Spänen abgerissen oder abgeblättert.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines überzogenen Rohres od. dgl. langgestreckten Gegenstandes, bei dem die Mängel und Nachteile der bekannten überzogenen Rohre vermieden sind. Zur Erreichung
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dieses Zieles bedient sich die Erfindung eines Verfahrens zum kontinuierlichen Aufbringen eines fest gebundenen, gegen Abspanen beständigen, unschmelzbaren, harzartigen Überzuges auf einem langgestreckten Metallgegenstand, wobei der Gegenstand vorerhitzt wird, mit kurzzeitig in der Wärme erweichenden, rasch warmhärtenden Harzteilchen in Berührung gebracht wird, wobei die Vorwärmtemperatur des Gegenstandes über der niedrigsten Temperatur liegt, bei welcher das teilchenförmige Material unschmelzbar wird, jedoch unterhalb jener Temperatur,
bei welcher Zersetzung des teilchenförmigen Materials bei Berührung mit dem erhitzten Gegenstand eintreten würde. Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass der vorerhitzte Gegenstand kontinuierlich durch einen Nebel der Harzteilchen bewegt wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Gegenstandes derart eingestellt wird, dass die Teilchen an dem Gegenstand haften können und unter Bildung eines im wesentlichen gleichmässig dicken, porenfreien Überzuges zusammenfliessen bzw. verschmelzen, der in situ entsprechend dem restlichen Wärmeinhalt des Gegenstandes von selbst zu einem unschmelzbaren Zustand warmgehärtet wird. Diese Warmhärtung erfolgt innerhalb von Minuten oder sogar Sekunden nach dem Aufbringen.
Der erfindungsgemäss erhaltene langgestreckte, z. B. rohrförmige Gegenstand hat einen dicken, anhaftenden, bruchfesten, unschmelzbaren Harzüberzug, der durch Hindurchführen des vorerhitzten Rohres durch einen Nebel von pulverförmigem Harzmaterial gebildet ist. Der Gegenstand hat einen glatten Überzug von im wesentlichen gleichförmiger und zur Erzielung eines entsprechenden Schutzes ausreichendur Dicke, z. B. von 0,2 mm oder mehr. Der Überzug ist fest mit der darunter liegenden Oberfläche des Metallrohres od. dgl. verbunden und ist dicht und schlagfest.
DerÜberzug kann bei der üblichen Handhabung beim Verladen und beim Stapeln am Verwendungsort weder in Form von Spänen abgetrennt noch zersplittert werden. Überzogene Rohre können ohne Bruch, Absplittern oder Abblättern des Überzuges auf Haufen geworfen werden, wie dies bei der Handhabung der Rohre Brauch ist. Der Überzug ist in allen üblichen Lösungsmitteln unlöslich. Er ist unschmelzbar und besteht aus einer nathlosen, zähen Schicht, die mit dem darunterliegenden Rohr zu einer Einheit verbunden ist. Der Überzug lässt sich nicht, wie bei thermoplastischen Überzügen bekannter Art, durch Kaltfliessen verschieben.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung des Überzuges ist das Entstehen von Poren oder Bläschen vermieden. Obwohl der Überzug die vorstehend genannten Eigenschaften aufweist und insbesondere unschmelzbar ist sowie eine gleichmässige, beträchtliche Dicke hat, um einen entsprechenden Schutz zu bieten, kann er, wie bereits erwähnt, überraschenderweise in der Zeit von wenigen Minuten unter nur einmaligem Aufbringen von Material hergestellt werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel eingehend erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Überzuges gemäss der Erfindung in Form eines Fliessdiagrammes des angewendeten Überzugsvorganges, Fig. 2 stellt jenen Teil der Vorrichtung, in dem der Überzug gebildet wird, in Ansicht von der durch die Linie 2-2 in Fig. 1 angedeuteten Blickrichtung dar, während Fig. 3 ein Querschnitt durch ein mit einem Schutzüberzug nach der Erfindung versehenes Rohr ist.
Nach Fig. 1 werden zwei durch ein doppelkonisches Kupplungsstück 12 miteinander verbundene Metallrohre 10 und 11 von links nach rechts vorgeschoben und hiebei gedreht, wobei das Rohr durch eine Antriebseinrichtung A üblicher Bauart in Bewegung versetzt wird. Die äussere Oberfläche des Rohres wird in einem Reiniger B, ebenfalls üblicher Bauart, einem Reinigungsvorgang unterworfen. Anschliessend wird das Rohr durch einen Erhitzer C geführt, in dem das Rohr auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher als jene niedrigste Temperatur, bei welcher das verwendete pulverförmige Überzugsmaterial unschmelzbar wird, aber niedriger als jene Temperatur ist, bei der sich das pulverförmige Material, wenn es in der Überzugsvorrichtung D mit dem erhitzten Rohr in Berührung kommt, zersetzen würde.
