DE10014704A1

DE10014704A1 - Verfahren zum Aufbringen eines Korrosionsschutzsystems auf ein Bauteil

Info

Publication number: DE10014704A1
Application number: DE10014704A
Authority: DE
Inventors: Michael Busch; Thomas Wagenknecht
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-03-27
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: DE10014704C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Korrosionsschutzsystems auf ein Bauteil, insbesondere ein Rohr, bei dem zumindest eine Basisschicht aus einem Epoxymaterial, eine Deckschicht in Form einer thermoplastischen Folie und gegebenenfalls eine Zwischenschicht zwischen Basisschicht und Deckschicht auf das Bauteil aufgebracht werden. Das Aufbringen der Deckschicht auf das Bauteil erfolgt hierbei unter Einwirkung einer Flamme, wobei die Flamme derart eingesetzt wird, dass die Oberfläche der thermoplastischen Folie beim Aufbringen angeschmolzen und ein Wärmeeintrag in die Basisschicht zum Aushärten des Epoxymaterials bewirkt wird. DOLLAR A Durch diese Vorgehensweise wird ein preiswertes Verfahren zum Aufbringen eines Korrosionsschutzsystems geschaffen.

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Korrosionsschutzsystems auf ein Bauteil, insbesondere ein Rohr, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein bevorzugtes technisches Anwendungsgebiet des vorliegenden Verfahrens ist der Korrosions- und Abrasi onsschutz von Rohren und anderen freiliegenden, erd- und wasserverlegten flächigen Bauteilen.

Typische Beispiele für derartige Bauteile sind Gaspipelines, Ölpipelines, Off-Shore-Komponenten u. a.

Stand der Technik

Für den Korrosionsschutz von Rohren sind 3-Lagen- Beschichtungen mit einem Epoxy-Primer als Basisschicht 2, einem Haftvermittler als Zwischenschicht 3 sowie ei ner Deckschicht 4 mit mehreren Millimetern Dicke weit verbreitet. Ein Beispiel für eine derartige Beschich tung eines Metallbauteils 1 ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Zum Auftrag des Korrosionsschutzsystems bei der Rohrherstellung im Werk wird in der Regel die Technik der Mehrlagen-Wickelextrusion eingesetzt. Das Rohr wird dabei zunächst induktiv erwärmt. Auf das er wärmte Rohr wird dann der Epoxy-Primer aufgebracht, auf den direkt im Anschluss der Haftvermittler aufextru diert wird. Der Auftrag des Haftvermittlers erfolgt un mittelbar im Anschluß an den Epoxy-Auftrag, damit das Epoxy noch nicht ausgehärtet ist und eine chemische Bindung zwischen Haftvermittler und dem Epoxy stattfin det. Im Anschluß an den Auftrag des Haftvermittlers wird auf das Rohr das Deckschichtmaterial aufextru diert. Die Rohrenden werden für das spätere Verschwei ßen der Rohre auf der Baustelle freigelassen.

Als Standard-Deckschichtmaterialien werden bei spielsweise Thermoplaste wie Polyethylen (PE) bzw. Po lypropylen (PP) eingesetzt. Um eine adhäsive Haftung zwischen Haftvermittler und Deckschicht zu ermöglichen, werden hier chemisch ähnliche Materialien verwendet. Für Sonderanwendungen werden anstelle von PE oder PP auch abriebfestere Umhüllungsmaterialien, wie z. B. GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff), in der Regel mit Harzmatrix, eingesetzt.

Aus der DE 32 30 955 ist ein Verfahren zum Aufbrin gen eines Korrosionsschutzes auf ein Rohr bekannt, bei dem das Epoxyharz und ein Zwischenkleber zunächst auf das kalte Rohr aufgebracht werden. Vor dem abschließen den Auftrag der Deckschicht im Schlauchextrusionsver fahren wird die Rohroberfläche bis zur Schmelztempera tur des Epoxyharzes aufgeheizt, um eine gute Verbindung der Beschichtung zu erreichen.

Korrosionsschutzsysteme, die mit den vorgenannten Verfahren hergestellt werden, sind aufgrund des zur Er zielung einer hinreichenden Schichtqualität notwendigen gesonderten Aufheizens des Rohres jedoch relativ teuer.

