DD231313A5

DD231313A5 - Verfahren zum ummanteln von stabfoermigen metallischen formkoerpern mit thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DD231313A5
Application number: DD83252239A
Authority: DD
Inventors: Walter Stucke
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1982-07-06
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1985-12-24
Also published as: JPS599036A; BE897218A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln von stabfoermigen metallischen Formkoepern, insbesondere Stahlrohren, mit thermoplastischem Kunststoff, insbesondere Polyaethylen. Um fuer Rohre mit Nennweiten insbesondere zwischen 50 und 500 mm das Aufbringen einer schlauchfoermigen Folie zu verbessern und die Moeglichkeit fuer eine schnellere Ummantelungsgeschwindigkeit zur Erzielung eines groesseren Mengendurchsatzes zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass fuer die Grundierung eine Schicht eines pulverfoermigen, vorkondensierten Epoxyharz/Haerter-Gemisches, welches bei einer Temperatur zwischen 145 und 155C innerhalb 50-70 Minuten aushaertet, in einer Dicke zwischen 30 und 50 um auf das erwaermte Rohr aufgebracht wird, welche anschliessend zum Verfluechtigen der freiwerdenden Reaktionsprodukte auf eine Temperatur von 200C durch Hindurchfuehren des Rohres durch eine Infrarotstrahlerstrecke erhitzt wird, dass dann auf die erhitzte Grundierung die schlauchfoermige Doppelfolie mit einer Temperatur zwischen 165 und 190C und mit einem mindestens 36fach groesseren Schichtvolumen extrudiert wird, und dass zur Aushaertung der Grundierung der thermoplastische Mantel innerhalb etwa einer Stunde zunaechst in seiner aeusseren Oberflaeche bis auf 50C bis 60C begrenzt und dann bis auf Raumtemperatur abgekuehlt wird.

Description

~^Λ AP F16L/252 239/7

62 601 27 29.11.83

Verfahren zum Umwandeln von stabförmigen metallischen Formkörpern mit thermoplastischem Kunststoff

Anwendungsgebiet der Erfindung·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln von metallischen Formkörpern, insbesondere Stahlrohren, mit fahermoplastischem Kunststoff, insbesondere Polyäthylen, bei dem auf die erwärmten Formkörper zunächst ein Epoxyharz/Härter-Gemisch als Grundierung" und unmittelbar anschließend der thermoplastische Kunststoffmantel aufgebracht werden, der durch gleichzeitiges Extrudieren einer als Haftkleber dienenden Folie aus Athylencopolymerisat und einer darüberliegenden Folie des thermoplastischen Kunststoffs in Form eines Doppelschlauches gebildet wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Mit der DE-AS 1 261 431 ist es bekannt geworden, Polyäthylenüberzüge auf Metalloberflächen dadurch herzustellen, daß man auf die Metalloberfläche zunächst eine Epoxyharz/Härter-Mischung aufträgt und anhärten läßt und darauf mittels einer Flammspritzpistole etwas Polyäthylen und nach Aushärten der Epoxyharzschicht weiteres Polyäthylen aufspritzt, wobei die Temperatur der Metalloberfläche 100 ⁰G nicht überschreiten soll· Hierbei erfolgt das Aushärten der Spoxyharzschicht bei einer Temperatur von maximal 60 ⁰C etwa 24 Stunden lang. Für eine großbetriebliche Ummantelung von Stahlrohren ist dieses Verfahren im Hinblick auf einen großen Durchsatz wegen der langen Aushärtezeit des Spoxyharzes unwirtschaftlich.

Gemäß der DE-PS 1 965 802 ist es für das Ummanteln von Stahlrohren mit Polyäthylen bekannt, die Rohre zunächst auf Verarbeitungstemperatur, zweckmäßig oberhalb 100 ⁰O zu erhitzen

nNQV.1983-*l329ü9.