Vorzugsweise soll das Rohr aus dem Erhitzer C direkt in die Überzugsvorrichtung D eingeführt werden, weil bei dieser Anordnung die Temperatur des Rohres bei seinem Durchgang durch die Überzugsvorrichtung D am wirksamsten eingeregelt werden kann.
In der Überzugsvorrichtung D wird das Rohr durch einen Nebel aus pulverförmigem oder teilchenförmigem, kurzzeitig in der Wärme erweichendem, rasch warmhärtendem, organischem Harzmaterial bewegt. Die mit dem erhitzten Rohr 11 in Berührung kommenden Partikel des Nebels bleiben an der Oberfläche des Rohres haften und die im Rohr enthaltene Wärme bewirkt, dass diese Partikel zu einem im wesentlichen gleichmässig dicken Überzug 30 zusammenschmelzen bzw. zusammenfliessen, der selbsttätig warmhärtet.
Nach dem Austritt aus der Überzugsvorrichtung D bewirkt die im Rohr enthaltene Wärme eine Härtung des an der Rohroberfläche zusammengeflossenen warmhärtenden Materials ; innerhalb von Minuten
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oder sogar Sekunden nach dem Austritt aus der Überzugsvorrichtung ist das zusammengeschmolzene warmhärtende Material an der Rohroberfläche im wesentlichen schon vollständig ausgehärtet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, erfolgt die Härtung, während das Rohr frei von einer Berührung mit Auflagen oder Abstützungen ist. Die Abkühlung des überzogenen Rohres wird anschliessend zu Ende geführt, indem das Rohr durch einen Kühler E bewegt wird, um die Handhabung des fertigen überzogenen Rohres durch das Arbeitspersonal zu ermöglichen.
In Fig. 1 sind mehrere Tragstützen F für das Rohr angedeutet. Diese Tragstützen können einfach U-förmige Rinnen mit mehreren drehbaren Rollen sein, auf denen das Rohr aufliegt.
Es sei hervorgehoben, dass gemäss Fig. 1 das überzogene Rohr aus der Überzugsvorrichtung D nicht
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tungsvorganges ergeben sich auch keinerlei durch Überführung von langen Rohrstücken aus einer Überzugsvorrichtung in einen Härteofen bedingte Probleme, so dass insbesondere kein Verschmieren oder Verschieben ungehärteter Teile des Überzuges erfolgen kann. Es brauchen daher auch keine Bürsten oder andern Glättungsmittel verwendet zu werden, um dem Überzug des Rohres ein glattes Aussehen zu verleihen. Die Überzugsanlage kann auch jederzeit abgestellt werden, ohne dass ein Verstopfen des Materials oder ein Klemmen auftritt. Das überzogene Rohr ist nach seinem Durchgang durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung bereits ein gebrauchsfertiger Gegenstand.
Das Verfahren und seine Durchführung werden nun nachstehend im einzelnen weiter erläutert. Wie bereits erwähnt, werden Rohrstücke, zweckmässig mittels eines doppelkonischen Kupplungsstückes 12, miteinander verbunden, um das Überziehen in einem kontinuierlichen Arbeitsgang ausführen zu können. Eine übliche Antriebseinrichtung A kann dazu verwendet werden, das Rohr zu erfassen und es in waagrechter Richtung durch die einzelnen Abschnitte der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zu bewegen. Das Drehen des Rohres, das leicht durch übliche Vorrichtungen bewirkt werden kann, erweist sich bei der Druchführung des vorliegenden Verfahrens als zweckmässig.
Bei Verwendung einer Überzugsvorrichtung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bauart ist dieses Drehen nicht wesentlich, es erleichtert aber die Reinigung des Rohres im Reiniger B. Wie aus dem aufgebrochen dargestellten Teil des Reinigers B erkennbar ist, werden durch ein oberhalb des Rohres gelagertes rotierendes Lappenrad beim Durchgang des Rohres durch den Reiniger Schleifmaterialpartikel gegen die Oberfläche des Rohres geschleudert. Es ist wichtig, dass die Oberfläche des Rohres frei von losem Material, wie Rost oder Staub, sowie von Fett oder Ölen ist, damit eine feste Bindung zwischen dem Harz- überzug und dem darunterliegenden Rohr zustande kommt. Zu dieser Reinigung können alle geeigneten Reinigungsmittel oder -verfahren einschliesslich der Behandlung mit Sandstrahlgebläse oder durch Ätzen mit Säure angewendet werden.