Ein weiteres Verfahren zum Aufbringen eines Korro sionsschutzsystems ist aus der EP 0183930 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wir ein Metallrohr mit einer Kor rosionsschutzbeschichtung aus einem härtbaren Kunst stoffharz, einem darauf angeordneten Heißschmelzkleber und einer Deckummantelung aus thermoplastischem Kunst stoffband versehen. Für den Heißschmelzkleber und das thermoplastische Kunststoffband können vorextrudierte kalte Folien verwendet werden wie sie im Handel erhält lich sind. Bei dem Verfahren wird zunächst der Kunst stoffharz auf das Metallrohr aufgebracht und durch Mi krowellenstrahlung auf Reaktionstemperatur erhitzt. Heißschmelzkleberfolie und Kunststoffband werden vor dem Auftragen mit einem Infrarotstrahler auf eine vor gegebene Temperatur aufgeheizt und beim nachfolgenden Wickelvorgang mit einer Rolle angepreßt. Dieses Verfah ren erfordert somit neben geeigneten Infrarotstrahlern auch einen Mikrowellengenerator zum Aufheizen der Schichtmaterialien.

Für die Schweißnaht-Nachisolation 9 der Rohre auf der Baustelle ist der Einsatz von Bindern und Schrumpf muffen verbreitet. Probleme bereitet bei diesen Techno logien häufig die Haftung der Nachisolation am Metall sowie der Übergang zur Werksisolation 8 (vgl. Fig. 1). Die Übergänge sind in der Regel uneben und die Dicht heit ist oft nicht gewährleistet, so dass es zu Unter wanderungen und später zur Korrosion des Metalls bzw. bei Sondertechniken wie dem Durchpressen der Rohre zu einem Ablösen der nachisolierten Bereiche kommen kann, was erhebliche Folgekosten verursacht.

Ein den Erfindern bekanntes alternatives, bereits im Einsatz befindliches Verfahren zum Deckschicht- Auftrag ist das Flammspritzen. Beim Flammspritzen wird das als Pulver vorliegende thermoplastische Beschich tungsmaterial in der Flamme 5 einer Spritzvorrichtung 6 erhitzt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils 1 aufgetragen, wie dies in Fig. 2 beispiel haft dargestellt ist. Die Deckschicht entsteht durch das Verlaufen der aufgeschmolzenen Pulverpartikel. Um Schichten hinreichender Qualität zu erhalten ist es je doch auch bei diesem Verfahren erforderlich, das Rohr vor der Beschichtung zu erhitzen. Weitere Nachteile dieses Verfahrens sind neben den relativ hohen Kosten die häufig geringe Reißfestigkeit und Spannungsrißbe ständigkeit der flammgespritzten Schichten sowie die Stabilität des Verfahrens schlechthin.

Für einige Sonderanwendungen wie z. B. Durch pressungen werden auf der Baustelle Matten mit Harzma trix um die Schweißnaht gewickelt und danach ausgehär tet. Diese Technik ist jedoch wegen der erforderlichen langen Aushärtungszeit und den damit verbundenen Warte zeiten bei der Verlegung der Rohre ungünstig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfacheres und dadurch preiswerteres Ver fahren zum Aufbringen eines Korrosionsschutzsystems zu Schaffen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem Verfahren werden zumindest eine Basis schicht aus einem Epoxymaterial, eine Deckschicht in Form einer thermoplastischen Folie und gegebenenfalls eine Zwischenschicht zwischen Basisschicht und Deck schicht auf das Bauteil aufgebracht. Das Verfahren be steht dabei im wesentlichen aus den zwei aufeinander abgestimmten Verfahrensschritten, dem Epoxy-Auftrag auf das kalte bzw. nicht vorgewärmte Bauteil bzw. Rohr und dem Deckschichtauftrag.

Das Aufbringen der Deckschicht auf das Bauteil er folgt erfindungsgemäß unter Einwirkung einer Flamme derart, dass die Oberfläche der thermoplastischen Folie beim Aufbringen durch die Flamme angeschmolzen und ein Wärmeeintrag in die Basisschicht zum Vernetzen bzw. Aushärten des Epoxymaterials bewirkt wird.

