DE2921376C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Klebeset zum Kleben von Substraten in Gegenwart von Wasser, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, an Ein- oder Vorrichtungen, die unter einem inneren oder äußeren Druck stehen.

Eines der mit der Reparatur beschädigter Einrichtungen verbundenen Probleme besteht darin, daß der verwendete Kleber unter der Kraftwirkung des Drucks verschoben werden kann, bevor eine ausreichend feste Verbindung entstanden ist. Zur Erhöhung ihrer Viskosität und damit zur Verringerung einer derartigen Verschiebungstendenz können wärmehärtbare Kunstharzkleber vor der Verwendung mit partikelförmigen oder faserförmigen Füllstoffen vermischt werden. Durch das Zumischen derartiger Zusätze wird allerdings ein gründliches Mischen des Klebers erschwert, wobei zugleich die Klebeverbindung an der betreffenden Stelle der Einrichtung verschlechtert wird. Reparaturen an bestimmten Einrichtungen, wie etwa an Rohrleitungen, können mit Hilfe von mit Kleber imprägnierten Bandagen durchgeführt werden, jedoch ist eine derartige Verfahrensweise nicht allgemein anwendbar.

Andererseits sind zum Kleben von Substraten ohne die Gegenwart von Wasser bzw. zu Abdichtungszwecken folgende Verfahren bzw. Materialien bekannt:

Die DE-OS 20 41 417 betrifft eine Klebstoffzusammensetzung, die einen weichen Schaumstoff enthält, der mit einem Montage-Kunstharzklebstoff, der bei 100 bis 140°C härtbar ist, getränkt ist. Überflüssiger Klebstoff wird durch Walzen abgequetscht, der getränkte Schaumstoff wird getrocknet, um Lösungsmittel zu entfernen, und zwischen die zu verbindenden Teile, wie in Spalten oder Fugen, gepreßt, zusammengehalten und zur Härtung erwärmt.

Die DE-OS 15 69 035 betrifft Formkörper für Abdichtungszwecke mit verbesserten Fülleigenschaften, in denen ein Schaumstoff mit einem Gemisch von Polyvinylacetat und einem Weichmacher oder einem Copolymerisat aus Polyvinylacetat und Maleinsäure-Dialkylester und einem Weichmacher imprägniert wird. Diese Formkörper sind wasserfest und gegenüber Lösungsmitteln und Chemikalien beständig. Die Herstellung von Klebeverbindungen ist nicht vorgesehen.

Die DE-PS 10 65 962 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von wasserfestem Dichtungsmaterial, indem bituminöse und/oder teerhaltige Stoffe oder Wachse und Harze vor oder während der Herstellung eines Schaumstoffs in diesen eingebracht werden. Auch hier werden keine Klebeverbindungen angestrebt, das Dichtungsmaterial wird als solches mit oder ohne Kompression verwendet.

Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung von Klebeverbindungen in Gegenwart von Wasser an, bei dem der Kleber in einer neuartigen Weise immobilisiert wird, wodurch die Verwendung eines leicht anmischbaren und leicht benetzenden Klebers ermöglicht wird und insbesondere Reparaturen an Einrichtungen möglich sind, die unter einem inneren oder äußeren Druck stehen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Kleben von Substraten in Gegenwart von Wasser, bei dem zunächst ein nachgiebiges Trägermaterial aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger Struktur mit einem wärmehärtbaren Kunstharzkleber imprägniert wird, der zur Verdrängung, Absorption oder einer anderweitigen Entfernung des Wassers vom Substrat geeignet und anschließend härtbar ist, und bei dem anschließend das imprägnierte Trägermaterial auf das Substrat aufgebracht und zur Immobilisierung des Klebers in den Zwischenräumen seiner offenzelligen Struktur zusammengepreßt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch das Zusammenpressen des offenzelligen Trägermaterials wird die Größe der freien Zwischenräume und damit die Beweglichkeit des darin enthaltenen Klebers verringert. Durch geeignete Anpassung der Viskosität des Klebers und der Härtungsgeschwindigkeit an die Porosität des Trägermaterials sind gehärtete Klebeverbindungen ohne wesentliche Verschiebung des Klebers unter dem angewandten Druck erhältlich.