- 2 - 62 $01 27

29.11.83

und mit einer Grundierung aus bei dieser {Temperatur vernetzendem Epoxyharz zu beschichten. Unmittelbar anschließend wird um die aushärtende Epoxyharzschicht ein extrudiertes Folienband aus Äthylencopolymerisat und um dieses ein extrudiertes Folienband aus Polyäthylen gewickelt, wobei das erstere Folienband als Haftkleber für die Polyäthylenschicht dient. Auch hierbei ist der Durchsatz wegen der einzuhaltenden Zeit für das erforderliche Verflüchtigen der aus dem zu vernetzendem Epoxyharz entstehenden Eeaktionsprodukte begrenzt. Das Verfahren ist hauptsächlich für Bohrdurchmesser ab etwa 600 mm geeignet.

Ferner ist es bekannt, auf das eine !Temperatur von 70 - 90 ⁰C aufweisende und mit einer wärmeempfindlichen Innenbeschichtung versehene Stahlrohr eine Grundschicht aus einem härtbaren Epoxyharzgemisch aufzubringen, auf welche dann eine Schicht aus einem Ithylencopolymerisat und eine Polyäthylenschicht in Form eines Doppelschlauches extrudiert wird. (DE-PS 2 222 911). Nach beendeter Ummantelung werden die Rohre nach einer Verweilzeit von 3 %&& &&£ Eaumtemperatur abgekühlt, wobei die Epoxyharzschicht noch nicht durchgehärtet ist. Die vollständige Aushärtung erfolgt erst nach etwa 24 Stunden bei Eaumtemperatur und bei 65 % Luftfeuchtigkeit, Dadurch kann der Mengendurchsatz in manchen Fällen beeinträchtigt werden. Bei Abweichung von vorgegebenen Kenndaten des Verfahrens verzögert sich die Aushärtung erheblich oder wird verhindert.

Es ist gemäß der DE-PS 2 257 135 weiterhin bekannt, die zu ummantelnde Oberfläche der Stahlrohre auf 80 ⁰C zu erwärmen und elektrostatisch mit einem lösungsmittelhaltigen Epoxy— harz/Härter-Gemisch in einer Dicke von etwa 100 ,um zu überziehen. Auf diese Grundierung wird dann die thermoplastische

- 3 - 62 601 27

29.11.83

Ummantelung, die aus einer inneren Äthylencopolyiaerisatschicht und einer äußeren Polyäthylenschicht besteht, aufgebracht.

Die ummantelten Bohre werden dann mit Wasser bis auf eine mittlere Rohrtemperatur von 40 ⁰G abgekühlt. Anschließend wird das Kernrohr induktiv auf eine mittlere Temperatur von 100 ⁰G erwärmt. Die Oberflächentemperatur des Rohres beträgt dann etwa 240 ⁰G. Bei dieser Temperatur wird die Epoxyharz-Grundierung in weniger Sekunden ausgehärtet, inschließend werden die ummantelten Rohre auf Raumtemperatur abgekühlt. Es hat sich jedoch in manchen Fällen gezeigt, daß das Aufbringen einer durch Extrudieren erzeugten schlauchförmigen Doppelfolie auf Rohre, die 6 bis 12 m lang sind, insofern mit Schwierigkeiten verbunden ist, als das Verflüchtigen des Lösungsmittels aus dem Epoxyharz/Härter-Gemisch be"i den im Ausführungsbeispiel genannten Daten für Rohrgeschwindigkeit (20 m/min), Schichtdicke und Rohrtemperatur vor dem Aufbringen des Schlauches nicht ausreichend ist. Dagegen ist das Verfahren für ein Ummanteln durch Umwickeln von Rohren mit größerem Durchmesser als 600 mm mit einer streifenförmigen Doppelfolie hervorragend geeignet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines wirtschaftlichen einsetzbaren Verfahrens zum Ummanteln von stabförmigen metallischen Formkörpern mit thermoplastischem Kunststoff.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren für das Aufbringen einer schlauchförmigen Doppelfolie

