DE2257135A1

DE2257135A1 - Verfahren zum herstellen eines metall/ kunststoff-verbundrohres

Info

Publication number: DE2257135A1
Application number: DE19722257135
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Phys Landgraf
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1972-11-17
Filing date: 1972-11-17
Publication date: 1974-06-12
Also published as: DE2257135C3; DE2257135B2

Description

"Verfahren zum Herstellen eines Metall/gunststoff-Verbundrohres" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aus einem metallischen, insbesondere ferromagnetischen Kernrohr und aus einer thernoplastischen Kunststoffummantelung bestehenden Verbundrohres, wobei auf die Oberfläche des Kernrohres eine als Haftmittel dienende Schicht eines heißhärtenden duroplastischen Harzes, z.B. eines Epoxyharses oder Phenol-Epoxyharzes aufgetragen wird, welche mit einer oder mehreren thermoplastischen Kunststoffschichten ummantelt wird, insbesondere mit einem aus einer inneren Schicht eines Äthylencopolymerisates und einer äußeren Polyäthylen schicht bestehenden Mantel.
Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, insbesondere im Erdreich zu verlegende Rohre mit einem dem Schutz gegen Korrosion dienenden Ueberzug aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie Polyäthylen oder Polyvinylchlorid zu versehen. Die Verbindung des überzuges mit dem metallischen Gegenstand erfolgt meistens durch Verkleben.
Für das Überziehen kann der Kunststoff bekanntlich in einer Ringdüse, durch die der langgestreckte Gegenstand hindurchgeführt wird, aufgebracht werden, nachdem dieser auf die Verarbeitungstemperatur erwärmt und dann mit einer Klebstoffachicht bedeckt worden ist. Es ist auch bekannt, den Kunststoff in Form eines Folienbandes wendelförmig um Rohre zu wickeln (DT-PS 723 200, US-PS 2 700 631). Mit der DT-AS 1 228 052 ist es bekanntgeworden, als Klebemittel eine auf ein Stahlrohr aufgesinterte.
Polyäthylenpulverschicht zu verwenden, über welche ein extrudiertes Polyäthylenband gewickelt wird.
Zur Verbesserung der Haftung des Kunststoffüberzuges mit eine Stahlrohr wird mit der DT-OS 1 965 802 vorgeschlagen, auf das erwärmte Rohr zunächst eine Epoxyharsschicht und darauf als flebstoff eine Schicht eines Äthylencopolymerisates, z.B. ein Acryläthylencopolymerisat, aufzubringen, die anschließend mit einem ext) dierten thermoplastischen Folienband umwickelt wird. Das Stahlrohr wird Tor dem Aufbringen des als Haftvermittler dienenden Epoxyharzes zweckmäßig auf eine Temperatur oberhalb 1000C erhitzt, bei der das Harz unter Vernetzung ausgehärtet. Das Auftragen des Äthylencopolymerisates erfolgt während der Aushärtung des Epoxyharzes.
Es hat sich nun in manchen Anwendungsfällen herausgestellt, daß sich die Haftung des Kunststoffüberzuges an der Oberfläche des Verbundrohres verschlechtert, wenn letzteres der Einwirkung von Feuchtigkeit ausgesetzt wird, beispielsweise durch Lagerung in Wasser oder durch Kondensation bei Temperaturwechsel. Dabei difiandiert das Wasser bzw. der Wasserdampf durch den Kunststoff und bewirkt ein Ablösen des als Haftvermittler dienenden Epoxyharzes von der Rohroberfliche.
Zur Erzielung optimaler Eigenschaften müssen für die heißMrtende Duroplastschicht solche Harze in Anwendung gelangen, deren Aushärtung im Rahmen der für die Um antelung mit dem thermoplastischen Kunststoff erforderlichen Arbeitstemperaturen und -zeiten erfolgt, damit eine kontinuierliche und somit wirtschaftliche Herstellung eines solchen Verbundrohres möglich ist und damit dessen thersoplastischer Mantel bei den im uneittelbaren Anschluß an Uihtlllungsvorgang erfolgenden ManipUlationen, insbesondere beil Transport über Rollgänge und bei der Ablage des fertigen Verbundrohres, nicht beschffidigt wird.
Duroplastische Haftmittel, die im Verlauf des Umhüllungsvorganges, d.h. innerhalb weniger Sekunden aushärten sollen, verlangen Jedoch eine so hohe Vorwärmung des Kernrohres, daß einerseits die Gefahr einer Xaterialschädigung des Thermoplasten, z.B. einer Blasen-@lldung, besteht, und daß andererseits die Geschwindigkeit des Umhüllungsvorganges erniedrigt werden muß, weil die in das Kernrohr eingebrachte Wärme durch Kühlung des Verbundrohres, z.B. mit Wasser, nur langsam durch die isolierende thermoplastische Umhüllung hindurch abgeführt werden kann.
Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist von der Anmelderin ein Verbundrohr vorgeschlagen worden, bei dem die auf seiner Oberfläche aufgebrachte heißgehärtete Duroplastschicht von einer bei niedrigeren Temperaturen, insbesondere bei Raumtemperatur aushärtenden Duroplastschicht überzogen ist (P 22 55 084.1).