Das Erhitzen des Rohres auf eine zur Herstellung des Überzuges geeignete Temperatur kann z. B. durch Flammengasstrahlen oder durch Infrarotheizung ausgeführt werden. Wenn die Erhitzung nach dem Reinigen des Rohres ausgeführt wird, ist es wichtig, dass beim Erhitzen kein Material auf der Rohroberfläche abgelagert wird ; bei Verwendung offener Flammen muss daher auf vollständige Verbrennung geachtet werden, damit sich nicht Kohlenstoffablagerungen auf der Rohroberfläche bilden können.
Die in Fig. 1 als Ganzes mit D bezeichnete Überzugsvorrichtung hat eine Nebel- oder Staubkammer 15, durch die das Rohr 11 geführt wird. Die Eintrittsöffnung 16 und die Austrittsöffnung 17 der Überzugskammer 15 haben Durchmesser, die nur wenig grösser sind als der Durchmesser des unüber- zogenen Rohres bzw. als der Durchmesser des überzogenen Rohres. Übermässig grosse Eintritts-und Austrittsöffnungen ermöglichen ein Entweichen und führen zu Verlusten an pulverförmigem Harzüberzugsmaterial.
Durch Anordnung verhältnismässig enger Öffnungen und in Kombination damit durch Aufrechterhaltung eines leichten Unterdruckes in der Überzugskammer 15 kann ein Entweichen des Staubes oder Nebels von pulverförmigem Material aus der Überzugsvorrichtung vermieden werden. In der Praxis kann es zur Anpassung einer einzigen Überzugsvorrichtung an Rohre verschiedener Aussendurchmesser erforderlich sein, die Eintritts-und Austrittsöffnungen für das Rohr einstellbar auszubilden. Diese Anpassung der Öffnungsdurchmesser kann leicht durch Verwendung von ausschraubbarenEinsätzen erzielt werden.
Gewünschtenfalls können auch zur Achse der Öffnung konzentrische Ringklappen aus einem biegsamen Material mit niedriger Haftreibung, wie Polytetrafluoräthylen, an den Öffnungen befestigt und als nachgiebige Ringe verwendet werden, die das Rohr ungehindert in die Überzugskammer eintreten und aus ihr austreten lassen, hiebei aber das Entweichen von pulverförmigem Überzugsmaterial durch die Öffnungen auf ein Mindestmass herabsetzen.
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Rohes pulverförmiges, organisches Harzmaterial wird in einen Trichter 18 gefüllt, aus dem es durch eine Schnecke 19 allmählich in eine Leitung 20 gelangt, die in eine Gebläsekammer 21 mündet. Die Zuführgeschwindigkeit wird so eingeregelt, dass stets das beim Überziehen verbrauchte Material ersetzt wird ; dieser Materialverbrauch variiert, wie später noch näher erläutert wird, in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie Geschwindigkeit der Aufbringung des Überzuges und Temperatur des Rohres. Aus der Gebläsekammer 21 wird das staub- oder pulverförmige Material durch drei Leitungen 22,23 und 24 in der in Fig. 1 durch die Pfeile angedeuteten Richtung in die Überzugskammer 15 eingeführt.
Die durch die Leitung 22 geförderten Staubteilchen werden aus der Mündung der Leitung nach unten direkt auf die Oberseite des durch die Kammer 15 bewegten erhitzten Rohres 11 entleert, während die durch die Leitungen 23 und 24 zugeführten Staubteilchen in die Überzugskammer 15 schräg nach oben unter Winkeln von etwa 1200 gegen den durch die Leitung 22 eingeblasenen Staubstrahl gegen das Rohr 11 geblasen werden. Die Staubteilchen sind ziemlich fein und sollen eine Korngrösse von etwa 0, 42 mm haben (amerikanischer Standard Siebsatz Nr. 40) ; die Verwirbelung in der Überzugskammer 15 bewirkt, dass die ganze Kammer mit einem Nebel von pulverförmigem, organischem Harzüberzugsmaterial erfüllt wird. Bei der dargestellten Überzugseinrichtung verhindert die Verwirbelung in der Kammer 15 ein Absetzen der Staubteilchen auf der Bodenfläche der Kammer.
Vorzugsweise sollen aber die Seitenwände 25 und 26 der Überzugskammer 15 unter angenähert 600 gegen die Waagrechte geneigt und bis zu einer Austrittsöffnung 27 der Überzugskammer verlängert sein, damit jedes Absetzen von Staubteilchen in der Kammer verhütet wird.