62 601

29.11.83

zu verbessern und die Möglichkeit für eine schnellere Ummantelungsgeschwindigkeit für die Erzielung eines größeren Mengendurchsatzes zu schaffen für Rohre, insbesondere mit Nennweiten zwischen 50 und 500 mm·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Grundierung ein pulverförmiges, vorkondensiertes Epoxyharz/ Härter-Gemisch, welches bei einer Temperatur zwischen 145 ⁰G und 155 ⁰O innerhalb 50 - 70 Minuten aushärtet, in einer eine Schichtdicke zwischen 30 und 50 /um ergebenden Menge auf den auf mindestens 80 ⁰O erwärmten Formkörper aufgebracht wird und anschließend zum Aufschmelzen der Schicht und/oder zum Verflüchtigen der freiwerdenden Reaktionsprodukte auf eine Temperatur von etwa 200 ⁰C durch Vorbeiführen des Formkörpers an einer von außen wirkenden Wärmequelle erhitzt wird, daß dann auf die erhitzte Grundierung die schlauchförmige Doppelfolie, deren Ithylencopolymerisat-Anteil vorgetrocknet wurde, mit einer Temperatur zwischen 165 ⁰C und 190 ⁰O und mit einem mindestens 36-fach größerem Schichtvolumen extrudiert wird, und daß zur Aushärtung der Grundierung der thermoplastische Mantel innerhalb etwa einer Stunde zunächst in seiner äußeren Oberfläche bis auf 50 ⁰O- 60 begrenzt und dann bis auf Kaumtemperatur abgekühlt wirde

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn ein zu ummantelnder Formkörper, der eine wärmeempfindliche Innenbeschichtung aus Kunststoff, Bitumen, Zementmörtel oder dgl· aufweist, vor dem Grundieren auf eine Temperatur von unter 100 ⁰C erwärmt wird.

Günstig ist es in diesem. Zusammenhang auch, wenn der zu ummantelnde Formkörper zunächst auf eine Temperatur von etwa 80 ⁰C und unmittelbar vor dem Grundieren zusätzlich im Oberflächenbereich um weitere 20 - 30 ⁰O mittels Infrarotbestrah-

- 5 - 62 601 27

29.11.83

lung erwärmt wird«

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein zu ummantelnder Formkörper ohne wärmeempfindliche Innenbeschichtung vor dem Grundieren auf eine Temperatur von mindestens 150 ⁰O erwärmt wird·

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der zu ummantelnde Formkörper zunächst auf eine (Temperatur von etwa 170 ⁰G und unmittelbar vor dem Grundieren zusätzlich im Oberflächenbereich um weitere 20 - 30 ⁰C mittels Infrarotbestrahlung erwärmt wird·

Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn das aufgetragene Spoxyharz/ Härter-Gemisch mittels Infrarotbestrahlung von außen erwärmt wird·

Im Sinne der Erfindung ist auch, daß das Äthylencopolymerisat vor dem Auftragen etwa 1,5 h lang bei etwa 70 ⁰O vorgetrocknet wird·

Bei Einhaltung der Verfahrensparameter, insbesondere des Schichtvolumenverhältnisses zwischen der Epoxyharz-Grundierung und dem thermoplastischen Kunststoffmantel wird die für die Aushärtung des speziellen Epoxyharzes erforderliche Wärmemenge aus dem wesentlich dickeren und mindestens 165 ⁰G warmen Kunststoffmantel entnommen. Eine zusätzliche Wärmebehandlung der ummantelten Bohre ist nicht mehr erforderlich. Die Aushärtung ist von der Umgebungstemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit unabhängig.

- 6 - 62 601 27

29.11.83

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist anhand des folgenden Aasführungsbeispieles näher erläutert.

