CS214810B2

CS214810B2 - Metal pipe fitted by outer protective layer and method of making the same

Info

Publication number: CS214810B2
Application number: CS797557A
Authority: CS
Inventors: Carlos Miguel Samour; Earl Graves Jackson; Samuel James Thomas; Louis Edward Davidson
Original assignee: Kendall & Co
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1982-06-25
Also published as: US4213486A; DK155209B; BE879848A; ATA714879A; GB2036916A; AT367885B; BR7907233A; MX153442A; AR221116A1; YU271379A; FR2441119B1; DE2944809A1; CH645178A5; FR2441119A1; DD147397A5; ZA795965B; IT7927066A0; IE48875B1; NZ192059A; NO154246B

Description

Vynález se týká kovové, zejména ocelové trubky opatřené vnější ochrannou vrstvou. Na povrchu trubky je zakotven epoxidový povlak na bázi polymeru odvozeného od bisfenolu A o tloušťce 0,051 až 0,406 mm a přes tento epoxidový povlak je upraven obal z termoplastického polymeru adhezně s ním spojený, přičemž celková tloušťka ochranné vrstvy je 0,152 až 1,270 mm. Vnější obal z termoplastického polymeru je s výhodou vytvořen z návinu polyethylenové pásky opatřené lepivou vrstvou. Lepivá vrstva může být například z butylkaučuku nebo z kopolymerů ethylenu a kyseliny akrylové.

Ocelové trubky, používané pro stavbu potrubí, určených pro dopravu plynu, ropy nebo ropných produktů, se opatřují izolací přímo nad výkopem nebo ve výrobním závodě. Je jasné, že základním rozdílem těchto dvou způsobů je vyšší kvalita vyrobené izolace v závodě a další faktor, tuto kvalitu ovlivňující, je účinnost očištění povrchu trubky a celková příprava povrchu trubky. Je také zřejmé, že zařízení, používané ve výrobním závodě je dokonalejší, a že je možné lépe kontrolovat provozní podmínky, které vedou k dosažení lepšího výrobku. Teoreticky by bylo možné, dosáhnout, vše, co je děláno ve výrobním závodě i při způsobu izolování nad výkopem, ale dosažení takového výsledku není zpravidla možné.

V současné době jsou používány čtyři hlavní kategorie vnějších antikorozních izolací potrubí. Jsou to:

1. Za horka nanášená poleva z uhelného dehtu nebo asfaltový tmel o relativně velké tloušťce (2,54 mm), které jsou obvykle vyztužené na vnější straně vrstvou skleněného nebo ' azbestového’ ’ materiálu. Udává se, že tento druh izolací představuje více než asi polovinu továrně vyráběných izolací v USA, ale určitá rizika, která jejich používání přináší předpovídají pokles jejich popularity. Tyto výrobky jsou málo odolné proti rázu, mají malou odolnost vůči mechanické . penetraci, malou odolnost vůči abrazi, ’ malou odolnost při namáhání zatížením zeminou a jsou středně vyhovující pouze pokud se týče odolnosti proti odlupování ohybu, katodickému odlupování a působení uhlovodíkových rozpouštědel.

2. Extruze povlaků z termoplastů: (obvyklá tloušťka 1 mm). V tomto typu izolací má prakticky monopolní postavení polyethylen. Tato technika izolování může zahrnovat extrudování bezešvé trubky přes izolovanou trubku nebo etxrudování pomocí ploché etxruzní hubice tak, že dochází k navíjení na trubku. Ve většině případů je polymer nanášen na . předem nanesenou vrstvu tmelu (například na živičnou vrstvu). Tyto izolace vykazují zlepšené vlastnosti proti dříče uvedeným v odstavci o za horka nanášených polevách z uhelného dehtu s tím rozdílem, že jejich odolnost vůči působení uhlovodíků je omezena.