Durch diese Flammenführung lassen sich ein geson dertes Aufheizen des Bauteils vermeiden und die Quali tät der Schichtverbindung erhöhen.

Der Deckschichtauftrag erfolgt hierbei vorzugswei se durch ein kombiniertes Flammspritz-Folienwickel- Verfahren, bei dem die thermoplastische Folie auf das Bauteil aufgewickelt wird. Gleichzeitig wird mit der Flamme durch Anwendung der Technik des Flammspritzens ein pulverförmiges Material zwischen Folie und Basis schicht eingebracht. Dieses pulverförmige Material kann beispielsweise thermoplastisches Material der Deck schicht oder ein Haftvermittler zur Bildung einer Zwi schenschicht sein. Als Haftvermittler wird vorzugsweise ein funktionalisiertes Polymer eingesetzt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Korro sionsschutzsysteme zur Verfügung gestellt, die ohne ein Vorab-Aufheizen der Bauteil-Oberfläche gut haftende Schichten mit einem sehr gutem Korrosionsschutz gewähr leisten.

Mit dem Verfahren kann insbesondere das nicht vor geheizte Rohr beschichtet werden. Das Verfahren ist schnell und kostengünstig durchführbar und für die ge bräuchlichen thermoplastisch verarbeitbaren Beschich tungsmaterialien - für den Haftvermittler und die Deck schichten - einsetzbar. Das Verfahren kann sowohl für die Werksisolation als auch die baustellenseitige Nachisolation eingesetzt werden. Im letzteren Fall lie fert das Verfahren einen glatten und dichten Übergang zur Werksisolation sowie eine insgesamt dichte und ge schlossene Isolation. Die mit dem Verfahren aufgebrach ten Schichtsysteme weisen hohe Haftung, Reißfestigkeit und Spannungsrißbeständigkeit auf. Das Verfahren ermög licht die Verwendung ein und desselben Materials für die Werks- und die Nachisolation. Als Deckschicht- Materialien können Thermoplaste wie PE, PP u. a., aber auch Materialien mit Verstärkungen wie glasfaserver stärkte Kunststoffe (GFK) mit thermoplastischer Matrix sowie andere Materialien auf Thermoplastbasis einge setzt werden.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Kom binationen geeigneter Materialformen und Verarbeitungs techniken können kostengünstig herstellbare Korrosions schutzsysteme mit einer bisher nicht erreichbaren Viel zahl herausragender Eigenschaften erreicht werden.

Wesentliche Verfahrenselemente der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind der Auftrag des Epoxy-Primers auf das kalte Bauteil sowie eine Foli en-Wickeltechnologie in Kombination mit dem Flammsprit zen zum Wärme- und Schmelzeeintrag.

Bei diesem Verfahren werden vorgefertigte Folien aus dem Deckschichtmaterial mittels Flammspritzen (Wär me- und Materialeintrag) auf das Bauteil gewickelt. Da bei wird die Oberfläche der Folie aufgeschmolzen und zu einem homogenen, verklebten Deckschicht-Verbund aufge wickelt. Dies erfolgt vorzugsweise durch Aufwickeln der Folien unter Druck. Der Druck kann mittels einer An presseinrichtung, z. B. einer Druckrolle, aufgebracht werden.

Die Deckschicht weist vergleichbare Eigenschaften wie konventionell mittels Wickelextrusion aufgebrachte Deckschichten auf, insbesondere eine hohe Reißfestig keit, Spannungsrissbeständigkeit und Porenfreiheit.

Der Epoxy-Auftrag erfolgt auf die kalte Bauteil- Oberfläche. Die Aushärtung des Epoxy erfolgt durch den nachfolgenden Wärmeeintrag mittels Flamme beim Deck schichtauftrag. Vor dem Aushärten des Epoxy muß die nachfolgende Schicht mit einem Material, das sich che misch mit dem Epoxy verbindet, aufgebracht werden. Ver schiedene Varianten des Epoxy-Auftrages sind in den Ausführungsbeispielen beschrieben.

