DE10309908A1 - Verfahren zur Herstellung eines verzinkten und mit einem Polymer beschichteten Stahlrohrs und Stahlrohr mit einer Polymerbeschichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines verzinkten und mit einem Polymer beschichteten Stahlrohrs und Stahlrohr mit einer Polymerbeschichtung Download PDF

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Abstract

Das Verfahren zur Herstellung eines verzinkten und mit einem Polymer beschichteten Stahlrohrs kennzeichnet sich durch folgende Maßnahmen: DOLLAR A - Galvanisches Beschichten eines Stahlrohrs mit Zink, DOLLAR A - Auftragen einer Passivierungsschicht auf Basis dreiwertiger Chromverbindungen auf die Zinkschicht, DOLLAR A - Entfetten und Reinigen des verzinkten und passivierten Stahlrohrs in einem wässrigen Medium, DOLLAR A - Heißlufttrocknen des gereinigten Stahlrohrs, DOLLAR A - Applizieren eines wasserbasierten Epoxidharz-Haftvermittlers auf die Passivierungsschicht in einem Tauchbad, DOLLAR A - Thermisches Trocknen und Aushärten des Epoxidharz-Haftvermittlers, DOLLAR A - Vorerwärmen des derart behandelten Stahlrohrs unmittelbar vor dem Beschichten mit einem Polymer, DOLLAR A - Beschichten des vorbehandelten Stahlrohrs mit dem Polymer durch Extrusion, DOLLAR A - Abkühlen des mit dem Polymer beschichteten Stahlrohrs in einem Wasserbad und letztlich DOLLAR A - Qualitätsprüfen des mit dem Polymer beschichteten und abgekühlten Stahlrohrs.

Description

  • Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten und mit einem Polymer beschichteten Stahlrohrs sowie andererseits ein Stahlrohr mit einer Polymerbeschichtung.
  • Im Umfang der EP 0 741 848 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten Stahlrohrs mit aufextrudiertem Polyamid bekannt, bei welchem nach dem Aufbringen einer Zinkschicht auf ein stählernes Basisrohr die Oberfläche der Zinkschicht mit einer Olivchromatierung versehen wird. Eine Olivchromatierung enthält sechswertiges Chrom. Damit wird nicht die Altautoverordnung der Europäischen Union erfüllt, weil sechswertiges Chrom umwelt- und gesundheitsgefährdend ist. Außerdem genügt ein derart behandeltes Stahlrohr nicht mehr den weiter gestiegenen Anforderungen der Kraftfahrzeugindustrie hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Haftung des Kunststoffs auf dem Untergrund.
    •
  • Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten und mit einem Polymer beschichteten Stahlrohrs zu schaffen, das die Anforderungen der Richtlinie der Europäischen Union erfüllt und darüber hinaus dem stählernen Basisrohr einen deutlich verbesserten Korrosionsschutz vermittelt.
  • Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Bei diesen Verfahrensschritten ist es zunächst von grundlegender Bedeutung, dass nach der galvanischen Beschichtung eines stählernen Basisrohrs mit Zink eine Chrom VI-freie Dünn- oder Dickschichtpassivierungsschicht auf Basis dreiwertiger Chromverbindungen auf die Zinkschicht aufgetragen wird. Hiermit ist der besondere Vorteil verbunden, dass nicht nur die EU-Richtlinie in allen Punkten erfüllt, sondern dass auch die Gesundheitsrisiken bei der Verarbeitung eines derart behandelten stählernen Basisrohrs und letztlich auch beim Recycling deutlich verringert werden. Neben der darüber hinaus gegebenen Umweltfreundlichkeit gewährleistet eine Passivierungsschicht auf Basis dreiwertiger Chromverbindungen auch einen höheren Korrosionsschutz des stählernen Basisrohrs, wie interne Versuche ergeben haben. Des Weiteren wird die Haftung eines Haftvermittlers auf der Passivierungsschicht deutlich verbessert. Insgesamt wird ein erheblich verbesserter Korrosionsschutz des Gesamtschichtsystems erreicht. Interne Prüfungen haben eine Verbesserung um mindestens den Faktor 2 ergeben.