Die unter Verwendung des aus einem Schaum bestehenden, imprägnierten Trägermaterials hergestellten Klebeverbindungen können zur Abdichtung undichter Stellen an Geräten, Einrichtungen und beliebigen Substraten herangezogen werden, wobei das imprägnierte Trägermaterial um die undichte Stelle herum auf das Substrat aufgebracht und das imprägnierte Trägermaterial in die undichte Stelle hineingedrückt wird.

Unter Verwendung des imprägnierten Trägermaterials aus Schaum hergestellte Klebeverbindungen können ferner zur Befestigung von darübergelegtem Material wie beispielsweise Flicken oder zur Konstruktion gehörigen, am Substrat zu befestigenden Teilen verwendet werden, wobei das mit dem Kunstharz imprägnierte Trägermaterial aus dem Schaum entweder auf das Substrat oder das über die betreffende Stelle darüberzulegende Material aufgebracht und beide dann zum Zusammenpressen des Trägermaterials dazwischen zusammengedrückt werden. Dieses Verfahren eignet sich zur Reparatur beschädigter Boots- und Schiffsrümpfe an Ort und Stelle, von Unterwasserbauten oder -anlagen oder etwa von Druckgefäßen, da durch das Zusammendrücken des mit dem Kunstharz imprägnierten Schaums durch den hydrostatischen Druck oder den herrschenden Innendruck das Kunstharz im Schaum eingeschlossen wird und so die Tendenz zur Verschiebung des Klebers unter der Einwirkung dieses Drucks verringert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich ferner deshalb in sehr weitem Umfang anwenden, weil sich damit große Mengen an Kunstharz zur Erzeugung von Klebeverbindungen über große Oberflächenbereiche leicht aufbringen und handhaben lassen, oder wenn dicke Kunstharzschichten erforderlich sind.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, daß damit Klebeverbindungen herstellbar sind, bei denen vergleichsweise wenig Luft eingeschlossen ist, da derartige Lufteinschlüsse, insbesondere an der Harz-Grenzfläche, zu einer erheblichen Verringerung der Festigkeit der Klebeverbindung führen können.

Die Erfindung findet in der Hauptsache Anwendung bei der Herstellung von Unterwasser-Klebeverbindungen an Schiffs- oder Bootsrümpfen, Pipelines, Rohrleitungen, Bohrtürmen, Bohrplattformen u. dgl. Für diese Anwendungen wird das offenzellige Trägermaterial mit einem Kleber imprägniert, der zur Verdrängung, Absorption oder einer anderweitigen Entfernung des Wassers vom Substrat, an dem die Klebeverbindung vorgesehen werden soll, geeignet und anschließend unter Erzielung einer festen Verbindung mit dem Substrat härtbar ist. Der Kleber enthält dabei vorzugsweise ein Zweikomponentengemisch, dessen erste Komponente einen Diglycidyläther von Bisphenol A und dessen zweite Komponente einen Härter auf der Basis eines cycloaliphatischen Polyamins oder von 4,4′-Diaminodiphenylmethyn (DDM) enthält.

Es wurde festgestellt, daß diese Kleber die Oberfläche, auf die sie mechanisch aufgebracht werden, unabhängig von der Gegenwart von Wasser rasch benetzen, jedoch kann auch ein nichtionisches grenzflächenaktives Mittel in den Kleber eingebracht werden, um seine Eigenschaften so zu modifizieren, daß er das Substrat vorzugsweise benetzt. Zur chemischen Stabilisierung der Verbindung an der Grenzfläche von Kleber und Substrat kann ferner auch ein funktionelles Epoxysilan eingebracht werden.

Das offenzellige Trägermaterial stellt vorzugsweise einen vernetzten Polyester auf der Basis eines Polyurethanschaums mit einer Porosität von 12 bis 18 Poren/cm dar. Dieses Material ist in zahlreichen Porositäten leicht erhältlich und besitzt die erforderliche Nachgiebigkeit und Inertheit gegenüber der Kleberformulierung.

