CH631091A5 - Procede pour appliquer un revetement constitue par un polymere contenant une charge sur la face interieure d'un corps cylindrique. - Google Patents
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Description
La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à un procédé pour préparer des objets revêtus et elle concerne plus particulièrement un procédé perfectionné pour appliquer un revêtement constitué par une polyoléfine ou par un copolymère d'oléfines sur la surface interne d'une surface cylindrique métallique, afin de produire des objets munis de revêtements de protection adhérant fortement, constitués par une polyoléfine, en particulier, par du polyéthylène.
Il est connu de revêtir de nombreux objets et, en particulier, des objets métalliques, tels que des tôles et des tuyaux, d'un revêtement à base de résine, afin d'améliorer leurs propriétés de surface et de les protéger contre la corrosion.
Dans de nombreuses applications, le polyéthylène a été utilisé pour produire un tel revêtement; toutefois, il est difficile d'obtenir un revêtement de polyéthylène adhérant fortement sur du métal et, en particulier, sur des surfaces métalliques incurvées. En effet, les procédés connus de revêtement de la surface intérieure des tuyaux produisent des revêtements qui ne sont pas fiables pendant de longues périodes de temps, car ils sont sujets à se fissurer et à se décoller, en dénudant le substrat ou le corps de l'objet et en l'exposant ainsi à l'action corrosive de l'environnement dans lequel l'objet est utilisé.
Or, étant donné que les tuyaux pourvus d'un tel revêtement sont fréquemment utilisés dans des installations ou à des emplacements qui les rendent inaccessibles pour une inspection et qui impliquent la circulation de matières abrasives et corrosives, on conçoit qu'il est important que ces revêtements puissent résister à l'action des matières corrosives et abrasives pendant une longue période de temps.
On présume que les revêtements de polyéthylène appliqués sur la surface intérieure de tuyaux ont tendance à se détériorer, à se décoller et/ou à se fissurer sous l'action des contraintes résiduelles qui se développent dans le revêtement au moment du refroidissement du tuyau et à la suite de la différence des coefficients de dilatation thermique du tuyau et du revêtement. On présume également qu'une meilleure résistance au décollement peut être conférée aux revêtements en utilisant des charges qui modifient les propriétés de retrait des revêtements et en appliquant un tel revêtement à un tuyau en rotation, de sorte que le revêtement est maintenu contre la surface intérieure du tuyau par la force centrifuge, tout en formant simultanément une mince pellicule ou une mince couche entre la surface du tuyau et les particules de charge, donnant ainsi au revêtement tout entier les propriétés d'une pellicule mince.
L'invention a précisément pour objet un procédé pour revêtir la surface interne de surfaces métalliques cylindriques d'un revêtement de protection constitué par une polyoléfine ou par un copolymère d'oléfines. Ce procédé se caractérise en ce qu'il consiste:
a) à préparer un mélange homogène de particules d'une polyoléfine ou d'un copolymère d'oléfines et de particules d'une charge dans l'espace délimité à l'intérieur d'une surface métallique cylindrique qui tourne autour de son axe longitudinal, la surface métallique interne étant à une température supérieure au point de fusion de la polyoléfine ou du copolymère d'oléfines;
b) à déposer uniformément le mélange de particules sur la surface interne de la surface métallique rotative et chaude, à une vitesse telle que ce mélange est maintenu pratiquement immobile à son point de dépôt par rapport à la surface métallique interne sous l'action de la force centrifuge, ce qui fait que le polymère ou le copolymère du mélange fond en formant une pellicule visqueuse chargée qui reste pratiquement immobile sur la surface métallique interne à cause de la force centrifuge, et c) à refroidir le revêtement à une température inférieure au point de fusion du polymère ou du copolymère.
