DE2531738C3

DE2531738C3 - Verfahren zum Außenbeschichten von Metallrohren

Info

Publication number: DE2531738C3
Application number: DE2531738A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6800 Mannheim Antoni
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1975-07-16
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1980-08-21
Also published as: FR2323457A2; FR2323457B2; AT356468B; DE2531738B2; GB1483725A; BE844241R; ATA521576A; IT1089851B; NL7607807A; DE2531738A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Verfahrens zum Außenbeschichten von Metallrohren mit einer dümmeren Masse auf Basis eines mit Teer « modifizierten Polyurethans, welche zusätzlich mineralische Füllstoffe enthalten kann, wobei zunächst ein Teil des mit Teer modifizierten und gegebenenfalls Füllstoffe enthaltenden Polyurethans in an sich bekannter Weise auf die Außenfläche des Rohres aufgebracht und 4« der restliche Teil durch Einbringen einer geringen Menge Wasser zu den Urethan bildenden Rohstoffen in Form eines Hartschaums aufgetragen und gegebenenfalls auf den gebildeten Hartschaum noch eine dünne geschlossene Schicht des Grundmaterials aufgebracht ·τ> wird, nach Patent 24 05 588.

Das Prinzip des durch die vorliegende Erfindung weiter auszubildenden Verfahrens besteht also darin, daß ein Teil des duromeren Beschichtungsmaterials nicht in Form einer kompakten Masse, sondern in Form w einer einen Hartschaum bildenden Zubereitung aufgebracht wird. Dabei ist natürlich zu beachten, daß der verbleibende kompakte Film auf Polyurethanbasis selbst so dick sein muß, daß er für sich die Ansprüche an den Korrosionsschutz erfüllt. Die verschäumte Zone in v-, diesem mehrschichtigen Auftrag hat im wesentlichen die Funktion, mechanische Beschädigungen von der Korrosionsschutzschicht fernzuhalten. In der Praxis wird man davon ausgehen, daß für Zwecke des Korrosionsschutzes eine Beschichtung an kompak'em w> duromeren Material in einer Schichtdicke vor. 0,4 bis 1,0 mm ausreicht.

Beim Transport der Rohre, bei deren Verlegung und im Erdreich wird die Beschichtung, und zwar insbesondere der Außenbereich der Beschichtung der Rohre, ir> mechanisch besonders beansprucht. Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den äußeren Bereich der Beschichtung noch unempfindlicher gegen mechanische Einwirkungen auszugestalten. Dabei ist davon auszugehen, daß es nicht möglich ist, größere Anteile an mechanisch stabilen Füllstoffen in die Komponenten einzubringen, aus welchen die zweite aufgeschäumte Schicht gebildet wird, da zur Bildung eines Schaumes die Komponenten eine Mindestviskosität aufweisen müssen, da sonst Schwierigkeiten beim Dosieren und Mischen der Komponenten entstehen. Bei zu hohem Füllstoffgehalt des aufzuschäumenden Ansatzes kann eine Störung der Schaumbildung erfolgen, so daß man keinen gleichmäßigen Schaum mit gleichmäßig verteilten Poren erhält Im Grenzfall unterbleibt überhaupt die Schaumbildung, oder es entsteht nur eine Schicht mit einigen wenigen unregelmäßig verteilten Schaumporen.

Es ist zwar bekannt, bei der Beschichtung von Stahlkonstruktionsteilen, wie z. B. metallenen Fahrbahnplatten, diese mit einer Kunststoffschicht zu versehen und in die noch unausgehärtete Kunststoffschicht Füllstoffe, wie z. B. Sand, einzustreuen. Es hat sich aber gezigt, daß dies bei dem Verfahren des Patentes 24 05 588 nicht möglich ist, da der Sand auf der aufschäumenden Deckschicht liegenbleibt und sich nur ein geringer Teil des Sandes mit der Oberfläche dieser Deckschicht verankert Dieser geringe festgehaltene Füllstoffanteil reicht aber zur wesentlichen Beeinflussung der Eigenschaften der Deckschicht, insbesondere der Verbesserung ihrer Abriebfestigkeit, nicht aus.

Überraschenderweise gelingt es jedoch, die aufschäumende Deckschicht mit abrasiven Füllstoffen unter Erhalt der Schaumstruktur zu sättigen, wenn man auf diese zweite Schicht während deren Aufschäumung, insbesondere zu Beginn des Aufschäumens, auf 70 bis 230°C erwärmten, mechanisch stabilen Füllstoff einer Teilchengröße von 0,3 bis 3,0 mm in zur Sättigung der Schicht ausreichender Menge aufbringt und den nach dem Aufschäumen der Schicht nicht gebundenen Füllstoffanteil entfernt.