Beim Deckschichtauftrag mittels Flammspritz- Folienwickel-Verfahren werden die Folien bzw. Tapes während des Wickelns durch die Flamme im Bereich der Oberfläche aufgeschmolzen. Durch einen gleichzeitigen Pulvereintrag, wie er schematisch in Fig. 3 angedeutet ist, lassen sich auch andere Materialien, wie bei spielsweise Haftvermittler, Dampfsperren o. ä., in die Schichten zwischen die einzelnen Lagen einzubringen.

Das Deckschichtmaterial kann auch direkt auf das Epoxy aufgetragen werden (2-Schicht-System). Hierzu muß das Deckschichtmaterial funktionale Gruppen enthalten, um mit dem Epoxy chemisch reagieren zu können.

Eine andere Variante stellt das verbreitete 3-Schicht-System dar, bei dem die Deckschicht auf einen Haftvermittler aufgetragen wird. Der Haftvermittler wird entweder als Folienmaterial mittels Flamm spritz-Folienwickel-Verfahren auf das Epoxy aufgebracht oder als Pulver mittels Flammspritzen auf das Epoxy aufgespritzt.

Die oben beschriebene Technologie kann sowohl für die Werks- als auch die Baustellen-Nachisolation ver wendet werden. Im letzteren Fall wird die Dichtigkeit und Glattheit der Nachisolation dadurch erreicht, daß nach dem Flammspritz-Folienwickeln der Deckschicht durch einen weiteren Materialauftrag mittels Flamm spritzen die vorhandenen Fugen gefüllt und so eine glatte und stoffschlüssige Verbindung zur Werksisolati on geschaffen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit ei ner der Figuren nochmals kurz erläutert.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Beipiel für einen typischen Aufbau eines Korrosionsschutzsystems für ein metallisches Bauteil;

Fig. 2 ein Gerät zum Flammspritzen im Einsatz; und

Fig. 3 schematisch eine Darstellung einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Aufbringen der Deckschicht.

Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 und 2 wurden in Zusammenhang mit dem Stand der Technik bereits in der Beschreibungseinlei tung erläutert.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Aufbringen der Deckschicht 4 in Form einer thermopla stischen Folie 4a mit der Technik des Flammspritzens. Die Folie 4a wird hierbei auf das sich um seine Achse drehende Rohr 1 aufgewickelt, auf dessen Oberfläche die Basisschicht 2 (in der Figur nicht zu erkennen) aufge bracht ist. Beim Wickeln der Folie 4a wird deren Ober fläche mit der Flamme 5 einer Flammspritzvorrichtung 6 angeschmolzen. Die Flamme wird hierbei so geführt, dass sie gleichzeitig einen Wärmeeintrag in die Basisschicht 2 bewirkt, die durch diesen Wärmeeintrag aushärtet. Weiterhin wird gleichzeitig pulverförmiges Material 3a zur Bildung einer haftvermittlenden Zwischenschicht 3 mit der Flammspritzvorrichtung 6 zwischen die ther moplastische Folie 4a und die Basisschicht 2 auf dem Rohr 1 eingebracht. Die Folie 4a der Deckschicht 4 wird mittels einer Anpreßrolle 7 beim Wickeln gegen die Oberfläche des Rohres 1 gepreßt.

Für die Nachisolation auf der Baustelle kann al ternätiv eine Variante der Schichtaufbringung einge setzt werden, bei der sich eine mobile Beschichtungs einrichtung um das feststehende Rohr dreht.

Weitere Einzelbeispiele für den Auftrag der Basis schicht, der Zwischenschicht und der Deckschicht sind im Folgenden kurz erläutert.

A) Epoxy-Auftrag Beispiel 1

Das Epoxy wird als Pulver mittels Flammspritzen auf die Oberfläche des Bauteils aufge bracht. Der Haftvermittler wird danach als Pulver flammgespritzt. Durch den Wärmeeintrag beim Flammsprit zen kommt es zum Aushärten des Epoxy und zu einer che mischen Verbindung zwischen Epoxy und Haftvermittler.

Beispiel 2

Das Epoxy wird in flüssiger Form auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht. Der Haft vermittler wird danach als Pulver flammgespritzt. Durch den Wärmeeintrag beim Flammspritzen kommt es zum Aus härten des Epoxy und zu einer chemischen Verbindung zwischen Epoxy und Haftvermittler.