  • Als Stahlrohr gelangt ein nahtlos oder geschweißtes kaltgezogenes Präzisionsstahlrohr gemäß DIN EN 10305-1/2 oder auch ein geschweißtes und maßgewalztes Präzisionsstahlrohr gemäß DIN EN 10305-3 zur Anwendung. Die chemische Zusammensetzung eines solchen Stahlrohrs beträgt in Massenanteilen ausgedrückt C max. = 0,22 %, Si max. = 0,55 %, Mn max. = 1,70 %, P max. = 0,025 %, S max. = 0,025 %, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte weitere Bestandteile (Verunreinigungen).
  • Nach dem Auftragen der Passivierungsschicht auf die Zinkbeschichtung wird ein derart behandeltes Stahlrohr in einem wässrigen Medium entfettet und gereinigt. Als Medien können hierbei sowohl saure, neutrale als auch alkalische Reiniger verwendet werden.
  • Die sich an das Entfetten und die Reinigung anschließende Heißlufttrocknung entfernt anhaftendes Spülwasser und erwärmt dabei gleichzeitig das gereinigte Stahlrohr.
  • Nach der Heißlufttrocknung wird ein wasserbasierter Epoxidharz-Haftvermittler im Tauchverfahren auf die Passivierungsschicht des erwärmten Stahlrohrs appliziert. Hierbei kann überschüssiger Epoxidharz-Haftvermittler zur Einstellung der jeweils gewünschten Nassfilmdicke pneumatisch oder mechanisch entfernt werden.
  • Der Epoxidharz-Haftvermittler wird dann thermisch getrocknet und ausgehärtet. Die hierbei einzustellende Objekttemperatur wird bis zum Ende der erforderlichen Aushärtezeit aufrecht erhalten.
  • Nach dem Aushärten des Epoxidharz-Haftvermittlers wird das derart behandelte Stahlrohr unmittelbar vor der Beschichtung mit einem extrudierbaren Polymer vorgewärmt, um eine einwandfreie Haftung der Polymerbeschichtung sicherzustellen. Anschließend wird das Stahlrohr durch Extrusion mit dem Polymer beschichtet. Hierbei handelt es sich speziell um Polyamid-11 (PA-11) oder Polyamid-12 (PA-12).
  • Nach dem Beschichten des vorbehandelten Stahlrohrs mit dem Polymer wird dieses Stahlrohr in einem Wasserbad auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Letztlich erfolgt eine Qualitätsprüfung des mit dem Polymer beschichteten und abgekühlten Stahlrohrs.
  • In bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens wird gemäß Patentanspruch 2 ein verzinktes und passiviertes Stahlrohr im kontinuierlichen Durchlauf durch eine Behandlungslinie geführt, bei welcher mindestens folgende Funktionseinheiten nacheinander geschaltet werden: Vorbehandlung des Stahlrohrs durch Entfetten und Reinigen, Trocknen mittels Heißluft, Auftragen eines Epoxidharz-Haftvermittlers, Trocknen und Aushärten des Epoxidharz-Haftvermittlers, Vorwärmen des derart behandelten Stahlrohrs, Extrudieren des Polymers, Einrichtung einer Verlaufszone zwecks Einstellung der Oberflächengüte sowie einer Abkühlstrecke und letztlich Qualitätsprüfung zur Sicherstellung des praktischen Einsatzes.
  • Wenn das Stahlrohr durch eine Behandlungslinie im kontinuierlichen Durchlauf transportiert wird, ist es gemäß Patentanspruch 3 von Vorteil, dass dies mit einer Geschwindigkeit von maximal 40 m/min erfolgt.
  • Des Weiteren hat es sich aufgrund interner Versuche als zweckmäßig erwiesen, wenn nach Patentanspruch 4 das Stahlrohr mit einer Zinkschicht in einer Dicke von 5 μm bis 25 μm versehen wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Vorbehandlung des verzinkten und Chrom(VI) frei passivierten Stahlrohrs wird nach Patentanspruch 5 darin erblickt, dass das verzinkte und passivierte Stahlrohr durch Ultraschall in einem eine Temperatur zwischen 40 °C und 80 °C aufweisenden wässrigen Medium als Kopplungsmittel gereinigt und anschließend einer aus einer Heißwasserspüle sowie einer Schlussspüle bestehenden Kaskadenspülung bei Wassertemperaturen zwischen 40 °C und 80 °C unterworfen wird.
  • In diesem Zusammenhang ist es dann ferner von Vorteil, wenn gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 die Schlussspüle kontinuierlich mit frischem vollentsalztem Wasser versorgt wird, welches anschließend in die Heißwasserspüle überläuft.