L'invention permet de produire des revêtements relativement épais de polymères et de copolymères d'oléfines sur la surface intérieure de tuyaux, etc. Jusqu'à présent, on pensait généralement que l'adhérence entre ces sortes de polymères et les surfaces métalliques était directement fonction de l'épaisseur de la pellicule, c'est-à-dire que l'adhérence diminuait à mesure que l'épaisseur du revêtement augmentait. Or, on a constaté que la combinaison des
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étapes opératoires définies ci-dessus et l'utilisation de particules de charge dans un polyéthylène de basse ou moyenne densité, ou dans un autre polymère ou copolymère d'oléfines, confèrent certaines qualités particulières aux revêtements appliqués sur les surfaces cylindriques intérieures et produisent une adhérence supérieure à celle obtenue jusqu'à présent. Sans vouloir limiter l'invention à une théorie ou à un mécanisme particulier, on suppose que cette plus forte adhérence des pellicules relativement épaisses constituées par des polymères ou des copolymères d'oléfines contenant une charge est due à la modification des caractéristiques de retrait des oléfines et à celle de la réduction qui en découle des contraintes qui se développent pendant le refroidissement et à la présence d'une pellicule de polymère relativement mince entre les particules individuelles de la charge et la surface métallique elle-même. Les particules de charge agissent comme un prolongement de la surface métallique elle-même, assurant ainsi la présence d'une mince pellicule à l'interface polymère/métal ou particules.
Toutefois, il convient de souligner qu'en plus de l'utilisation de particules de charge, il est également nécessaire de déposer le revêtement sur la surface métallique intérieure de la manière spécifiée ci-dessus.
Le procédé de l'invention est particulièrement bien adapté pour former des revêtements de polyéthylène de basse ou moyenne densité sur la surface intérieure de tuyaux, puisque la technique antérieure est affrontée avec le problème particulier de la formation de revêtements de polyéthylène sur des surfaces métalliques cylindriques intérieures, problème qui ne se pose pas avec d'autres polymères ou copolymères d'oléfines. Toutefois, il est bien entendu que le procédé de l'invention peut aussi être utilisé pour former des revêtements, d'autres polymères et copolymères d'oléfines sur les surfaces intérieures de tuyaux et autres. L'invention est applicable aux polyéthylènes de basse ou moyenne densité ou à n'importe quel autre polymère ou copolymère d'oléfines. Par polyéthylène de basse ou moyenne densité, on entend un polyéthylène ayant une densité de 0,910 à 0,940 et un indice de fusion de 0,2 à 25. Parmi les polymères d'oléfines appropriés, on peut citer le polypropylène, etc., et les copolymères d'oléfines tels que les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle, d'éthylène et d'acide acrylique et d'éthylène et d'acrylate d'éthyle.
N'importe quel métal normalement utilisé pour produire des tuyaux et des corps cylindriques creux analogues peut être pourvu d'un revêtement par le procédé de la présente invention.
Parmi les métaux appropriés, on peut mentionner l'aluminium, l'acier, le cuivre, la fonte et la fonte à graphite sphéroïdale ou ductile.
N'importe quelle matière de charge appropriée peut être utilisée dans le procédé de l'invention, à condition qu'elle soit pratiquement inerte par rapport au polymère et qu'elle soit capable de résister à la corrosion par l'environnement dans lequel la surface revêtue est appelée à être utilisée. En principe, selon la présente invention, n'importe quelle matière solide divisée dont le point de fusion est supérieur à celui du polymère ou du copolymère d'oléfines peut être utilisée. Parmi les charges appropriées, qui se présentent sous une forme divisée, on peut citer les oxydes de silicium, d'aluminium, de magnésium, de fer, de chrome, etc. ; des silicates tels que les silicates dicalciques, le silicate de zirconium, etc.; des carbures tels que le carbure de tungstène, le carbure de silicium, etc. ; des métaux tels que le fer, le cuivre, l'aluminium, le chrome, l'acier inoxydable, etc. ; des minerais naturels tels que le sable, la chaux, l'argile, la bentonite, le granit, les minerais de fer, etc.; des matières produites par l'homme, telles que des briques réfractaires pilées, des ciments de laitiers, du verre, etc. Les caractéristiques imposées aux charges sont qu'elles ne doivent pas se décomposer, ni fondre à une température inférieure à la température d'application du revêtement et qu'elles ne doivent pas réagir avec les matières transportées.