Ferner können auch Prallplatten zur Brechung von (Luftströmungen) und zur Verstärkung der Verwirbelung in der Kammer angewendet werden. Dass ein Absetzen von Staubteilchen bei der starken Verwirbelung innerhalb der dargestellten Kammer kein Problem bildet, geht vor allem aus der Tatsache hervor, dass ein kleiner Teil des Bodens 28 der Überzugskammer 15 unter einem Winkel gegen die Waagrechte geneigt sein kann, der viel kleiner als 600 ist. Aus der Überzugskammer 15 werden die Staubteilchen durch eine Austrittsöffnung 27 durch den im Ventilator der Gebläsekammer 21 erzeugten Saugzug in die Leitung 20 abgezogen.
Wenn in der Überzugskammer 15 ein im Vergleich mit der Aussenluft leicht herabgesetzter Unterdruck aufrechterhalten werden soll, kann die Kammer 15 mit einer Saugfiltereinrichtung verbunden werden, oder die Leitung 20 kann unmittelbar vor der Einführungsstelle des rohen, pulverförmigen Materials in diese Leitung mit einem Saugfilter verbunden sein.
Auf einem solchen Filter gesammelte Harzpartikel können nachher zurüberzugsvorrichtung zurückgeführt werden, indem sie in den Trichter 18 geleitet werden.
Das durch die Überzugskammer 15 bewegte Rohr befindet sich auf erhöhter Temperatur, die mindestens über der niedrigsten Temperatur liegen muss, bei der das pulverförmige Material des Nebels in der Überzugskammer unschmelzbar wird. Diese Temperatur soll bei den hier beschriebenen vorzugsweisen Ausführungsformen des Verfahrens mindestens etwa 1500C betragen ; es können sich aber auch niedrigere Temperaturen selbst bis zu 900C oder sogar 650C als geeignet erweisen, wenn das verwendete pulverförmige Überzugsmaterial bei diesen niedrigeren Temperaturen rasch unschmelzbar wird.
Der kritische Punkt besteht darin, dass die niedrigste Arbeitstemperatur des erhitzten Rohres mindestens über der niedrigsten Temperatur liegen muss, bei der das pulverförmige Material am erhitzten Rohr harten bleibt oder schmilzt, zu einer glatten Schicht zusammenfliesst und, ohne ein anschliessendes Aufheizen zu benötigen, zu einem unschmelzbaren Zustand warmhärtet.
Im andern Grenzfall muss beim Überziehen die höchste Temperatur des Rohres niedriger sein als die Temperatur, bei der sich das pulverförmige Material bei Berührung mit dem heissen Rohr zersetzen würde.
Hiebei können Temperaturen bis zu 2300C oder auch noch höhere Temperaturen, z. B. 315 C, angewendet werden, wenn das pulverförmige organische Harzmaterial eine grosse Beständigkeit gegen Zersetzung bei erhöhten Temperaturen aufweist (und wenn natürlich das zum Überziehen gewählte Rohr bei diesen hohen Temperaturen nicht bereits schmilzt). Im allgemeinen wird es bevorzugt, das Rohr durch die Überzugsvorrichtung mit einer Vorwärmtemperatur zu führen, die nahe dem durch das pulverförmige Überzugsmaterial ohne dessen Zersetzung zulässigen Maximum liegt, da bei solchen erhöhten Temperaturen die gesamten Verfahrensvorgänge mit einer fast unglaublichen Geschwindigkeit ausgeführt werden können.
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Minute überzogen werden.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass beim Überziehen von Rohren nach dem erfindungsgemässen Verfahren eine äusserst genaue Regelung der Dicke des aufgebrachten Überzugsmaterials ermöglicht wird.
Bei Anwendung des Verfahrens konnten glatte, gleichmässig dicke Überzüge hergestellt werden, deren Dikke über Längen von 6 bis 9 m um weniger als 0, 007 mm variiert.
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Beim Durchgang des Rohres durch die Überzugsvorrichtung bleiben Partikel des pulverförmigen Materials, die das heisse Rohr berühren, an diesem haften und schmelzen und fliessen innerhalb von Sekunden miteinander zusammen. Hiedurch wird eine zunehmend dicker werdende Schicht auf dem Rohr aufgebaut. Nach Erreichen einer bestimmten Schichtdicke, die in erster Linie von der Vorwärmtemperatur des Rohres selbst und von der Geschwindigkeit seiner Bewegung durch die Überzugsvorrichtung abhängt, bleiben weitere Partikel, welche innerhalb der Überzugskammer die Aussenfläche des gebildeten Überzuges berühren, nicht mehr an dieser Oberfläche haften und verschmelzen auch nicht mit dieser.