3. Systém izolačních pásek (typická tloušťka 0,5 až 2 mm). Tato technika byla mezi jiným vyvinuta pro dosažení zlepšeného způsobu izolování způsobem nad výkopem, ale je vhodná i pro izolování ve výrobním závodě. Antikorozní ochranná páska je šroubovicovým způsobem· navíjena. přes vrstvu dříve naneseného primeru, obsahujícího kaučuk a dále · může být navinuta další ochranná páska z plastu. Použité pásky jsou obvykle z polyethylenu, majícího na spodní vrstvě na tlak citlivou rozpustnou látku, nebo adhezní vrstvu, která je aktivována použitým primerem. Vlastnosti, které vykazují takto izolované trubky, jsou podobné vlastnostem trubek povlečených vytlačováním.

4. Izolace nanesené natavením . Tento typ izolací používá termoplastický prášek, . nanesený elektrostaticky na horkou · trubku, kde dochází k jeho „roztavení“, prášek přilne ke kovu a spojí se s ním. Jsou používány v zásadě pouze tři materiály ve větším měřítku, a to práškovitý polyethylen, vinylové polymery a epoxidové pryskyřice, z nichž pouze poslední má v USA obchodní úspěch. Chemicky jsou to všeobecně polymery odvozené od bisfenolu A s koncovými epoxyskupinami.

Epoxidy vyžadují vytvrzení teplem, aby vznikla jejich termosetová forma a vytvrzení obvykle nastává za použití katalyzátorů (například aminů, kyselin, halogenidů boru atd.). Často je před nanesením práškové izolace používán kapalný epoxidový primer. Typické tloušťky epoxidových izolací jsou 0,3 až 0,35 mm, aby tak zajišťovaly alespoň přijatelnou . odolnost vůči katodickému odlupování, i když práce M. · D. Simpsona „Vnější ochrana ocelových trubek pomocí povlaků z práškových epoxidů“, přednesená na druhé mezinárodní . konferenci o vnější a vnitřní ochraně potrubí proti korozi [konala se v Anglii v září 1977) uvádí (na straně X2):

„izolace z bitumenů, uhelného dehtu a z . polyethylenu musí být nanášeny v poměrně tlusté vrstvě ale epoxidové povlaky vyrobené z prášku poskytují výbornou ochranu, i když jsou tlusté pouze 3 mm“.

Je zřejmé a jasné, že · „3 mm“ má být správně 0,3 mm, ale i tak tato hodnota (0,3 mm) stále ještě představuje reaativně Hustý povlak, který bude mít nevýhodnou křehkost, neohebnost a u kterého bude docházet k napětí na rozhraní trubky a epoxidu.

Aby se docílila dostatečná uspokojivá epoxidová izolace, která by měla dostatečnou odolnost vůči rázu, mechanické penetraci, odlupování, abrazi, namáhání zeminou a vůči katodickému odlupování, bylo konstatováno, že potřebná tloušťka pro izolaci tohoto typu je asi 0,3 . ’ až 0,35 mm.

Některé patenty, které se vztahují k .navíjení · termoplastických materiálů na trubky, jsou US patent 3 616 006 (Landgraf), 3 ·687 765 (Mac Lean a kol.), 3 802 908 [Emmons) a 3 823 045 (Hielema).

Povlékání trubek vytlačováním je uváděno v US patentu 2 820 249 (Colombo). Epoxidové povlaky jsou popsány v US patentech 4 060 655, 3 578 615, 3 .508 946 a 3 258 032.

Předmětem vynálezu je kovová trubka opatřená vnější ochrannou vrstvou, vyznačující se tím, že na . povrchu ’ trubky . je zakotven epoxidový povlak na bázi polymeru odvozeného od bisfenolu A o tloušťce 0,051 až 0,406 mm a přes tento epoxidový povlak je upraven obal z termoplastického polymeru adhezně s ním spojený, přičemž celková tloušťka ochranné vrstvy je 0,152 až 1,270 mm.

Do rozsahu vynálezu spadá zejména ocelová trubka s ochrannou vrstvou proti korozi, u které je na vlastní trubku nanesen nejprve epoxidový povlak a přes něj je pak navinuta druhá vrstva z pásky. Druhá vrstva je v zásadě na bázi polyolefinů, s výhodou je z polyethylenu, a nese vrstvu, vyvolávající účinné přilnutí k epoxidové vrstvě. Prostředek pro vyvolání přilnutí může být horké rozehřáté lepidlo (tj. alespoň · část jeho · přilnavosti je aktivována zvýšenou teplotou] nebo může být použito lepidlo citlivé na tlak.