La granulométrie du polymère ou du copolymère d'oléfines peut varier entre des particules passant au tamis de 2 mm d'ouverture à des particules passant au tamis de 0,044 mm d'ouverture, mais correspond, de préférence, à des particules passant au tamis de 0,3 mm d'ouverture.
La granulométrie de la matière de charge doit être telle qu'elle peut être mélangée de façon homogène avec le polymère divisé. En général, la granulométrie de la charge peut se situer entre 4,76 mm et environ 0,044 mm, mais est, de préférence, de l'ordre de 0,3 mm. Il est bien évident que pour produire des revêtements relativement minces, il est normalement nécessaire d'utiliser des particules plus fines que si l'on voulait produire des revêtements épais et qu'un indice de fusion élevé exige une granulométrie plus fine qu'un indice de fusion relativement bas.
En général, le mélange de l'invention peut être utilisé pour produire des revêtements ayant une épaisseur d'environ 0,125 à environ 12,5 mm, de préférence, d'environ 0,5 à 1,5 mm. Toutefois, il est bien évident qu'en fin de compte, l'épaisseur du revêtement n'est pas très critique et que le procédé de l'invention peut être appliqué pour produire des revêtements ayant n'importe quelle épaisseur voulue.
Le rapport entre la quantité de polymère ou de copolymère et la charge est critique, car la proportion de cette dernière détermine le degré d'adhérence du revêtement à la surface métallique. En général, on peut dire que l'augmentation du pourcentage de charge augmente le degré d'adhérence. Toutefois, la quantité de matières de charge ne doit pas être augmentée au point que la proportion de polymère ou de copolymère devienne insuffisante pour assurer une forte cohésion entre les diverses particules et la surface du métal. En général, le rapport en poids du polymère ou du copolymère à la charge se situe d'environ 1/2 à environ 10/1.
Une autre limitation de la quantité de matières de charge utilisée est imposée par l'application à laquelle le tuyau revêtu est destiné. En effet, quand on augmente la quantité de matières de charge, le coefficient d'écoulement de la surface revêtue décroît en raison de la friction entre le liquide en circulation et les particules de charge. En conséquence, il convient de régler la quantité de matières de charge utilisée en fonction du degré d'adhérence désiré et en tenant compte de l'application envisagée.
C'est ainsi, par exemple, qu'un revêtement pour une canalisation d'égout doit être capable de résister à l'action corrosive des acides sulfureux et sulfuriques, tout en n'opposant qu'une résistance raisonnable à l'écoulement et en ayant une résistance acceptable à l'abrasion. Pour une telle application, on a trouvé qu'un mélange contenant un polyéthylène de basse densité et environ 25% en poids de sable, en se basant sur le poids du mélange, convenait le mieux pour former un revêtement de protection.
Des quantités de sable plus grandes (allant jusqu'à 50% en poids) ont été utilisées avec succès; toutefois, la surface du revêtement résultant est plus rugueuse, ce qui se traduit par une plus forte chute de pression due à la friction (faible coefficient d'écoulement). Par contre, dans certaines applications, par exemple dans les conduites d'égout où la circulation se fait par gravité, une augmentation du coefficient de friction n'est pas gênante et une forte teneur en sable du mélange est acceptable soit comme moyen pour augmenter l'épaisseur totale du revêtement, soit comme moyen pour abaisser son coût.
Un autre exemple de la grande diversité des choix de la charge inerte concerne des applications telles que les conduites d'évacuation de cendres, des installations de production de vapeur alimentées au charbon. Dans ces installations, les cendres, qui entrent dans la composition de tous les charbons, sont liquéfiées au cours de la combustion et tombent en goutte sur le fond où elles sont refroidies avec de l'eau avant d'être entraînées sous pression par des tuyaux vers de grands bassins de sélection. Ces cendres sont non seulement extrêmement abrasives mais contiennent, en outre, du soufre qui est recueilli par l'eau et transformé en acide. Pour de telles applications, la charge inerte doit nécessairement avoir une très grande résistance à l'abrasion et la polyoléfine ou le copolymère d'oléfines et la charge doivent être tous deux capables de résister aux acides sulfureux et sulfuriques. Les charges utilisées pour de telles applications comprennent l'alumine fondue broyée, des billes d'alumine et des carbures de silicium broyés et classés.
