DE102009047258A1 - Method for manufacturing rotationally-symmetric composite for pipeline system utilized in chemical process industry, involves heating pre-product, such that connection is manufactured between lining and fiber product by using hot-melt - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstoffverbundes.The present invention relates to methods for producing a rotationally symmetric composite material.
Rohrleitungssysteme und Apparate aus faserverstärkten Kunststoffen auf der Basis von Kunstharzen mit thermoplastischer Auskleidung werden in der chemischen Prozessindustrie (CPI) für den Transport und das Handling von korrosiven und aggressiven Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt.Piping systems and apparatus made of fiber-reinforced plastics based on thermoplastic resins are used in the chemical process industry (CPI) for the transport and handling of corrosive and aggressive liquids and gases.
Bei sehr hohen Anforderungen an die chemische und thermische Tauglichkeit wird heute hierbei PTFE als Auskleidungsmaterial sowohl für Rohrleitungssysteme als auch Apparate eingesetzt. Der Aufbau derartiger Rohrleitungen ist etwa in der deutschen Patentschrift
Als Auskleidungsmaterial wird bei derartig hergestellten Innenlinern pastenextrudiertes PTFE eingesetzt. Hierdurch ist dann aber die Nennweite nach oben durch den Herstellprozess des Liners beschränkt. PTFE-Linerrohre der Nennweite größer DN 300 sind kommerziell nur eingeschränkt verfügbar. Demzufolge wird beim Design von großformatigen Rohren und Apparaten im Normalfall auf kaschierte PTFE-Schälfolie als Auskleidungsmaterial zurückgegriffen.As lining material, paste-extruded PTFE is used in inner liners produced in this way. As a result, but then the nominal size is limited upwards by the production process of the liner. PTFE liner pipes of nominal size greater than DN 300 are commercially available only to a limited extent. Consequently, the design of large-sized pipes and apparatuses normally resorted to laminated PTFE peel-off film as a lining material.
Die Aufbringung der Kaschierung vollzieht sich im Allgemeinen diskontinuierlich in beheizten Pressen mit einer Zwischenfolie aus perfluorierten Kunststoff etwa Tetrafluorethylen-Perfluorvinylether (FEP), Perfluoralkoxy-Tetrafluorethylen-Copolymerisat (PFA), modifiziertes Perfluoralkoxy-Tetrafluorethylen-Copolymerisat (PFA-M) früher auch Tetrafluorethylen-Perfluormethylvinylether-Copolylmerisat (MFA) bei Temperaturen oberhalb von 350°C. Aufgrund des hohen PTFE Temperaturausdehnungskoeffizienten müssen komplexe Temperatur-Druck-Programme eingehalten werden. Auch ist es hierdurch schwer die Ebenheit der kaschierten Platten zu gewährleisten.The application of the lamination is generally carried out batchwise in heated presses with an intermediate film of perfluorinated plastic such as tetrafluoroethylene-perfluorovinyl ether (FEP), perfluoroalkoxy-tetrafluoroethylene copolymer (PFA), modified perfluoroalkoxy-tetrafluoroethylene copolymer (PFA-M) formerly also tetrafluoroethylene Perfluoromethyl vinyl ether copolymeryl (MFA) at temperatures above 350 ° C. Due to the high PTFE thermal expansion coefficient complex temperature-pressure programs must be adhered to. Also, this makes it difficult to ensure the flatness of the laminated panels.
Neben dem aufwändigen Herstellverfahren des kaschierten Plattenmaterials sind ebenfalls die Verformung der Platten zu Zylindern und insbesondere das notwendige axiale Schweißen des Plattenmaterials zeitaufwändig und fehleranfällig.In addition to the elaborate manufacturing process of the laminated plate material also the deformation of the plates to cylinders and in particular the necessary axial welding of the plate material are time consuming and error prone.
So muss vor dem Schweißen zuerst die Kaschierung im Bereich der Nahtstelle abgearbeitet werden und nach dem Schweißen wiederum aufgebracht werden. Nur so wird die Gefahr von Ablösungen der Auskleidung von der Armierung etwa bei höheren Betriebstemperaturen minimiert, welche infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von PTFE und des Werkstoffs der Armierung hervorgerufen werden kann. Ohne Kaschierung ist keine Haftung zwischen PTFE-Auskleidung und Armierung vorhanden. Zudem stellen handgeschweißte Nähte eine potentielle Schwachstelle der Auskleidung dar. Der bei der schnellen Abkühlung der Schweißnaht sich zwangsläufig bildende erhöhte Kristallit-anteil in der PTFE-Grundstruktur kann zu übermäßiger Permeation der Prozessmedien durch die Auskleidungsstruktur führen.Thus, before lamination, the lamination must first be worked off in the area of the seam and then applied again after welding. This is the only way to minimize the risk of liner detachment from the reinforcement, such as at higher operating temperatures, which may be due to different thermal expansion coefficients of PTFE and the reinforcing material. Without lamination there is no adhesion between the PTFE lining and the reinforcement. In addition, hand-welded seams represent a potential weak point of the lining. The increased proportion of crystallite in the PTFE basic structure that inevitably forms during the rapid cooling of the weld seam can lead to excessive permeation of the process media through the lining structure.