  • Nach Patentanspruch 7 wird es als vorteilhaft angesehen, dass beim Heißlufttrocknen das vorbehandelte Stahlrohr auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 80 °C erwärmt wird, um die anschließende Applikation eines wasserbasierten Epoxidharz-Haftvermittlers zu verbessern.
  • Das thermische Trocknen und Aushärten des Epoxidharz-Haftvermittlers kann gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 vorteilhaft mittels Induktion durchgeführt werden. Die Rohrtemperatur wird hierbei zwischen 150°C und 250°C aufrecht erhalten.
  • In diesem Zusammenhang ist es nach Patentanspruch 9 besonders zweckmäßig, wenn nach der Erwärmung des behandelten Stahlrohrs auf Objekttemperatur diese – bevorzugt im Durchlaufverfahren – in einem Heißlufttunnel bis zum Ende der erforderlichen Aushärtezeit aufrecht erhalten wird.
  • Zwecks Verbesserung der Haftung eines Polymers auf dem vorbehandelten Stahlrohr ist es entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 10 vorteilhaft, dass das mit dem Epoxidharz-Haftvermittler versehene Stahlrohr unmittelbar vor Beginn der Extrusion mit einem Polymer durch induktive Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 200°C und 300°C gebracht wird.
  • Gemäß Patentanspruch 11 wird die Extrusion des Polymers vorzugsweise unter Vakuum bei einer Schmelzetemperatur zwischen 190°C und 270°C durchgeführt. Mit der Anlegung eines Vakuums im Extrusionskopf ist der Vorteil verbunden, dass der Schmelzefilm haftungsverstärkend und blasenfrei auf die durch den Expoxidharz-Haftvermittler gebildete Oberfläche des Stahlrohrs aufgebracht werden kann.
  • Die im Patentanspruch 12 gekennzeichnete Verlaufszone dient zur Einstellung der Oberflächengüte des mit einem Polymer beschichteten Stahlrohrs. Hierunter werden insbesondere der Glanz und die Glätte der äußeren Oberfläche verstanden. In Abhängigkeit von den Abmessungen des Stahlrohrs und der Durchlaufgeschwindigkeit – im Durchlaufverfahren – kann dann die Länge der Verlaufszone ohne weiteres eingestellt werden.
  • Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13 ist es sinnvoll, dass das mit einem Polymer beschichtete Stahlrohr im Wasserbad auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Eine derartige Abkühlung ist mit besonderem Vorteil in eine kontinuierliche Behandlungslinie einzugliedern.
  • Wenn das mit einem Polymer beschichtete Stahlrohr abgekühlt ist, kann es nach Patentanspruch 14 einer Qualitätsprüfung unterzogen werden. Eine solche Qualitätsprüfung kann in Form einer Durchschlagsprüfung oder einer Schichtdickenprüfung vorgenommen werden. Vorstellbar ist aber auch eine Kombination aus einer Durchschlagsprüfung und einer Schichtdickenprüfung. Auf diese Weise kann das beschichtete Stahlrohr gezielt auf seine Eignung beispielsweise in durch äußere Einflüsse extrem beanspruchten Bereichen eines Kraftfahrzeugs hin untersucht werden.
  • Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 15 von Vorteil, dass mehrere Stahlrohre zu einem Rohrstrang gekoppelt werden und dieser Rohrstrang dann einer kontinuierlichen Behandlung im Durchlauf unterworfen wird.
  • Wenn ein durch aneinander gekoppelte Stahlrohre gebildeter Rohrstrang durch eine Behandlungslinie geführt wird, ist es gemäß Patentanspruch 16 zweckmäßig, dass der geprüfte und beschichtete Rohrstrang nach dem Verlassen der Behandlungslinie in Stahlrohre aufgetrennt wird. Hierdurch kann jede gewünschte Rohrlänge ohne weiteres bereit gestellt werden.
  • Die gegenständliche Lösung der gestellten Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 17. Ein solches Stahlrohr weist eine auf seine äußere Oberfläche aufgebrachte Zinkschicht, eine auf die Zinkschicht aufgetragene Passivierungsschicht auf Basis dreiwertiger Chromverbindungen, einen auf die Passivierungsschicht applizierten Epoxidharz-Haftvermittler und eine auf den Epoxidharz-Haftvermittler extrudierte Polymerschicht auf.