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Avant d'appliquer le revêtement, il convient de s'assurer que la surface métallique interne sur laquelle le revêtement doit être appliqué est propre. Les tuyaux métalliques et les objets similaires doivent, en général, subir un nettoyage préliminaire par un procédé de meulage au mouillé classique. Les tuyaux subissent ensuite un second nettoyage par sablage ou grenaillage. Toutefois, l'opération de nettoyage au mouillé a généralement pour résultat de former des carbonates et des hydroxydes dans les petites fissures et crevasses de la surface des tuyaux de fonte et de fer ductiles. En conséquence, il est nécessaire de chauffer ces tuyaux à une température supérieure de décomposition de ces carbonates et hydroxydes pour dégazer la surface. A cette fin, il suffit généralement de chauffer la surface des tuyaux à environ 540° C. Cette opération de dégazage élimine pratiquement les risques de formation de vides ou de trous d'épingle dans le revêtement polymérique résultant.
Après le dégazage, on refroidit le tuyau à une température supérieure au point de fusion du polymère ou du copolymère d'oléfines du mélange de revêtement et on le fait tourner autour de son axe longitudinal. La vitesse de rotation du tuyau doit être suffisante pour éviter la chute du mélange de revêtement.
La relation entre la vitesse de rotation (en tours/minute), le diamètre du tuyau et la force de gravité g est donnée par la formule suivante:
N2 Dia g 182
dans laquelle
— g est l'accélération due à la pesanteur qui est normalement de
9,81 m/s2,
— n est la vitesse de rotation en tr/min, et
— Dia est le diamètre en mètres.
Le mélange de charge et de polymère doit rester sur la paroi intérieure du tuyau à l'endroit où il a été déposé. Cela exige que le tuyau à revêtir tourne à une vitesse suffisante pour développer une force centrifuge au moins égale à la force g sur les particules. Toutefois, il est bien évident que le procédé est opérant aussi lorsque la force centrifuge est supérieure à g.
Ainsi, pour le tuyau de l'exemple 1 ci-après, la vitesse de rotation calculée pour une force centrifuge égale à g serait de 43,5 tr/min.
On dispose une auge en U ou en V, pouvant être inclinée, remplie avec le mélange de revêtement à l'intérieur de la surface cylindrique devant recevoir le revêtement. Cette auge contient une quantité de matières suffisante pour former un revêtement ayant l'épaisseur voulue. On incline l'auge de façon que la matière de revêtement soit distribuée uniformément sur toute la surface à revêtir, la force centrifuge du tuyau en rotation assurant que le mélange de revêtement reste en place sur la surface métallique intérieure, à l'endroit où il a été déposé. Dans ces conditions, le polymère ou le copolymère du mélange fond en formant une matrice pratiquement immobile contenant la charge, matrice qu'on laisse refroidir ensuite pour 5 former un revêtement solide contenant la charge. Le tuyau est ensuite éjecté et, le cas échéant, un second tuyau devant recevoir un revêtement est ensuite placé à l'endroit ainsi libéré.
L'exemple suivant, qui n'a bien entendu aucun caractère limitatif, fera mieux comprendre les particularités de l'invention.
10 Exemple:
On a utilisé dans cet exemple un tuyau de fer ductile ayant un diamètre nominal de 914 mm (diamètre extérieur réel 973 mm, diamètre intérieur réel 947 mm) et une longueur de 6 m, avec une 15 paroi de 13 mm d'épaisseur, fabriqué conformément aux spécifications de la norme américaine ANSI N° A 21.51. Après le traitement par la chaleur, la surface intérieure du tuyau est rendue rugueuse en utilisant une meule rotative. On introduit de l'eau à l'intérieur du tuyau pour refroidir la meule et pour évacuer les particules 20 étrangères.