Sin 6 m langes Stahlrohr ohne wärmeempfindliohe Innenbeschichtung mit einem Durchmesser von 150 mm wird induktiv auf 170 ⁰C erhitzt, wofür es mit einer Geschwindigkeit von 20 m/min durch eine Induktionsspule bewegt wird· Danach wird die Rohroberfläche durch Bestrahlung in einer Infrarotstrahlerstrecke, durch die das Rohr mit einer Geschwindigkeit von 20 m/min geführt wird, auf etwa 200 ⁰G weiter erwärmt» Das unmittelbar anschließende Beschichten mit pulverförmigem vorkondensiertem Bpoxyharz/Härter-Gemisch erfolgt elektrostatisch in einer eine Schichtdicke von nur 30 bis 50 /Um ergebenden Menge«, Hierbei schmilzt das Spoxyharz/Härter-Pulvergemisch auf der Rohroberfläche auf. Wurde die Rohroberfläche wegen einer vorliegenden wärmeempfindlichen Innenbeschichtung nur auf etwa 110 ° G erwärmt, so bildet das aufgeschmolzene Epoxyharz/Härter-Pulvergemisch zunächst einen nicht verfließenden und nicht zusammenhängenden Film. Im Anschluß an das elektrostatische Aufbringen wird nur die dünne Epoxyharz/ Härter-Schicht erhitzt, und zwar auf ca. 200 ⁰C durch Infrarotbestrahlung, indem das Rohr wiederum mit der Geschwindigkeit von 20 m/min durch eine zweite ringförmige Infrarotstrahlerstrecke geführt wird· Hierdurch bildet sich auch im Falle einer vorliegenden wärmeempfindlichen Innenbeschichtung eine geschlossene Grundierung.

Durch die Infrarotbestrahlung verflüchtigen sich die freiwerdenden Reaktionsprodukte aus der Eposyharz-Grundierung innerhalb von 10 Sekunden, ohne daß bis dahin eine Aushärtung erfolgt. Anstelle der Infrarotbestrahlung könnte die Erwärmung

- 7 - 62 601 27

29.11.83

der Epoxyharz-Grundierung-ζ· B. auch mit Miikrowellenbestrkhlung erreicht werden. Nach. Austritt aus der zweiten Infrarotstrahlerstrecke wird der thermoplastische Doppelschlauch aus ithylencopolymerisat und Polyäthylen um die Rohroberfläche extrudiert, der dabei eine Temperatur zwischen 165 ⁰C und 190 ⁰C und ein 40-fach größeres Schichtvolumen als die Epoxyharz-Grundierung aufweist. Dann wird der thermoplastische Mantel zunächst innerhalb einer Stunde in seiner äußeren Oberfläche bis auf 50 - 60 ⁰G im offenen Wasserbad und danach an Luft abgekühlt, wobei die Temperatur des Stahlrohres etwa 70 bis 90 ⁰C beträgt· Bei dieser Abkühlung erfolgt die vollständige Aushärtung der Grundierung.

Die Verbesserung, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt, ist aus folgender Tabelle ersichtlich:

Schälfestig- Schälfestigkeit Disbondingkeit (U/cm) (N/cm) nach Koch- verhalten bei + 20 ⁰G test bei +65 ⁰C; bei ASTM-

nach 30 Tagen, ge- Bedingungen prüft bei +20 ⁰C (mm)