Obgleich das Substrat vor der Herstellung der Klebeverbindung zur Erzielung einer maximalen Verbindungsfestigkeit vorzugsweise gereinigt und aufgerauht sein sollte, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung brauchbarer Klebeverbindungen auch bei unebenen oder beschlagenen oder verkrusteten Oberflächen. Aufgrund der durch das Trägermaterial hervorgerufenen Trägerwirkung lassen sich erfindungsgemäß ferner vergleichsweise große Schichtdicken an Kleber in einer Schicht anwenden.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Klebeset zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem wärmehärtbaren Kunstharzkleber sowie einem nachgiebigen Trägermaterial aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger Struktur, wobei diese Bestandteile in voneinander getrennten Abschnitten eines Kunststoffbeutels enthalten sind, dessen Trennwände zum Vermischen der Komponenten zerrissen oder anderweitig entfernt werden können.

Das erfindungsgemäße Klebeverfahren sowie das erfindungsgemäße Klebe- oder Reparaturset lassen sich an zahlreichen Substraten einschließlich glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFK), Stählen und Beton anwenden. Für besondere Anwendungen kann dabei eine entsprechende Änderung der Kleberformulierung erforderlich sein.

Das erfindunsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand von Beispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1A, 1B und 1C eine Reparatur durch Verstopfen an einem glasfaserverstärkten Kunststoffsubstrat;

Fig. 2 eine Reparatur mit einem Flicken und

Fig. 3 eine Reparatur an einer Rohrflanschschweißung.

Bei der in den Fig. 1A, 1B und 1C dargestellten Reparatur durch Verstopfen besteht das Substrat aus einer Platte aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) mit einem länglichen Riß 2. Der Riß 2 hat dabei die typische Form von Schäden, wie sie bei Behältern aus glasfaserverstärkten Kunststoffen aufzutreten pflegen. Zur Erzeugung praxisnaher Bedingungen im Laborversuch wurde die beschädigte Platte 1 als eine Wand eines aus Platten aufgebauten Stahlbehälters verwendet, der in Wasser eingetaucht wurde. Mit dem Behälter wurde ein aus Gummi bestehendes Belüftungsrohr verbunden, das zur Außenluft führte; der Behälter wurde in einem Wassertank untergetaucht.

Die Reparatur wurde lediglich mit Hand unter Wasser durchgeführt, wobei ein Zweikomponenten-Kunstharzsystem verwendet wurde, dessen Einzelbestandteile unten angegeben sind und das mit Typ I, Formulierung UW43, bezeichnet ist.

Typ I - Kunstharzformulierung UW43

Gleiche Gewichtsmengen beider Komponenten der Kunstharzformulierung UW43 wurden zusammengemischt. Ein Stück offenzelliger, flexibler Polyurethanschaum niederer Dichte und geeigneter Größe wurde anschließend mit dem frisch angemischten Kunstharz gesättigt, unter Wasser gebracht und über den Riß 2 gelegt, durch den zuvor das Wasser hindurchgetreten war. Der imprägnierte Schaumstreifen wurde anschließend mit der Hand in den Riß 2 hineingestopft, wobei der Riß vollständig ausgefüllt wurde. Nach vollständigem Einbringen des Schaumstreifens besaßen die Außen- bzw. Innenseite der Platte 1 das in den Fig. 1B bzw. 1C dargestellte Aussehen. Daraus geht hervor, daß der Streifen 3 die Außenfläche der Platte 1 im Bereich des Risses vollständig bedeckte und bis zur Innenseite der Platte weit in den Riß 2 eingedrungen war. Der Stahlbehälter mit dem noch ungehärteten Kunstharz wurde auf den Boden eines 3 m tiefen Wassertanks hinuntergedrückt, so daß er dem höchsten hydrostatischen Druck unterlag, der für übliche GFK-Körper zu erwarten ist. Nach der Entnahme des Behälters nach 24 h Eintauchzeit bei der obigen Tiefe wurde festgestellt, daß das Behälterinnere im wesentlichen frei von Wasser war, was eine erfolgreiche Reparatur anzeigte.