Hieraus resultiert die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, um bei großen Nennweiten zylindrische, faserverstärkte duroplastische Kunststoffverbunde mit fest verbundener PTFE-Auskleidung zu schaffen, die ohne komplizierte Maschinen einfach hergestellt werden können und über ein den Belastungen angepasstes Eigenschaftsprofil hinsichtlich Haftscherfestigkeiten und Haftzugfestigkeiten verfügen, wobei sich die Axial- und Umfangsschweißungen vom Grundmaterial nicht unterscheiden sollen. Dies soll sowohl für die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeiten und Steifigkeiten als auch für die stofflichen Eigenschaften wie etwa Amorphanteil und Dichte gelten.Hence, the object of the invention to provide a method to provide for large diameters cylindrical, fiber-reinforced thermosetting plastic composites with firmly connected PTFE lining, which can be easily manufactured without complicated machines and have adapted to the loads property profile with adhesive shear strengths and adhesive tensile strengths, wherein the axial and circumferential welds should not differ from the base material. This should apply both to the mechanical properties such as strength and stiffness as well as to the material properties such as amorphous content and density.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrische Werkstoffverbundes, bestehend aus einer Auskleidung aus PTFE-Schälfolie und einer Armierung aus faserverstärktem Kunststoff angegeben, das die folgenden Schritte umfasst
- a) Ummantelung eines Stahlkörpers mit Schälfolie aus PTFE;
- b) Aufbringung eines Schmelzklebstoff-Materials auf die rotationssymmetrisch geformte Schälfolie aus PTFE;
- c) Applikation mindestens einer Schicht aus einem textilen Faserprodukt (
3 ,4 ) auf den so hergestellten lockeren Verbund aus PTFE-Hohlkörper und Schmelzklebstoff; und - d) Erwärmung es so hergestellten Vorprodukts dergestalt, dass zum einen die Schälfolie an den Nahtstellen miteinander eine Sinterschweißung eingeht und zum anderen mit Hilfe des Schmelzklebstoff eine Verbindung zwischen der PTFE-Auskleidung und dem textilen Faserprodukt hergestellt wird.
- a) sheathing a steel body with peeling film made of PTFE;
- b) application of a hotmelt adhesive material to the rotationally symmetrical peel sheet made of PTFE;
- c) application of at least one layer of a textile fiber product (
3 .4 ) on the thus prepared loose composite of PTFE hollow body and hot melt adhesive; and - d) heating it produced precursor in such a way that on the one hand, the peelable film at the joints with each other enters a sintered weld and on the other hand with the aid of the hot melt adhesive, a connection between the PTFE lining and the textile fiber product.
Es handelt sich also um ein Kombiniertes Sinterschweiß- und Kaschierverfahren von PTFE-Auskleidungen für Rohre und zylindrischer Bauteile größerer Nennweite.It is therefore a combined sinter welding and laminating process of PTFE linings for pipes and cylindrical components of larger nominal width.
Es wird dadurch ein rotationssymmetrischer Werkstoffverbund größerer Nennweite aus einer faserverstärkten Kunststoffarmierung und einer PTFE-Auskleidung geschaffen, und zwar ohne das herkömmliche Herstellverfahren mit den Prozessschritten
- 1) Kaschieren von PTFE-Tafelmaterial,
- 2) Verformung der kaschierten Tafeln zu zylindrischen Strukturen,
- 3) drittens Abarbeitung der Kaschierung im Nahtbereich
- 4) Axialschweißen sowie Umfangsschweißen und
- 5) Schweißen der Kaschierung im Nahtbereich.
- 1) laminating PTFE sheet material,
- 2) deformation of the laminated panels into cylindrical structures,
- 3) third processing of the lamination in the seam area
- 4) Axialschweißen and circumferential welding and
- 5) Welding of the lamination in the seam area.
Der Gedanke der Erfindung besteht in der Vereinigung des Kaschierens und Axialschweißen bei optimaler Schweißnahtgüte.The idea of the invention is the combination of lamination and axial welding with optimum weld seam quality.
Hierzu wird der im Vergleich zu Stahl überdurchschnittlich hohe Temperaturausdehnungskoeffizient von PTFE ausgenutzt:
- – Virginale PTFE-Schälfolie wird auf einem Stahldorn appliziert.