Der erwärmte Füllstoff sinkt in die aufschäumende Schicht ein und durchsetzt die Schicht nach Beendigung der Aufschäumung bei genügendem Angebot an Füllstoff vollständig. Dabei war es für den Fachmann überraschend, daß durch das Einbringen des Füllstoffes, der trotz einer Teilchengröße von 0,3 bis 3,0 mm eine relativ große Oberfläche hat, der gebildete Schaum nicht zusammenbricht, sondern die Schaumstruktur erhalten bleibt und der Sand sich in den Lamellen des Schaumkörpers anreichert.

Das Eindringen des Füllstoffes wird durch steigende Temperaturen des Füllstoffes begünstigt. Vorzugsweise soll deshalb die Temperatur des Füllstoffes > 100⁰C, insbesondere 120 bis 180⁰C, betragen.

Durch die vom Füllstoff in den Verschäumungsansatz eingebrachte Wärmemenge wird die zur Aufschäumung und Aushärtung der Schicht erforderliche Reaktionszeit erheblich verkürzt, so daß es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, die Beschichtung der Rohre in kürzerer Zeit durchzuführen.

Die Zugabe des erhitzten Füllstoffes soll während der Aufschäumung stattfinden, da nach beendeter Aufschäumung, aber vor Aushärtung des Schaumes, die Gefahr einer Zerstörung des Schaumes besteht. Außerdem stehen für den Transport des Füllstoffes durch die Schicht nur die Lamellen des Schaumstoffes zur Verfügung, so daß der Materialtransport erschwert ist.

Andererseits ist es aber zweckmäßig, den Füllstoff nicht vor der Verschäuinung aufzubringen, da die Sättigung dieser zweiten Schicht an Füllstoff dann

ungenügend und die Beschichtung selbst aus den obengenannten Gründen erschwert ist Die Erfindung lehrt deshalb, den Füllstoff während der Verschäumung zuzusetzen, insbesondere zu Beginn des Aufschäumens, d. h. etwa zu der Zeit, innerhalb der der Schaum etwa ^lh seines Endvolumens angenommen hat

Als Füllstoff eignet sich insbesondere Quarzsand. Dieser Füllstoff vereinigt gute Eigenschaften bei günstigem Preis. Es ist dem Fachmann klar, daß auch andere Füllstoffe, wie z. B. Korund oder andere Sande, wie überhaupt alle Füllstoffe der angegebenen Korngröße geeignet sind, die mechanisch so stabil sind, daß die Deckschicht die gewünschte Belastbarkeit durch diese Füllstoffe erhält.

Durch die Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit der Deckschicht ist es möglich, gegenüber dem Patent 24 05 588 die Dicke der aufgeschäumten Deckschicht und/oder die Dicke der insbesondere dem Korrosionsschutz dienenden ersten Schicht zu reduzieren. Hierdurch wird das Verfahren zusätzlich wirtschaftlicher.

In dem folgenden Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert Dabei wird an Hand entsprechender Belastungsversuche der mit vorliegender Erfindung erzielbare technische Fortschritt belegt.

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Beispiel

Das durch Strahlen entrostete Großstahlrohr wird mit seinen jeweils zum späteren Verschweißen be- jo schichtungsfrei bleibenden Endflächen auf eine fahrbare Rollvorrichtung gebracht. Das mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ca. 30 m/Minute in Richtung nach oben vom Sprühstrahl weg rotierende Rohr fährt auf der Rollvorrichtung am horizontal auf die Mitte des r> Rohres gerichteten Sprühkopf der Zweikomponenten-Anlage mit einem Vorschub vorbei, der sich wie folgt errechnet:

G 10000 _4(l

Es bedeuten:

V = Vorschubgeschwindigkeit in cm/Minute

G= Literleistung der Anlage pro Minute ^4l

D— Außendurchmesser des Rohres in cm

d = gewünschte Schichtdicke in mm/Lauf

Unter Zugrundelegung einer Förderleistung der Zweikomponenten-Sprühanlage von ca. 3 l/Minute wird w der Vorschub des Rohres so eingestellt, daß das Stahlrohr bei einem Durchlauf in einer Schichtdicke von 0,15 mm mit Beschichtungsmaterial bedeckt ist. Der beschichtungsfrei bleibende Rollenbereich wird mit einer Abdeckblende versehen. Die Zweikomponenten- τ, Sprühanlage ist mit einem Durchlauferhitzer versehen, um eine Verarbeitungstemperatur des Materials bis zu etwa 90⁰C zu ermöglichen. Ebenso ist sie in Anbetracht der schnellen Reaktionszeil des Polyurethans mit einer automatischen Spüleinrichtung für den Mischkammer- _no und Sprühkopfbereich versehen. Außerdem ist die Anlage mit einer automatischen Dosierkontrolleinrichtung ausgestattet, welche den Beschichtungsvorgang sofort unterbricht, falls Fehler an den Dosierpumpen auftreten. Das Stahlrohr wird zunächst in drei h^r> aufeinanderfolgenden Durchlaufen mit einer isolieren den bzw. korrosionsschützenden Grundbeschichtung von insgesamt 0,45 mm Dicke versehen.