Takový výrobek podle tohoto, vynálezu potom sestává z vlastní ocelové trubky, z epoxidového povlaku o tloušťce od 0,051 do 0,254 mm, s výhodou 0,051 až 0,203 mm, ješ1jě výhodnější je 0,102 až 0,152 mm a z vnějšího ovinu z ohebné pásky, obvykle spirálovitě. Páska přitom nese lepivou vrstvu pro spojení s epoxidovým povlakem Vnější páskový návin může mít tloušťku v rozmezí od 0,102 do asi 1,270 mm tak, že celková tloušťka izolace je od 0,152 mm do asi 1,270 mm a s výhodou je 0,305 až 1,270 mm.

Epoxidové povlaky o tloušťce menší než asi 0,305 až 0,356 mm nejsou obvykle přijatelné jako povlaky pro trubky a to hlavně pro trubky o velkých průměrech, používaných k dopravě plynu, · ropy a různých chemikálií pod povrchem země, a to z důvodů výše naznačených, přičemž uváděné důvody vycházejí z vlastností jako je hlavně malá odolnost vůči katodickému odlupování, malá odolnost vůči rázům, malá odolnost vůči mechanické penetraci atd. Povlaky o tloušťce 0,305 až 0,356 mm a více jsou naproti tomu nevýhodné vzhledem k ještě menší pružnosti, · vyšší křehkosti a napětí na rozhraní trubka — epoxid, způsobenému při chladnutí epoxidové pryskyřice na trubce. Bylo však nyní zjištěno, že výše uvedené výhody epoxidových povlaků mohou být dosaženy, případně ještě zlepšeny a nevýhody mohou být potlačeny použitím tenčí vrstvy epoxidové izolace · v kombinaci s navinutou páskou.

Použití návinu pásky · na epoxidovou izolaci tloušťky 0,305 až 0,356 mm, i když by mohlo přinášet některé výhody, neřeší problematiku křehkosti epoxidové vrstvy a pnutí na rozhraní trubka — epoxid, a dále je takový systém i z ekonomického hlediska málo výhodný.

Celkový výrobní proces podle vynálezu používá trubku, která je vhodně připravena pro povlékání (tj. očištěna atd.], přičemž je tato trubka ohřátá na vyšší teplotu, dostatečnou · pro vytvoření epoxidové izolace. Příprava trubky se zajistí jakoukoli konvenční metodou, jako je např. tryskání · pískem nebo kovovými částicemi. Viz např. US patent 3 371 806 (Anderson). Trubka je · potom přenesena do vhodného zařízení pro její ohřátí, například do pece, a je ohřátá na zvolenou teplotu. Všeobecně tato zvolená teplota bude v rozmezí okolo · 149 · až 316 -^OC, s výhodou 205 až 302 °C. Teplota trubky · musí být dostatečně vysoká, aby došlo · k · · roztavení epoxidového prášku, který se nanáší elektrostaticky, a k vytvrzení · v rozmezí 1 · až 4 minut. Je výhodné, je-li teplota 'trubky alespoň o 139 °C vyšší než · je · bod tání použitého epoxidového prášku. Potom je epoxidová pryskyřice v podobě potřebné směsi elektrostaticky nanášena konvenčním způsobem tak, aby se vytvořil slinutý povlak tloušťky 0,051 až 0,254 mm, s výhodou · 0,051 až 0,203 mm. a ještě s větší výhodou 0,102 až 0,152 mm. Epoxidová prášková směs obsahuje epoxidovou pryskyřici, obecně jeden nebo více· vytvrzovacích prostředků, urychlovač, pigment, plnivo a regulační prostředek. Vhodná a · typická; složení jsou uvedena v US patentu · 4 060 655. Aby se získal uspokojivý povlak z epoxidové pryskyřice, musí se prášková směs Olinout (roztavit se) a smočit povrch trubky.