Das Harzmaterial wirkt nach Erreichen einer bestimmten Dicke selbst zeitweilig als Wärmeisolator ; die Vorschubgeschwindigkeit des Rohres durch die Überzugseinrichtung kann dabei so eingestellt werden, dass das Rohr aus der Überzugskammer austritt, ehe der äussere Teil des Überzuges ein Temperaturgleichgewicht mit dem darunterliegenden Rohr erreicht. Auf diese Weise verlässt der äusserste Teil des am Rohr gebildeten Überzuges die Kammer, ehe er eine ausreichende Temperatur annimmt, bei der weitere in der Kammer befindliche pulverförmige Harzteilchen noch ankleben würden und auf dem Überzug zusammenschmelzen bzw. zusammenfliessen könnten.
Unmittelbar nach dem Austritt aus der Überzugskammer werden etwa an der Aussenfläche des Überzuges noch haften gebliebene Harzteilchen durch Wärmeleitung vom Rohr aus durch die Überzugsschicht hindurch soweit erhitzt, dass sie schmelzen und mit dem übrigen Material an der überzogenen Oberfläche zusammenfliessen und einen glatten, gleichmässigen, porenfreien Überzug am Rohr bilden. Über eine kurze Wegstrecke nach dem Verlassen der Überzugskammer, z. B. etwa l, 5 m bei Überzugsgeschwindigkeiten von etwa 6 m/min und etwa 3 bis 4, 5 m bei Überzugsgeschwindigkeiten von 18 bis 30m/min, wird das Rohr frei von Berührung mit andern Gegenständen gehalten, so dass es eine erhöhte Temperatur beibehalten kann. Während dieser Zeit erfolgt, wie auch schon in der Überzugskammer, die Härtung des Überzuges.
Die Härtung geschieht selbsttätig durch die zur Bildung der Überzugsmasse verwendeten Bestandteile, in Kombination mit der Wärmeaktivierung, die durch den Wärmeinhalt des mit dem Material überzogenen Rohres bewirkt wird.
Besonders bevorzugte Materialien für die Erzeugung der beim erfindungsgemässen Verfahren verwendeten, kurzzeitig in der Wärme erweichenden und rasch warmhärtenden Teilchen sind Gemische aus Epoxyharzen, latenten wärmeaktivierbareuepoxyreaktiven Härtern und Beschleunigern oder Katalysatoren für die Reaktion zwischen dem Epoxyharz und den Härtern. Das Gemisch muss bei Raumtemperatur ein Feststoff sein, d. h. es müssen im allgemeinen die Gemischbestandteile selbst bei Raumtemperatur fest sein ; es kann jedoch hiebei ein kleiner Teil des ganzen Gemisches durch Bestandteile gebildet sein, die bei Raumtemperatur gewöhnlich flüssig sind, vorausgesetzt, dass dadurch die feste Beschaffenheit des Gesamtgemisches nicht zerstört wird.
Dem Gemisch können noch andere Materialien, wie Füllstoffe und Pigmente einverleibt werden, um die Fliessfähigkeit des Materials zu regeln, der Masse Farbe zu verleihen oder andere modifizierte Eigenschaften zu erzielen, die dem Gemisch durch solche Zusätze erteilt werden können.
Partikel aus einem Material dieser bevorzugten Type können beispielsweise durch Vermahlen einer Masse erzeugt werden, die durch Mischen der nachstehend angeführten Bestandteile erhalten wird :
295,7 Gew.-Teile"Epon 1001" (nachstehend definiert)
295, 7 " " "Epon 1002" (nachstehend definiert)
2, 3 " "Tris (dimethylaminomethyl) phenol 5, 3 " " Alkylammoniumbentonit
350, 0 fein verteilter Glimmer als Füllstoff
10, 0 " " Chromoxydpigment 51, 0 " " Isophthalyldihydrazid
10, 0 " " Dicyandiamid
Solche Partikel schmelzen oder zerfliessen bei etwa 1500C. Innerhalb einer Minute oder einer ähnlichen Zeit hernach geliert die Masse und geht durch Warmhärtung in einen unschmelzbaren Zustand über.
Bei 2300C schmelzen, fliessen und härten die Partikel innerhalb von Sekunden zu der warmgehärteten unschmelzbaren Masse.
Im allgemeinen sollen die Partikel eine Teilchengrösse von etwa 0, 42 mm haben (amerikanisches Standard Sieb Nr. 40) ; sie können aber auch eine Teilchengrösse von nur 0, 074 mm (amerikanisches
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Standard Sieb Nr. 200) haben oder noch kleiner, z. B. kleiner als 0, 044 mm sein (amerikanisches Standard Sieb Nr. 325).