Gemäß dem oben erwähnten Vorschlag der Anmelderin kann die Abkühlung des mit dem thermoplastischen Kunststoff umhüllten Verbundrohres wegen der zweiten, kalthärtenden Duroplastschicht ohne Behinderung erfolgen, Jedoch ist für deren Aufbringung ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es ermöglicht wird, auf die bei niedrigen Temperaturen äushärtende Haftmittelschicht zu verzichten und trotzdem die in das Kernrohr eingebrachte, für die Aushärtung der heißhärtenden Duroplastschicht erforderliche Wärme niedrig halten zu können. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß erfindungsgemäß die heißhärtende duroplastische Harzschicht nach beendetem Aufbringen der thermoplastischen Kunststoffschicht durch eine induktive Erhitzung des kernrohres ausgehärtet wird, insbesondere durch kontinuierliches Hindurchführen des Verbundrohres durch eine Induktionsspule, worauf dieses auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Da die induktive Erhitzung unterhalb des Curiepunktes praktisch nur in der Oberfläche des ferromagnetischen Kernrohres erfolgt, lassen sich durch Anwendung hoher Energiedichten innerhalb kurzer Einwirkungszeit stark überhöhte Oberflächentemperaturen erzeugen, bei denen die duroplastische Haftmittelschicht rasch ausgehärtet wird. Die Temperatur in den tiefer gelegenen Randzonen des Kernrohres bleibt verhältnismäßig niedrig. Der Wärmeabfluß erfolgt bevorzugt in das Kernrohr, so daß auch eine schädliche Überhitzung der thermoplastischen Umhüllung vermieden wird. Infolge der bevorzugten Erwärmung der Oberfläche ist die mittlere Rohrtemperatur nach Abschluß des induktiven Hustens des Duroplasthaftvermittlers relativ niedrig, so daß das Verbundrohr in kurzer Zeit auf eine Temperatur abgekühlt werden kann, bei der keine Beschädigung des thermoplastischen Kunststoffaantels erfolgt. Außerdem kann durch die kurze Abkühlungszeit die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht werden.
Mit dem weiteren Nerknal der Erfindung kann die Arbeitsgeschwindigkeit bei der Fertigung des Verbundrohres dadurch gesteigert werden, daß die induktive Erhitzung mit einer Energiedichte erfolgt, welche der Beziehung E > 150 entspricht, in der E = Energiedichte in und s = Wanddicke des Kernrohres in ca bedeuten.
Zweckmäßig werden Energiedichte und Neizielt (bzw. Spulenlänge bei vorgegebener Arbeitsgeschwindigkeit) so gevihlt, daß nach Durchlaufen der induktiven Ervirnuig die mittlere Wandtenperatur des kernrohres unterhalb und seine Oberflächentemperatur bei oder nahe der Temperatur der beginnenden Zersetzungserscheinung des therioplastischen Kunststoffes bei kurzfristiger Wärmeeinwirkung liegen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die induktive Erhitzung nach einer Zwischenkühlung des ummantelten Rohres. Damit wird eine weitere Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit bei nur unbedeutender Verlängerung der Ummantelungsstrecke erreicht, da die Abfuhr der geringen, zur Abdunstung etwaiger Lösungsmittelanteile des Haftvermittlers zweckmäßigen Vorwärme des Kernrohres sowie des Wärmeinhaltes des Thermoplasten getrennt von der zur Aushärtung des Haftvermittlers induktiv zugeführten Wärme erfolgt.
Im Falle der Verwendung eines lösungsmittelhaltigen Duroplasten sieht die Erfindung vor, daß das mit diesem beschichtete Kernrohr auf die Verdunstungstemperatur des Lösungsmittels erwärmt und bei dieser Temperatur mit dem Thermoplasten ummantelt wird. Bei der Aufbringung des thermoplastischen Mantels im Wickelverfahren ist eine Vorwärmung auf eine Temperatur nahe der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes zweckmäßig.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist an folgendem Beispiel, näher erläutert: Gesandstrahlte Stahlrohre NW 100, s = 8 mm werden durch Heizstrahler auf 80°C vorgewärmt und eleketrostatisch mit einem lösungsmittelhaltigen Epoxyharz-Härtergemisch oder einem pulverförmigen Vorkondensat beschchtet'. Die Trockenfilmdicke beträgt ddabei etwa 100 µ. Auf das Rohr wird in an sich bekannter Weise ein zweischic,htiger> therm oplastischer Shlauch aufgereckt, der aus einer inneren Äthylencopolymerisatschicht und einer äußeren PE-Schioht aufgebaut ist. Die, kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 20 m/iain umhüllten Rohre werden, mit Wasser gekühlt, bis die mittlere Kernrohrtemperatur 400C erreicht, hat. Anschließend wird in einer ca. 0,3 m langen, dem Rohrdurchmesser gepaßten Induk,tionsspule,'die eine Energiedichte von 30Q W/cm2 überträgt, das Kernrohr auf eine mittlere Temperatur von 100°C erwärmt. Die Oberflächentemperatur des Rohres beträgt dann etwa 2400C, eine Temperatur, bei der Haftvermittler in wenigen Sekunden vernetzt.
Anschließend werden die Rohre gekühlt und wie üblich konfektioniert.
Vor allem bei größeren Rohrdurchmessern ist es zweckmäßig, das Äthylencopolymerisat und die äußere Schicht in bekannter Weise durch wickeln aufzubringen. Um eine vollflächige Verschweißung der Wickelanlagen sicherzustellen, ist dabei eine Vorwärmung des Kernrohres auf eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt des PE zweckmäßig.
Bei nichtferromagnetischen Stoffen sind in an sich bekannter Weise entsprechend hohe Frequenzen bei der induktiven Erwärmung zu wählen.
- PtentansprUche -