Toto stadium tavení a smáčení ale před vytvrzením je tzv. „gelové“ · stadium pryskyřice. Vhodná doba gelace je okolo ' 5 · až 35 sekund a s výhodou okolo 10 až 30 · sekund a nejvýhodněji okolo 15 až 30 sekund. Doba gelace musí být dostatečná, aby došlo · k vhodnému smočení povrchu trubky pro dostatečné přilnutí a spojení před · úplňým vytvrzením pryskyřice do stadia, kdy · je · · ve formě zcela termosetické. Po úplném vytvrzení, které nastane po asi 1 až 4 minutách, s výhodou po 2 až 3 minutách, navíjí se vrchní ochranná páska, obecně do spirály za použití konvenčních technik · (viz · například US patenty 1 988 628, 3 687 765 · · · · a 3 874 418). Páska může být z polyolefinového materiálu (s adhezní vrstvou citlivou na tlak, jako je například polyethylenový substrát tloušťky 0,23 mm s lepivou vrstvou z butylkaučuku na jedné straně). Páska je samozřejmě nanášena na vytvrzenou epoxidovou vrstvu tak, · že adhezní vrstva bude ve styku s epoxidem. Je obvyklé, že epoxidem izolovaná trubka je ochlazena na teplotu pod 93,4 °C, s výhodou pod asi 65,6 stupně Celsia, a nejvýhodněji pod asi 37,8 stupně Celsia před navíjením pásky. V závislosti na povaze na tlak citlivého lepidla může být trubka ochlazena i hluboko pod bod mrazu, jak může nastat v arktických podmínkách (například —50 °C), · protože i pro takové podmínky jsou známá vhodná lepidla, která se plně osvědčují. Při · použití na tlak citlivého lepidla je výhodné, aby páska byla nanášena na izolovanou trubku, která má teplotu · vyšší, než je okolní teplota, · aby tak bylo dosaženo vyšší přilnavosti. Teplota trubky s epoxidovým povlakem ve · stadiu nanášení pásky · není samozřejmě kritická, pokud nedochází k degradaci polymeru pásky nebo k jinému působení, které by negativně působilo na pásku a na její přilnavost k povlaku z epoxidové pryskyřice. Způsoby chlazení, které

214 . 81 O mohou být použity jsou například chlazení vzduchem a vodou. Kde páska používá za tepla tavitelné lepidlo, musí být teplota trubky alespoň nad aktivační . teplotou lepidla a·' v takových případech by všeobecně nebyla okolní teplota vhodná. ' V případech, kdy lepidlo obsahuje skupiny, které jsou reaktivní vůči epoxidovým pryskyřicím, ať se již jedná o lepidla za tepla tavitelná nebo na tlak . . citlivá, má být . teplota epoxidového povlaku dostatečná, aby zajistila . takovou reakci, . kterou . se dosáhne ' lepšího přilnutí pásky k. epoxidovému povlaku.

Pásky určené pro izolování podle tohoto' vynálezu jsou vyrobeny . . konvenčními technologiemi . jako je kalandrování adhezívní vrstvy ’ . na substrát. Samostatný substrát může mít formu lité, kalandrované nebo extrudované fólie. Lepidlo se může též vytlačovat ’. na substrát, nebo se může substrát a lepidlo vytlačovat současně. Všechny tyto mptody jsou dobře známé pro výrobu páskových materiálů.

Dále uvedené příklady slouží pro bližší objasnění vynálezu, aniž by však měly jakýkoli omezující význam.

Přikladl

Trubka o průměru 254 mm (10“], délce 2,44 m byla . po očištění opískováním předehřáta na 238 ^,0C tím, . že prošla pecí, dále byla dopravena do místa, kde za její rotace byl na ní ’ nanášen elektrostatickým způsobem práškový epoxidový materiál, přičemž se trubka pohybovala v podélném směru a rotovala tak, že vznikla kontinuální slinutá izolace o tloušťce 0,15 mm. Složení epoxidového materiálu, který byl použit, odpovídalo příkladu 16 ’ US patentu č. 3 508 946. Izolovaná trubka byla potom přenesena do vodní chladicí části, kde zchladla asi na 66 °c. Doba pro překonání vzdálenosti mezi jednotkou pro elektrostatické nanášení epoxidového prášku a chladicí jednotkou byla dvě minuty, což bylo dostatečné pro vytvrzení epoxidového povlaku. Po ochlazení má trubka vytvrzený suchý epoxidový povlak tloušťky 0,15 mm.