Als Basis für ein zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignetes pulverförmiges Epoxyharzgemisch können verschiedene Epoxyharze verwendet werden. Epoxyharze sind bekannt und bestehen allgemein aus dem Reaktionsprodukt von Bisphenol A mit Epichlorhydrin, wobei die Reaktion unter alkalischen Bedingungen durchgeführt wird. Das weiter oben genannte, im Handel unter der Be- zeichnung"Epon 1001"erhältliche Epoxyharz ist ein solches Harz. Es hat ein Epoxyäquivalent von 425 bis 550 und einen nach derDurrans-Quecksilbermethode bestimmten Schmelzpunkt von etwa 700C. Das unter der Bezeichnung"E 1002"im Handel erhältliche Epoxyharz ist ein ähnliches Epoxyharz, das ein Epoxy- äquivalent von 550 bis 700 und einen Schmelzpunkt nach Durrans im Bereich von 75 bis 850C hat.
Epoxyharze sind im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass sie mehr als eine l, 2-Epoxygruppe
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je mittleres Molekulargewicht des Harzes haben. Reaktionen zwischen Epichlorhydrin oder äquivalenten l, 2-Epoxyverbindungen mit mehrwertigen Phenolen oder andern mehrwertigen Verbindungen (z. B. Novolak oder 1, 3. 5-Trihydroxybenzol) sind für die Herstellung von Epoxy Verbindungen allgemein bekannt.
Epoxyharze können bekanntlich auch durch Epoxydation von Doppelbindungen in ungesättigten Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Als Charakteristikum enthalten Epoxyharze die Äthylenoxydsauerstoffgruppierung, die vorstehend als l, 2-Epoxygruppe bezeichnet worden ist.
Ausser den Dihydrazidhärtern sind auch viele andere Härter als Reaktionsteilnehmer mit Epoxyharzen zwecks Bildung einer unlöslichen und unschmelzbaren warmhärtenden Masse verwendet worden. Chlorendicanhydrid (Hexachlorendomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, schmilzt bei etwa 2400C) ist aber ein typischer Vertreter für viele Anhydride, die vorteilhaft als latente wärmeaktivierbare epoxyreaktive Härter verwendet werden können. Vorzugsweise kann das Gemisch aus Epoxyharz und Härter angenähert gleiche Mengen des Epoxyharzes und des Härters auf Reaktionsäquivalente bezogen, enthalten. Ausserdem werden noch Katalysatoren oder Beschleuniger mitverwendet, um die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Härter und Epoxyharz zu vergrössern.
Im allgemeinen haben sich tertiäre Amine und ihre Säuresalze als besonders wirksam zur Erhöhung der Härtungsgeschwindigkeit der bevorzugten Gemische bei erhöhten Temperaturen erwiesen, wobei sie aber trotzdem die Beständigkeit des Gemisches, wenn dieses bei Raumtemperatur oder darunter gelagert wird, nicht beeinflussen. Zusätzlich zu dem im oben angegebenen beson-
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phthalimid sowie das salicylsaure Salz desselben.
Die rasche Warmhärtbarkeit der beim erfindungsgemässen Überzugsverfahren verwendeten pulverförmigen Harzmasse könnte zunächst vermuten lassen, dass das Pulver bei der Handhabung bei Raumtemperatur nicht beständig wäre. Die im Rahmen der Erfindung vorzugsweise verwendeten Partikel bleiben aber tatsächlich während der Lagerung bei Raumtemperatur beständig und sie bleiben bemerkenswerterweise auch bei leicht erhöhter Temperatur bis zu drei Wochen oder noch länger beständig und frei von Klumpenbildung.
Zur besonderen Veranschaulichung des erfindungsgemässen Verfahrens wurde ein reines Stahlrohr auf etwa 2250C in einem Erhitzer mit offener Gasflamme erhitzt, in dem das Rohr bei seinem Durchgang einer blauen Flamme ausgesetzt wurde, während es mit einer Vorschubgeschwindigkeitvon etwa 5m/min und etwa 60 Umdr/min durch den Erhitzer C bewegt wurde. In der Kammer D wurde das Rohr durch einen Nebel von Harzpartikeln geführte die in der weiter oben beschriebenen Weise gebildet waren, wobei jedes Partikel ein Gemisch von Epoxyharz mit einem Härter für das Epoxyharz und einem Beschleuniger für die Reaktion zwischen Härter und Epoxyharz enthielt.
Die Überzugskammer war nur etwa 30 cm lang und hatte einen Fassungsraum von ungefähr 0, 04 ms.