On soumet ensuite le tuyau à un sablage et on le chauffe à 540° C pour dégazer sa surface. On le laisse ensuite refroidir à 288° C ± 28° C; en utilisant un jet d'eau tenu à la main, on procède à un refroidissement forcé du tuyau si une partie de celui-ci est devenue 25 plus chaude que le reste.
On place dans une auge ayant la même longueur que le tuyau, un mélange composé de 25% en poids de sable (finesse de grain AFS N° 83,3) (0,30 mm) et 75% en poids de poudre de polyéthylène (densité: 0,916; indice de fusion: 22; granulométrie: 0,5 mm; 30 contenant Vi% en poids de noir de carbone). On fait ensuite tourner le tuyau autour de son axe longitudinal à la vitesse de 60 tr/min (produisant ainsi une force de 1,90 g). On a rempli cette auge à un niveau assurant l'obtention d'un revêtement ayant une épaisseur finale comprise entre 1 et 1,25 mm. La rotation du tuyau était 35 calculée pour éviter la chute du mélange pendant l'opération du revêtement. L'auge a été tournée à une vitesse suffisante pour assurer une distribution régulière du mélange de sable et de polyéthylène sur toute la surface intérieure du tuyau. Après la fusion complète du mélange, on a versé de l'eau sur la surface extérieure du tuyau afin de .40 refroidir celui-ci et le revêtement avant d'arrêter la rotation.
Le tuyau ainsi revêtu a été testé en le plongeant tout entier dans de l'eau à 77° C pendant un an, sans que le revêtement se détache. Le tuyau a également été testé en refroidissement, certaines parties annulaires de celui-ci à —23° C, puis en les chauffant à 60e C sur une 45 base journalière, en effectuant 60 cycles/d, sans constater de pertes d'adhérence.
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Claims (18)
1. Procédé pour former un revêtement de polymère contenant une charge sur la surface interne d'une surface métallique cylindrique, caractérisé en ce qu'il consiste:
a) à préparer un mélange homogène de particules d'une polyoléfine ou d'un copolymère d'oléfines et de particules d'une charge dans l'espace délimité à l'intérieur d'une surface métallique cylindrique qui tourne autour de son axe longitudinal, surface métallique étant à une température supérieure au point de fusion de la polyoléfine ou du copolymère;
b) à déposer uniformément le mélange de particules sur la surface interne de la surface métallique rotative et chaude, à une vitesse telle que ce mélange est maintenu pratiquement immobile à son point de dépôt par rapport à la surface métallique interne sous l'action de la force centrifuge, ce qui fait que le polymère ou le copolymère du mélange fond en formant une pellicule visqueuse chargée qui reste pratiquement immobile sur la surface métallique interne à cause de la force centrifuge, et c) à refroidir le revêtement à une température inférieure au point de fusion du polymère ou du copolymère.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface métallique est en aluminium.
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REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface métallique est en acier.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface métallique est en cuivre.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface métallique est en fonte ou en fer ductile.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange contient un polyéthylène de basse ou moyenne densité.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la polyoléfine est du polyéthylène à basse densité.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la polyoléfine est du polypropylène.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange comprend un copolymère d'oléfines.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le copolymère d'oléfines est un copolymère d'éthylène et d'acétate de vînyle.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge est constituée par du sable, de l'aluminium, du ciment, ou un carbure de zirconium ou de silicium.
12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la granulométrie du polymère ou copolymère d'oléfines est comprise entre 2 et 0,044 mm.
13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la granulométrie de la charge est comprise entre 4,76 et 0,044 mm.
14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dépose le mélange sur la surface interne au moyen d'une auge en U ou en V, pouvant être inclinée, placée à l'intérieur de la surface cylindrique.
15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement est comprise entre 0,125 et 12,5 mm.
16. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on nettoie préalablement la surface intérieure par un sablage et par un chauffage à une température suffisante pour le dégazer.
17. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport en poids de la polyoléfine ou du copolymère d'oléfines sur la charge est compris entre 1 /2 et 10/1.
18. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange comprend un polyéthylène à basse densité et environ 25% en poids de sable, par rapport au poids total du mélange.
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