Na trubku, která má stále teplotu asi 66 °c, j_e do spirály navíjena polyethylenová páska z polyethylenu o vysoké hustotě, tloušťky 0,1 mm, nesoucí na tlak citlivé butylkaučukové lepidlo (0,05 mm]. Tato páska je navíjena do spirály s překrytím v místech styku. Výsledá trubka s epoxidovým povlakem a návinem pásky vykazuje výhodné vlastnosti, jako kdyby byla tloušťka epoxidového povlaku 0,3 mm ale navíc má . složená ochranná vrstva zlepšené vlastnosti při katodickém odlupování, je méně náchylná k poškození při manipulaci, má velmi dobrou odolnost proti působení povětrnosti a pronikání vody. Epoxi dová izolace tloušťky 0,3 mm samotná bez vnější vrstvy má sice dobrou odolnost proti pronikání vlhkosti, vody a solí ale takový povlak, (tj. 0,3 mm samotného epoxidového povlaku) nakonec změkne a může snadno dojít ke ztrátě jeho přilnavosti.

Příklad 2

Provedení podle příkladu 1 je opakováno s tím rozdílem, že epoxidový povlak, popsaný v příkladu 1 podle . US patentu č. 4 060 655 je nanášen na trubku předehřátou na 274 . °C. Dosáhne se výborných výsledků.

Příklad 3

Příklad 1 je opět opakován s tím rozdílem, že převin páskou z polyethylenu o vysoké hustotě je tloušťky 0,15 mm.

Příklad 4

Příklad 3 je opakován kromě toho, že je použit vnější přebal v místě mezi stanicí na nanášení epoxidové pryskyřice a místem, kde dochází k chlazení vodou, a to za jednu minutu po výstupu ze stanice pro nanášení epoxidu. Je tak vyroben výborný produkt.

Příklad 5

Příklad 2 je opakován s tím rozdílem, že je použit vnější přebal jako v příkladu 4 (teplota povlaku na trubce je okolo 177 . °C) a jako lepidla se použije kopolymerů ethylenu a akrylové kyseliny, obsahujícího 8 %í akrylové kyseliny a majícího index toku taveniny 5,5 dg/min.

Výraz polyolefin, jak je zde používán, zahrnuje také další ekvivalentní materiály, jako jsou fluorované polyolefiny a zesíťované polyolefiny, které mohou být získány . následnou modifikací · pomocí elektronového nebo gama záření v dávkách až do asi 20 Megaradů. ’ Epoxidovým povlakům o tloušce 0,051 až 0,254 mm je ' sice dávána přednost, ale výhod vynálezu se může dosáhnout i u povlaků, jejichž tloušťka sahá až do asi 0,356 až 0,406 mm.

Vnější ochranná vrstva je, jak již bylo uvedeno, s výhodou tvořena páskovým ovinem, nicméně na toto provedení se vynález neomezuje. Vnější obal z termoplastického polymeru může být na epoxidový povlak nanášen též běžným elektrostatickým nanášením práškového termoplastu popřípadě tak, že se nejprve pro zlepšení adheze mezi oběma povlaky stejným způsobem nanese mezivrstva za horka tavitelného lepidla.

Claims

PREDMET VYNALEZU

1. Kovová trubka opatřená vnější ochrannou vrstvou, vyznačující se tím, že na povrchu trubky je zakotven epoxidový povlak na bázi polymeru odvozeného od bisfenolu A o tloušce 0,051 až 0,406 mm a přes tento epoxidový povlak je upraven obal z termoplastického polymeru adhezně s ním spojený, přičemž celková tloušťka ochranné vrstvy je 0,152 až 1,270 mm.
2. Kovová trubka podle bodu 1, vyznačující se tím, že obal termoplastického polymeru je tvořen páskou.
3. Kovová ’ trubka podle bodu 2, vyznačující se tím, že je z oceli.
4. Kovová trubka podle bodu 2 nebo 3, vyznačující se tím, že obal z pásky je tvořen páskou z termoplastického polymeru nesoucí adhezívní vrstvu na povrchu, který je ve styku s epoxidovým povlakem.
5. Kovová' trubka podle bodu 4, vyznačující se tím, že páska je z polyethylenu.
6. Kovová trubka podle bodu 5, vyznačující se tím, že tloušťka ochranné vrstvy je 0,305 až 1,270 mm.
7. Kovová trubka podle bodů 4, 5 nebo 6, vyznačující se tím, že adhezívní vrstvu tvoří lepidlo citlivé na tlak.
8. Kovová trubka podle bodů 4, 5 nebo