Zum Nachweis der Festigkeit der Klebeverbindung zwischen dem glasfaserverstärkten Kunststoff und dem Kunstharz wurden mit der oben angegebenen Kleberformulierung imprägnierte Schaumstücke herangezogen, die überlappend mit wassergesättigten GFK-Platten verbunden wurden. Anschließende Tests an GFK-Platten, die unter Wasser in dieser Weise miteinander verbunden worden waren, ergaben eine Zugfestigkeit der Reparaturstelle von etwa 7,0 MN/m², wobei Fehler dann innerhalb des glasfaserverstärkten Kunststoffs auftraten. Für Verbindungszwecke unter Wasser sind Kleber auf Epoxybasis bevorzugt, da sie leicht kalt gehärtet werden können, gutes Adhäsionsvermögen besitzen und allgemein bequem handzuhaben sind. Ein alternativer Kleber auf Epoxyharzbasis zur Verwendung unter Wasser ist mit Typ I, Formulierung UW31, bezeichnet. Diese Formulierung gleicht der oben für UW43 angegebenen mit dem Unterschied, daß in der Komponente A das Aerosil 200*) durch 4,0 Gew.-Teile Sylodex 24*) als Füllstoff ersetzt ist, als nichtionisches grenzflächenaktives Mittel 2,0 Gew.-Teile Colorol Aquasorb*) verwendet sind und in der Komponente B anstelle von Aerosil 200*) 5,0 Gew.-Teile Sylodex 24*) als Füllstoff vorliegen.

Ein weiteres, zur Anwendung unter Wasser geeignetes Kunstharzsystem ist unten erläutert und mit Typ II, Formulierung UW27, bezeichnet.

*) Handelsbezeichnung

Typ II - Kunstharzformulierung UW27

Die Formulierung UW43 wurde zur Erzeugung zufriedenstellender Unterwasser-Klebeverbindungen an GFK unter Verwendung des oben erläuterten offenzelligen Schaums herangezogen. Obgleich hierbei nicht die Absicht zugrunde lag, mit dieser Verfahrensweise dauerhafte Reparaturen auszuführen, ergab sich, daß die so hergestellten Klebeverbindungen ein Jahr lang bei Raumtemperatur vollständig eingetaucht bleiben konnten, ohne daß sich Abbauerscheinungen zeigten.

In Fig. 2 ist eine neue, leicht ölige Weichstahlplatte 10 mit einem Riß 11 dargestellt, die als eine Seitenwand eines Wasserdrucktanks eingesetzt wurde. Auf der Innenseite des Tanks wurde ein Wasserdruck von 131 kN/m² erzeugt, was zu einem starken Herausspritzen von Wasser aus dem Riß 11 führte. Ein Streifen 12 aus flexiblem, offenzelligem Polyurethanschaum mit den Abmessungen 250×160×25 mm wurde anschließend mit einem frisch hergestellten Gemisch des als Typ I - Formulierung UW43 bezeichneten Kunstharzes imprägniert. Der imprägnierte Streifen wurde danach mit einer Weichstahlplatte 13 gleicher Größe wie der Streifen 12 verstärkt, worauf das Ganze über den Riß 11 gelegt wurde. Der imprägnierte Schaumstreifen 12 wurde anschließend zwischen der Platte 13 und der beschädigten Platte 10 mit (nicht dargestellten) Zwingen und einem hölzernen Querriegel 14 auf eine Dicke von etwa 3 mm zusammengepreßt. Nach dem Verschließen des Lecks wurde der Druck auf den Querriegel 14 weggenommen und der auf den Riß 11 wirkende Innendruck auf 200 kN/m² erhöht, ohne daß Anzeichen für ein Leckwerden der reparierten Stelle auftraten, obgleich sich die als Flicken dienende Platte 13 unter dem angewandten Druck wölbte.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Reparatur wurde ein Stahlrohr 20 mit 50 mm Innendurchmesser und einem daran angeschweißten Flansch 21 verwendet, wobei durch die Schweißnaht 22 ein Loch von 1 mm Durchmesser gebohrt wurde. Das Rohr 20 wurde vor der Vornahme der im folgenden beschriebenen Reparatur mit Wasser gefüllt. Ein Streifen 23 aus offenzelligem, flexiblem Polyurethanschaum mit den Abmessungen 75×25×25 mm wurde mit einer kleinen Menge von frisch angemischtem Kunstharz der Formulierung UW43 imprägniert. Der imprägnierte Streifen wurde anschließend um die Schweißnaht 22 herumgelegt und mit einem Ringwerkzeug 24, das mit einer (nicht dargestellten) Schraubzwinge festgehalten wurde, zusammengepreßt.