- – Auf die Schälfolie wird eine Lage PFA- bzw. FEP-Folie als Schmelzklebstoff gelegt.
- – Die Kaschierung wird in Form eines textilen Faserproduktes aufgebracht.
- – Dieser Mehrschichtaufbau wird letztendlich mit Gewebeband etwa aus Glas- und/oder Kohlenstofffasern lückenlos umwickelt.
- – Erwärmung der Struktur auf Sintertemperatur ca. 360°C
- - Virginale PTFE peel sheet is applied to a steel mandrel.
- - A layer of PFA or FEP film as a hotmelt adhesive is placed on the peeling film.
- - The lamination is applied in the form of a textile fiber product.
- - This multi-layer construction is finally wrapped with fabric tape such as glass and / or carbon fibers gapless.
- - Heating the structure to sintering temperature about 360 ° C.
Mit dem Gewebeband wird verhindert, dass sich das PTFE in radialer Richtung ausdehnen kann, wodurch zum einen Druck in radialer Richtung und zum anderen Druck innerhalb des Liners aufgebaut wird. So ergibt sich eine gleichzeitige Schweißung der Kaschierung und der Fügeränder der Schälfolie.The fabric tape prevents the PTFE from expanding in the radial direction, thereby establishing pressure in the radial direction and to the other pressure within the liner. This results in a simultaneous welding of the lamination and the joining edges of the peelable film.
Nach erfolgter Abkühlung der Struktur kann dann das Gewebeband einfach abgewickelt werden und diese dann traditionell etwa durch ein Wickelverfahren mit einem faserverstärkten Kunststoff armiert werden.After the structure has cooled down, the fabric tape can then be easily unwound and then traditionally reinforced by a winding process with a fiber-reinforced plastic.
Die vorliegende Erfindung umfasst also Aufbau und Herstellverfahren von Auskleidungen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) für Rohre und Zylinder, die mittels Kaschierung mit einem festigkeits- und steifigkeitsgebenden Partner verbunden werden.Thus, the present invention encompasses the construction and production process of polytetrafluoroethylene (PTFE) linings for pipes and cylinders, which are connected by lamination to a strength and stiffness-imparting partner.
Die erfindungsgemäßen Auskleidungen werden in einem einzelnen Prozess aus Tafelmaterial zu Rohren geschweißt und in dem Prozessschritt gleichzeitig mit einer Kaschierung versehen. Sie können hiernach mit einer faserverstärkten Kunststoffarmierung (FVK) versehen werden.The linings according to the invention are welded in a single process of sheet material into tubes and simultaneously provided with a lamination in the process step. They can then be provided with a fiber-reinforced plastic reinforcement (FRP).
Die Auskleidungen werden insbesondere eingesetzt für den Einsatz in Rohrleitungssystemen größerer Nennweite und verfahrenstechnische Apparaten zum Transport und zum Handling von aggressiven gasförmigen und flüssigen Medien.The linings are used in particular for use in pipeline systems of larger nominal width and process engineering apparatus for the transport and handling of aggressive gaseous and liquid media.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden schematischen Schnittzeichnungen
In
Oberhalb der PTFE-Auskleidung ist der Schmelzklebstoff
Diese Struktur wird dann erwärmt bis zu einer Temperatur, bei der der Schmelzklebstoff
Nach erfolgter Abkühlung wird das Deckgewebe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- PTFE-AuskleidungPTFE lining
- 1a1a
- Foliefoil
- 1b1b
- Folien-Nahtstelle vor SchweißungFoil interface before welding
- 1c1c
- Folien-Naht nach SinterschweißungFoil seam after sintering
- 2a2a
- PFA- bzw. FEP-Schmelzklebstoff vor ErwärmungPFA or FEP hot melt adhesive before heating
- 2b2 B
- PFA- bzw. FEP-Schmelzklebstoff nach ErwärmungPFA or FEP hotmelt adhesive after heating
- 3a3a
- Schussfaden eines Gewebes vor ErwärmungWeft of a fabric before warming
- 3b3b
- Schussfaden eines Gewebes nach ErwärmungWeft of a fabric after heating
- 4a4a
- Kettfaden eines Gewebes vor ErwärmungWarp thread of a fabric before heating
- 4b4b
- Kettfaden eines Gewebes nach ErwärmungWarp thread of a fabric after heating
- 55
- DeckgewebeDeckgewebe
- 66
- Faserverstärkte KunststoffarmierungFiber reinforced plastic reinforcement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10203123 A [0003] DE 10203123 A [0003]
- EP 1857259 A1 [0003] EP 1857259 A1 [0003]
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- 2009-11-27 DE DE102009047258A patent/DE102009047258A1/en not_active Withdrawn
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