Beispiel 3

Es wird ein Epoxy in flüssiger Form auf die Oberfläche aufgebracht. Der Haftvermittler wird als Folie durch Flammspritz-Folienwickeln aufgebracht. Durch die Einwirkung der Flamme kommt es zum Aushärten des Epoxy und zu einer chemischen Verbindung zwischen Epoxy und Haftvermittler.

Beispiel 4

Ein anvernetztes Epoxy wird in Form einer Folie, die sich selbst wiederum auf einer Träger folie befindet, aufgewickelt. Als Trägerfolie kann ein in Folienform vorliegender Haftvermittler verwendet werden. Das Aushärten erfolgt durch den nachfolgenden Wärmeeintrag beim Flamm-Tapelegen der Deckschicht.

B) Deckschicht-Tapes Beispiel 5

Als Tape wird eine dickere Polymer folie verwendet. Die Dicke der Folie wird durch die Prozeßführung und das Folienmaterial bestimmt. Als Ma terial können z. B. PE, PP und andere gebräuchliche Thermoplaste verwendet werden. Typische Dicken für die PE-Folie liegen beispielsweise im Bereich mehrerer Zehntel Millimeter. Als Folie kann z. B. auch ein che misch modifiziertes Material verwendet werden, das eine direkte chemische Bindung und damit gute Haftung mit dem Epoxy gestattet (2-Schicht-System).

Beispiel 6

Als Tapes können Halbzeuge aus faser verstärkten Thermoplasten verwendet werden. Ein Bei spiel hierfür ist mit (Endlos-)Glasfasergewebe ver stärktes PE oder PP. Das Material bietet einen hohen Schutz vor Abrasion und kann sehr schnell durch das Flammspritz-Folienwickeln verarbeitet werden.

Bezugszeichenliste

1

Bauteil bzw. Rohr

2

Basisschicht

3

Zwischenschicht

3

a Pulver

4

Deckschicht

4

a thermoplastische Folie

5

Flamme

6

Flammspritzvorrichtung

7

Anpreßvorrichtung bzw. Anpreßrolle

8

Werksisolation

9

Nachzuisolierender Schweißnahtbereich

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen eines Korrosionsschutz systems auf ein Bauteil (1), insbesondere ein Rohr, bei dem zumindest eine Basisschicht (2) aus einem Epoxymaterial, eine Deckschicht (4) in Form einer thermoplastischen Folie (4a) und gegebenen falls eine Zwischenschicht (3) zwischen Basis schicht (2) und Deckschicht (4) auf das Bauteil (1) aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Deckschicht (4) auf das Bauteil (1) unter Einwirkung einer Flamme (5) er folgt, wobei die Flamme (5) derart eingesetzt wird, dass die Oberfläche der thermoplastischen Folie (4a) beim Aufbringen angeschmolzen und ein Wärmeeintrag in die Basisschicht (2) zum Aushärten des Epoxymaterials bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) als pulverförmiges Material (3a) mittels Flammspritzen auf die Basis schicht (2) aufgespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) gleichzeitig mit dem Aufbringen der Deckschicht (4) auf die Basis schicht (2) aufgespritzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht (3) ein thermoplasti scher, polar modifizierter Haftvermittler aufge bracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastische Folie (4a) eine Pre preg-Folie (4a) eingesetzt wird, die aus einem Fa sergewebe besteht, das in einer thermoplastischen Matrix eingebettet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Folie (4a) auf das Bau teil (1) aufgewickelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (2) als Schicht aus anver netztem Epoxymaterial auf einer Folie, die die Zwischenschicht (3) bildet, in einem Wickelverfah ren aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastische Folie (4a) eine ther moplastische Folie aus einem polar modifizierten Material eingesetzt wird, das eine direkte chemi sche Haftung mit dem Epoxymaterial ohne Haftver mittler ermöglicht, wobei die thermoplastische Fo lie (4a) ohne Zwischenschicht aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der thermoplastischen Folie (4a) auf das Bauteil (1) unter Ausübung von Druck mit einer Anpreßvorrichtung (7) erfolgt.