    •

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines verzinkten und mit einem Polymer beschichteten Stahlrohrs, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: – Galvanisches Beschichten eines Stahlrohrs mit Zink; – Auftragen einer Passivierungsschicht auf Basis dreiwertiger Chromverbindungen auf die Zinkschicht; – Entfetten und Reinigen des verzinkten und passivierten Stahlrohrs in einem wässrigen Medium; – Heißlufttrocknen des gereinigten Stahlrohrs; – Applizieren eines wasserbasierten Epoxidharz-Haftvermittlers auf die Passivierungsschicht in einem Tauchbad; – Thermisches Trocknen und Aushärten des Epoxidharz-Haftvermittlers; – Vorerwärmen des derart behandelten Stahlrohrs unmittelbar vor dem Beschichten mit einem Polymer; – Beschichten des vorbehandelten Stahlrohrs mit dem Polymer durch Extrusion; – Abkühlen des mit dem Polymer beschichteten Stahlrohrs in einem Wasserbad; – Qualitätsprüfen des mit dem Polymer beschichteten und abgekühlten Stahlrohrs.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein verzinktes und passiviertes Stahlrohr im kontinuierlichen Durchlauf durch eine Behandlungslinie geführt wird, bei welcher mindestens folgende Funktionseinheiten nacheinander geschaltet werden: Vorbehandlung eines Stahlrohrs, Trocknung, Auftrag eines Epoxidharz-Haftvermittlers, Trocknung und Aushärtung des Epoxidharz-Haftvermittlers, Vorerwärmung, Extrusion des Polymers, Verlaufzone, Abkühlstrecke und Qualitätsprüfung.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr mit einer Geschwindigkeit von maximal 40 m/min durch die Behandlungslinie transportiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr mit einer Zinkschicht in einer Dicke von 5 μm bis 25 μm versehen wird.
  5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verzinkte und passivierte Stahlrohr durch Ultraschall in einem eine Temperatur zwischen 40 °C und 80 °C aufweisenden wässrigen Medium als Kopplungsmittel gereinigt und anschließend einer aus einer Heißwasserspüle sowie einer Schlussspüle bestehenden Kaskadenspülung bei Wassertemperaturen zwischen 40 °C und 80 °C unterworfen wird.
  6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussspüle kontinuierlich mit frischem vollentsalztem Wasser versorgt wird, welches anschließend der Heißwasserspüle zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Heißlufttrocknen das vorbehandelte Stahlrohr auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 80 °C erwärmt wird.
  8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Epoxidharz-Haftvermittler mittels induktiver Erwärmung bei einer Objekttemperatur zwischen 150 °C und 250 °C ausgehärtet wird.
  9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erwärmung des Stahlrohrs auf Objekttemperatur diese in einem Heißlufttunnel bis zum Ende der erforderlichen Aushärtezeit aufrecht erhalten wird.
  10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Epoxidharz-Haftvermittler versehene Stahlrohr unmittelbar vor Beginn der Extrusion mit einem Polymer durch induktive Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 300 °C gebracht wird.
  11. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusion des Polymers unter Vakuum bei einer Schmelzetemperatur zwischen 190 °C und 270 °C durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Polymer beschichtete Stahlrohr durch eine Verlaufszone geführt wird, deren Länge in Abhängigkeit von den Abmessungen des Stahlrohrs und der Durchlaufgeschwindigkeit eingestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Polymer beschichtete Stahlrohr im Wasserbad auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  14. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Polymer beschichtete Stahlrohr nach der Abkühlung einer Qualitätsprüfung unterzogen wird.
  15. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stahlrohre zu einem Rohrstrang gekop pelt werden und dieser Rohrstrang dann einer kontinuierlichen Behandlung im Durchlauf unterworfen wird.
  16. Verfahren nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der geprüfte beschichtete Rohrstrang nach dem Verlassen der Behandlungslinie in Rohrlängen getrennt wird.
  17. Stahlrohr mit einer auf seine äußere Oberfläche aufgebrachten Zinkschicht, mit einer auf die Zinkschicht aufgetragenen Passivierungsschicht auf Basis dreiwertiger Chromverbindungen, mit einem auf die Passivierungsschicht applizierten Epoxidharz-Haftvermittler und mit einer auf den Epoxidharz-Haftvermittler extrudierten Polymerschicht.
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