6, vyznačující ' se tím, že adhezívní vrstvu tvoří polymer aktivovatelný teplem.
9. Kovová trubka podle bodu 8, vyznačující se tím, že teplem aktivovaný polymer je chemicky vázán k uvedenému epoxidovému povlaku.
10. Kovová trubka podle bodu ' 8 nebo 9, vyznačující se tím, že teplem aktivovaný polymer je interpolymer ethylenu a kyseliny akrylové.
11. Kovová trubka podle bodů 2 až 10, vyznačující se tím, že epoxidový povlak je odvozen od polymeru bisfenolu A, obsahujícího terminální epoxidové skupiny, který má dobu gelace 5 až 35 s při 250 °C a dobu vytvrzování 1 až 4 min.
12. Kovová trubka podle bodů 4, 5, 6 nebo

7, vyznačující se tím, že lepidlem je butylkaučukové lepidlo.
13. Kovová trubka podle bodů 2 až 12, vyznačující se tím, že tloušťka epoxidového povlaku je 0,051 až 0,406 mm.
14. Kovová trubka podle bodu 1, vyznačující se tím, že obal z termoplastického polymeru byl nanesen technikou nástřiku prášku a tloušťka epoxidového povlaku je s výhodou 0,051 až 0,254 mm.
15. Kovová trubka podle bodu 14, vyznačující se tím, že termoplastiký obal je spojen s uvedeným epoxidovým povlakem za horka tavitelným lepidlem naneseným technikou nástřiku prášku.
16. Způsob výroby kovové trubky opatřené vnější ochrannou vrstvou podle bodů 2 až 12, vyznačující, se tím, že se tavitelná prášková epoxidová pryskyřice odvozená od polymeru bisfenolu A elektrostaticky nanese, na .vnější povrch trubky zahřáté na teplotu vyšší, než je teplota tání epoxidové pryskyřice za vzniku spojitého povlaku o tloušťce 0,051 až 0,406 mm a pak se na kovovou trubku opatřenou epoxidovým povlakem do spirály navine ohebná páska z termoplastického polymeru opatřená adhezívní vrstvou* tak, že celková tloušťka epoxidového povlaku a návinu pásky je 0,152 až 1,270 mm.
17. Způsob podle bodu 16, vyznačující se tím, že práškovitá epoxidová pryskyřice je odvozena od bisfenolu A, má dobu gelace 5 až 35 s a dobu vytvrzování 1 až 4 min při 250 °C.
18. Způsob podle bodů 16 až 17, vyznačující se tím, že trubka, na kterou se elektrostaticky nanáší prášková epoxidová pryskyřice, je zahřáta na teplotů alespoň o 13,9 stupňů Celsia vyšší, než je teplota tání této pryskyřice.
19. Způsob podle bodů 16 až 18, vyznačující se tím, že ohebnou páskou z termoplastického polymeru je polyethylenová páska, přičemž adhezívní vrstva na této pásce je tvořena butylkaučukovým lepidlem.
20. Způsob podle bodů 16 až 19, vyznačující se tím, že celková tloušťka ochranné vrstvy je 0,305 až 1,270 mm.
21. Způsob podle bodu 18, vyznačující se tím, že ohebnou páskou z termoplastického polymeru je polyethylenová páska, přičemž adhezívní vrstva na této pásce je tvořena horkou taveninou za tepla aktivovatelného lepidla na bázi kopolymeru ethylenu a kyseliny akrylové.
22. Způsob podle bodu 16 až 21, vyznačující se tím, že tloušťka epoxidového povlaku je 0,051 až 0,254 mm.