Nach Entfernung des Ringwerkzeugs 24 wurde der Innendruck auf 267 kN/m² erhöht, ohne daß ein Leckwerden erkennbar wurde. Nach 4 h wurde der Druck auf 534 kN/m² erhöht und über ein Wochenende aufrechterhalten. Anschließend wurde der Druck ohne Anzeichen eines Leckwerdens auf 4,14 MN/m² erhöht.

Obgleich für die meisten Anwendungsfälle ein Reparaturset mit den Kunstharzkomponenten sowie dem offenzelligen Schaum als separate Bestandteile ausreichend ist, kann es in manchen Fällen vorteilhaft sein, die drei Bestandteile in einer einzigen Dreifachpackung vorzusehen. So kann das Reparaturset beispielsweise in einer einzigen Kunststoffumhüllung eingeschlossen sein, die Unterteilungen oder Klammern zur Erzeugung von drei separaten Abteilungen innerhalb der Umhüllung aufweist. Die Kunstharzbestandteile können anschließend nach Entfernen der zur Unterteilung dienenden Klammern oder Aufreißen der Unterteilungen und Verformen der Umhüllung vermischt werden. Anschließend kann der offenzellige Schaum durch Entfernung der restlichen Klammer oder durch Aufreißen der letzten Unterteilung imprägniert werden. Dieser Packungstyp eignet sich insbesondere zur Verwendung unter Wasser.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Variationen des Verfahrens wie auch des erfindungsgemäßen Klebesets möglich. So kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auch mit zahlreichen anderen Substraten einschließlich Beton angewandt werden, wobei auch die Kleberformulierung variiert werden kann.

Bei den oben erläuterten Versuchen wurde ein vernetzter Polyurethanschaum mit einer Porosität von 12 bis 18 Poren/cm verwendet. Obgleich der Schaum nachgiebig, offenzellig und gegenüber dem Kleber nicht reaktiv sein sollte, sind seine Zusammensetzung und Porosität nicht von entscheidender Bedeutung. So kann beispielsweise insbesondere die Porosität so ausgewählt werden, daß sie der Viskosität und der Härtungsgeschwindigkeit des für den jeweiligen Anwendungfall ausgewählten Klebers angepaßt ist.

Wie oben erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für zahlreiche Anwendungsfälle, in denen dicke Kunstharzschichten oder große zu bedeckende Flächen gefordert sind, da sich der mit dem Kunstharz imprägnierte Träger aus dem Schaummaterial leicht aufbringen läßt. Zugleich besteht der Vorteil eines minimalen Lufteinschlusses.

Typische Beispiele für die Anwendung der Erfindung in Reparaturfällen an ablandigen Einrichtungen sind in den GB-Patentanmeldungen 50 596/77, 53 626/77, 21 703/78 und 24 367/78 beschrieben.

Claims (5)

1. Verfahren zum Kleben von Substraten in Gegenwart von Wasser, bei dem zunächst
ein nachgiebiges Trägermaterial aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger Struktur mit einem wärmehärtbaren Kunstharzkleber imprägniert wird, der zur Verdrängung, Absorption oder einer anderweitigen Entfernung des Wassers vom Substrat geeignet und anschließend härtbar ist,
und bei dem anschließend das imprägnierte Trägermaterial auf das Substrat aufgebracht und zur Immobilisierung des Klebers in den Zwischenräumen seiner offenzelligen Struktur zusammengepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Kunstharzkleber ein Zweikomponentengemisch ist, dessen erste Komponente einen Diglycidyläther von Bisphenol A und dessen zweite Komponente ein cycloaliphatisches Polyamin oder ein 4,4′-Diaminodiphenylmethan enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Kunstharzkleber ein funktionelles Epoxysilan enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial ein vernetzter Polyurethanschaum auf Polyesterbasis mit einer Porosität von 12 bis 18 Poren/cm verwendet wird.

5. Klebeset zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aus einem wärmehärtbaren Kunstharzkleber sowie einem nachgiebigen Trägermaterial aus einem synthetischen Schaum mit offenzelliger Struktur, wobei diese Bestandteile in voneinander getrennten Abschnitten eines Kunststoffbeutels enthalten sind, dessen Trennwände zum Vermischen der Komponenten zerrissen oder anderweitig entfernt werden können.