Es wurde deshalb für die Bewegung des Rohres durch die Überzugskammer die niedrigere Vorschubgeschwindigkeit angewendet. Bei längeren Überzugskammern ist eine raschere Vorschubbewegung als vorstehend angegeben zulässig. Eine Kühlung der durch die Überzugskammer umgewälzten Teilchen ist nicht erforderlich und wurde auch nicht ausgeführt. Der Nebel aus Harzpulver in der Überzugskammer wurde auf einer Konzentration entsprechend einem dichten Sandsturm gehalten. (Hiebei wurde in der Überzugskam-
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mer selbst die Menge der Harzteilchen auf etwa 450 g gehalten. Diese Zahl gibt nur ein Beispiel und kann ohne Beeinträchtigung der Gleichmässigkeit des Überzuges beträchtlich variieren.
Das Festhalten von Harzteilchen durch das Rohr wird weitgehend durch die Vorerhitzungstemperatur des Rohres geregelt, vorausgesetzt, dass eine entsprechende Vorerhitzungstemperatur angewendet und in der Überzugskammer eine solche Harzkonzentration aufrechterhalten wird, dass am Rohr, wenn es aus der Kammer mit der beim Überziehen angewendeten Geschwindigkeit austritt, eine äussere matte Schicht von teilweise geschmolzenen Teilchen zu erkennen ist.)
Die in der Überzugskammer mit dem heissen Rohr in Berührung getretenen Epoxyharzteilchen kamen dabei innerhalb von Sekunden an der Rohroberfläche zum Schmelzen, Verfliessen und Gelieren.
(Im Zeitpunkt des Schmelzens an der Rohroberfläche neigen die funktionellen Teile der Moleküle des Epoxyharzes und des Härtungsmittels anscheinend dazu, sich zur Reaktion aufeinander auszurichten, wobei der Katalysator oder Beschleuniger im Gemisch die Geschwindigkeit der Reaktion erhöht.) Grübchen oder Unregel- mässigseiten der Oberfläche des Rohres wurden mit geschmolzenem Epoxyharzmaterial ausgefüllt, wobei das geschmolzene Harzmaterial unter Ausschluss von Luft durch die Kapillarkräfte zu einer kompakten Masse am Rohr zusammengezogen wurde. Der Wärmeinhalt des Metallrohres reichte aus, um eine Erhitzung der überzogenen Harzmasse auf dem Rohr und in einer unglaublich kurzen Zeit eine im wesentlichen vollständige Aushärtung des Harzes unter Ausbildung eines unschmelzbaren Zustandes zu bewirken.
Am Rohr wurde nach seinem Austritt aus der Überzugskammer ein Abschnitt von etwa 1, 5 m Länge berührungsfrei gehalten und damit auf der erreichten Gleichgewichtstemperatur zwischen dem Überzug am Rohr und dem darunterliegenden erhitzten Rohr belassen. Dann wurde das überzogene Rohr mit kaltem Wasser besprüht, um die Abkühlung zu beenden. Bei dieser Verfahrensweise wurde das Rohr mit einem Überzug mit einer Dicke von etwa 0,25 mm versehen. Man kann auch eine langsamere Bewegung des Rohres durch die Überzugskammer wie auch eine etwas höhere Vorerhitzungstemperatur für das Rohr anwenden, um einen Überzug mit einer grösseren Dicke von etwa 1 mm herzustellen.
Für einen ausreichenden Schutz ist es sehr wichtig, im wesentlichen Überzugsdicken der vorstehend angegebenen Werte zu erhalten. Überzüge mit weniger als 0,15 mm Dicke sind im allgemeinen nicht befriedigend, u. zw. einfach wegen der mangelnden Konzentrizität der handelsüblichen Rohre und ausserdem weil Furchen, Ritzen und unregelmässige Stellen an der Rohroberfläche eine etwas stärkere Ausbildung des Überzuges erfordern, um eine glatte Aussenfläche zu erzielen, die einen maximalen Schutz gegen Korrosion od. dgl. geben kann.
Bei dünneren Überzügen können kleine Metallvorsprünge am Rohr mit so wenig Material bedeckt sein, dass sie Stellen für eine leichte Diffusion durch den Überzug und dadurch für einen Durchbruch des Schutzes gegen Korrosion bilden. Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Überzuges wird hingegen eine optimale Bedeckung sogar auch an unregelmässigen Vorsprüngen der Rohroberfläche bewirkt. Dieser Überzug ist vollkommen verschieden von einem Überzug, der nach der bekannten Art hergestellt ist, bei dem auf eine Rohroberfläche flüssige Harzmassen aufgetragen werden, die nachher von Vorsprüngen wieder ablaufen bzw. abtropfen kann.