Claims

Patentansrüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines aus einem mnetallischefl; ins-Desondere ferromagnetischen Kernrohr und einer thermoplastischen Kunststoffummantelung bestehenden Verbundrohres, wobei auf die Oberfläche des Kernrohres eine als Haftmittel dienende Schicht eines heißhärtenden duroplastischen Harzes, z.B. eines Epoxyharzes oder eines Phenol-Epoxyharzes aufgetragen wird, welche mit einer oder mehreren thermoplastischen Kunststoffschichten unmantelt wird, insbesondere mit einem aus einer inneren Schicht eines Äthylencopolymerisates und einer äußeren Polyäthylenschicht bestehenden Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die heißhärtende duroplastische Harzschicht nach beendetem Aufbringen der thermoplastischen Kunststoffschicht durch eine induktive Erhitzung des Kernrohres ausgehärtet wird, insbesondere durch kontinuierliches.

Hindurchführen des Verbundrohres durch eine. Induktionsspule, worauf dieses auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Erhitzung mit einer Energiedichte erfolgt, welche der Beziehung ... E > 150/s entspricht, in des W Er Energiedichte und s = Wandstärke des Kernrohres in cm bedeuten.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die mittlere Wandtemperatur des Kernrohres unterhalb und seine Oberflkohentemperatur bei oder nahe der Temperatur der beginnenden Zersetzungserscheinung des thermoplastischen Kunststoffes liegen.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Erhit.ung nach einer Zwischenkühlung des ummantelten Rohres erfolgt
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das lit eine lösungsaittelhaltigen Duroplasten beschichtete bzw. zu beschichtende Kernrohr auf die Verdunstungstemperatur des Lösungsmittels erwärmt und bei dieser Temperatur lit dos Thermoplasten ummentelt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr auf eine Temperatur nahe dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Mantels vorgewärmt wird und die Aufbringung der Thermoplastschicht in an sich bekannter Weise durch Wickeln erfolgt. ß