bisher nach

dem Stand d. .35 0-20 8 - 30

Technik ohne SiP-Pr imer

Verfahren ^O - 120 45 - 60 0-5

- 8 - 62 601 27

29.11.83

Mit besonderem Torteil ist die Erfindung anwendbar für Rohre, die bereits eine Innenbeschichtung aus einem wärmeempfindlichen Korrosionsschützmittel, wie Epoxyharzlack, Bitumen, legiertem Zementmörtel oder dgl· aufweisen. Diese Hohre dürfen, um eine Beschädigung der Innenbeschichtung zu vermeiden, nur auf mittlere Eohrtemperaturen von unter 100 ⁰C vorgewärmt werden. Vorteilhaft geschieht dies wie im angeführten Beispiel in zwei Stufen, indem das Eohr zunächst durch eine Induktionsspule geführt und dabei auf etwa 80 ⁰G gebracht und anschließend, unmittelbar vor dem Grundieren, in einer Infrarotstrahlerstrecke nur im Oberflächenbereich auf etwa 110 ⁰G erwärmt wird. Der Sinn der zweistufigen Erwärmung ist, daß nur die Eohroberflache auf eine für die Beschichtung möglichst günstige Temperatur gebracht wird, wobei eine zulässige mittlere Bohrtemperatur nicht überschritten werden und die in der Kühlung des Eohres wieder abzuführende Wärmemenge möglichst gering sein soll.

Claims

- 9 - 62 601 27 29.11.93 Erfindungsanspruoh

1· Verfahren zum "Ummanteln von stabförmigen metallischen Förmkörpern, insbesondere Stahlrohren, mit thermoplastischem Kunststoff, insbesondere Polyäthylen, bei dem auf die erwärmten formkörper zunächst ein Epoxyharz/Härter-Gemisch als Grundierung und unmittelbar anschließend der thermoplastische Kunststoffmantel aufgebracht werden, der durch gleichzeitiges Extrudieren einer als Haftkleber dienenden Folie aus Ithylencopolymerisat und einer darüberliegenden Folie des thermoplastischen Kunststoffs in Form eines Doppelschlauches gebildet wird, gekennzeichnet dadurch, daß für die Grundierung ein pulverförmiges, vorkondensiertes Epoxyharz/Härter-Gemisch, welches bei einer Temperatur zwischen 145 und 155 ⁰C innerhalb 50 - 70 min aushärtet, in einer eine Schichtdicke zwischen 30 und 50 ,um ergebenden Menge auf den auf mindestens 80 ⁰G erwärmten Formkörper aufgebracht wird und anschließend zum Aufschmelzen der Schicht und/oder zum Verflüchtigen der freiwerdenden Reaktionsprodukte auf eine Temperatur von etwa 200 ⁰C durch Vorbeiführen des Formkörpers an einer von außen wirkenden Wärmequelle erhitzt wird, daß dann auf die erhitzte Grundierung die schlauchförmige Doppelfolie, deren Ithylencopolymerisat-Anteil vorgetrocknet wurde, mit einer Temperatur zwischen 165 ⁰C und 190 ⁰C und mit einem mindestens 36-fach größerem Schichtvolumen extrudiert wird, und daß zur Aushärtung der Grundierung der thermoplastische Mantel innerhalb etwa einer Stunde zunächst in seiner äußeren Oberfläche bis auf 50 ⁰G 60 ⁰C begrenzt und dann bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird·

- 10 - 62 601 27

29.11.83

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein zu ummantelnder Formkörper, der eine wärmeempfindliche Innenbeschichtung aus Kunststoff, Bitumen, Zementmörtel oder dgl· aufweist, vor dem Grundieren auf eine Temperatur von unter 100 ⁰G erwärmt wird.

3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der

zu ummantelnde !Formkörper zunächst auf eine Temperatur von etwa 80 ⁰G und unmittelbar vor dem Grundieren zusätzlich im Oberflächenbereich um weitere 20 - 30 ⁰C mittels Infrarotbestrahlung erwärmt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein zu ummantelnder Formkörper ohne wärmeempfindliche Innenbeschichtung vor"dem Grundieren auf eine Temperatur von mindestens 150 ⁰G erwärmt wird.

5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der

zu ummantelnde Formkörper zunächst auf eine Temperatur von etwa 170 ⁰C und unmittelbar vor dem Grundieren zusätzlich im Oberflächenbereich um weitere 20 - 30 ⁰G mittels Infrarotbestrahlung erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß das aufgetragene Epoxyharz/Härter-Gemisch mittels Infrarotbestrahlung von außen erwärmt wird»

7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Äthylencopolymerisat vor dem Auftragen etwa 1,5 h lang bei etwa 70 ⁰G vorgetrocknet wird.