Beim erfindungsgemässen Verfahren werden insbesondere unregelmässige Vorsprünge, aber auch regelmässige Vorsprünge am Rohr, wie Warenzeichen, mit Masse überzogen, deren Dicke ungefähr gleich gross wie die Dicke des Überzuges an glatten Rohrabschnitten ist. Die beschriebenen Überzüge mit beträchtlicher Dicke bieten einen maximalen Widerstand gegen Diffusion durch die Überzugsschicht und bilden eine wirksame Schutzwand gegen den Übertritt von Lösungen und Ionen durch Einwandern durch den Überzug.
Ein Stahlrohr mit 2, 5 cm Aussendurchmesser, das nach der beschriebenen Verfahrensweise mit einem 0, 25 mm dicken Überzug versehen worden war, wurde neun Monate lang in Salzwasser untergetaucht lie- gen gelassen. Das Rohr war über eine 3 V-Batterie mit einer in denselben Elektrolyten eingetauchten Graphitelektrode verbunden. Der Anfangswiderstand dieses Stromkreises betrug 30 x 10 Ohm. cm. Nach neun Monaten betrug der Widerstand 30 x 1012 Ohm. cm. Ein 0,25 mm dickes Standard-Polyvinylchloridband, das um ein 2, 5 cm Stahlrohr mit überlappen Windungen (z. B. zu einer 0, 5 mm dicken Lage) aufgewickelt war, wurde in gleicher Weise untergetaucht liegen gelassen.
Unter den gleichen Bedingungen wie vorher wurde nach neun Monaten eine Abnahme des Widerstandes von anfänglich 30 x 1013 Ohm. cm auf 30 X 108 Ohm. cm festgestellt. Durch eine 3, 5 kg schwere Kugel, die aus 1, 8 m Höhe fallen gelassen wurde, wurde der gemäss der Erfindung hergestellte Überzug nicht zerbrochen. Der Überzug hält starken Hammerschlägen ohne Rissbildung oder Ablösen stand. Bei Untersuchungen hat sich ergeben, dass zum Abtrennen des Überzuges vom darunterliegenden Rohr Abscherkräfte von mehreren hundert kg je cm erforderlich sind. Beim Eintauchen des überzogenen Rohres in Medien, wie Salzsäure, Natriumhydroxyd, siedendes Heptan und heisse Öle während 24 h blieb der Überzug und seine
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Verbindung mit dem darunterliegenden Rohr im wesentlichen unbeeinflusst.
Durch das Rohr geleitete hei- sse Flüssigkeiten liessen den Überzug des Rohres ebenfalls unbeeinflusst.
Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können im Rahmen der offenbarten Lehre natürlich noch verschiedenartig abgewandelt werden. Beispielsweise kann die räumliche Gestalt und Form der Überzugskammer variiert werden. Die Überzugskammer kann auch die Form einer rotierenden Trommel mit Prallplatten haben, die zur Aufrechterhaltung einer Staubströmung bzw. eines Nebels des pulverförmigen Harzüberzugsmaterials beitragen. Wenn es sich nicht um besonders hochwertige Überzüge handelt, können die pulverförmigen Harzmaterialien auch aus Gemischen getrennter Partikel des Harzes, des Härters und des Beschleunigers bestehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum kontinuierlichen Aufbringen eines fest gebundenen, gegen Abspanen beständigen, unschmelzbaren, harzartigen Überzuges auf einem langgestreckten Metallgegenstand, wobei der Gegenstand vorerhitzt wird, mit kurzzeitig in der Wärme erweichenden, rasch warmhärtenden Harzteilchen in Berührung gebracht wird, wobei die Vorwärmtemperatur des Gegenstandes über der niedrigsten Temperatur liegt, bei welcher das teilchenförmige Material unschmelzbar wird, jedoch unterhalb jener Temperatur, bei welcher Zersetzung des teilchenförmigen Materials bei Berührung mit dem erhitzten Gegenstand eintreten würde, dadurch gekennzeichnet, dass der vorerhitzte Gegenstand kontinuierlich durch einen Nebel der Harzteilchen bewegt wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Gegenstandesderart eingestellt wird,
dass die Teilchen an dem Gegenstand haften können und unter Bildung eines im wesentlichen gleichmässig dicken, porenfreien Überzuges zusammenfliessen bzw. verschmelzen, der in situ entsprechend dem restlichen Wärmeinhalt des Gegenstandes von selbst zu einem unschmelzbaren Zustand warmgehärtet wird.