Nach dem leeren Rücklauf, während dem die Grundbesichtung vorhärtet und der Vorschub auf die halbe Geschwindigkeit reduziert wird, erfolgt die Umschaltung auf die schaumbildende Komponente, die nunmehr in einer Schichtdicke von 03 mm aufgesprüht wird und um etwa das 3- bis 4fache, also auf ca. 0,9 bis 1,2 mm, aufschäumt Um eine Sprühstrahlbreite versetzt, folgt dann eine Sandeinstreuvorrichtung, mit welcher die aufschäumende Beschichtung nach einem Rohrumlauf auf dem oberen Scheitelpunkt des Rohres mit 150⁰C heißem Sand gesättigt wird. Überschüssiger, nicht in der Beschichtung gebundener Sand fällt dann im weiteren Drehverlauf des Rohres wieder ab. Während eines leeren Rücklaufs wird wieder die ursprüngliche Vorschubgeschwindigkeit eingestellt und zum Schluß noch einmal 0,15 mm kompakte Beschichtung aufgesprüht

Die Anlage ist damit gleichzeitig für die Beschichtung des nächsten Rohres bereit

Hierdurch ergibt sich eine Gesamtschichtdicke von 1,8 bis 2,0 mm, während der Verbrauch an Beschichtungsmaterial nur etwa einer Schichtdicke von 0,9 mm entspricht.

Das Aufschäumen ist bereits nach etwa 5 Minuten beendet und die Beschichtung nach 10 Minuten klebfrei; solange läßt man das Rohr nachrotieren. Zum Aushärten kommt das Rohr dann, an den beschichtungsfreien Enden mit Abstandsklötzen gesichert, auf das Lager. Nach 12 Stunden ist die Beschichtung stapelsicher und nach 1 Woche können die so beschichteten Rohre verlegt werden. Falls unmittelbar nach Beendigung des Aufschäumens eine Wärmehärtestrecke mittels gasbeheizter Wärmestrahler vorgesehen wird, ist bei einer Oberflächentemperatur von 90°C das beschichtete Rohr nach weiteren 10 Minuten und Abkühlen auf 30⁰C stapelbar.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Beschichtung hat eine sehr gute Beständigkeit gegen mechanische Belastungen. Hierdurch bleibt die Funktion de: Korrosionsschutzschicht auch bei der besonderen mechanischen Beanspruchung erhalten, wie sie beim Transport der Rohre, bei deren Verlegung und im Erdreich auftritt. So erfüllt die erfindungsgemäße Beschichtung die Bedingungen der Prüfung der Schlagfestigkeit gemäß DlN 30 670, Abschnitt 3.2.4 und 5.6. Zur Ermittlung der Schlagfestigkeit wird ein Fallgerät mit V-förmig (Winkel 120°) eingeschnittenem Stahlblock zur Auflage der Stahlrohre benutzt. Die Stirnfläche des Fallgewichtes ist Teil der Kugeloberfläche (Kugeldurchmesser 25 mm). Die Prüfung wird bei Raumtemperatur (20 bis 25°C) vorgenommen. Die Fallhöhe beträgt 1 m. Die auf 1% genau einzustellende Schlagarbeit soll 5 Nm je mm Mindestschichtdicke betragen. Der Abstand zwischen 2 Auftreffpunkten soll mindestens 30 mm betragen. Mit einem Hochspannungsgerät mit 25 kV Prüfspannung wird nach dem Schlagen festgestellt, ob Durchschläge erfolgt sind. Die erfindungsgemäße Beschichtung erfüllt die vorgenannten Bedingungen. Außerdem besteht auf Grund des hohen Quarzsandanteils im Außenbereich der Beschichtung auch eine sehr gute Abriebfestigkeit. Diese ist für den Einsatz der orfindungsgemäß beschichteten Rohre ;iK '^genannte Durchpi'ußrohre beim Verlegen unter Straßen und Bahndämmen von großer Bedeutung.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zun> Au'Jenbeschichten von Metallrohren mit einer durorneren Masse auf Basis eines mit Teer modifizierten Polyurethans, welche zusätzlich mineralische Füllstoffe enthalten kann, wobei zunächst ein Teil des mit Teer modifizierten und gegebenenfalls Füllstoffe enthaltenden Polyurethans in an sich bekannter Weise auf die Außenfläche des Rohres aufgebracht und der restliche Teil durch Einbringen einer geringen Menge Wasser zu den Urethan bildenden Rohstoffen in Form eines Hartschaumes aufgetragen und gegebenenfalls auf den gebildeten Hartschaum noch eine dünne geschlossene Schicht des Grundmaterials aufgebracht wird, nach Patent 24 05 588, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die zweite Schicht während deren Aufschäumung, insbesondere zu Beginn des Auf Schäumens, auf 70 bis 230° C erwärmten, mechanisch stabilen Füllstoff einer Teilchengröße von 0,3 bis 3,0 mm in zur Sättigung der Schicht ausreichender Menge aufbringt und den nach dem Aufschäumen der Schicht nicht gebundenen Füllstoffanteil entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Füllstoff Quarzsand verwendet.