DE3004497A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung einer porenfreien korrosionsfesten beschichtung aus kunstharz auf einen metallgegenstand - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen l-lerstellung
• einer porenfreien korrosionsfesten Beschichtung aus Kunstharz auf einen Metallgegenstand Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen llerstellung einer porenfreien, korrosionsfesten Beschichtung besserer Haftung aus Kunstharz auf einem Metallgegenstand, insbesondere auf Großrohren, wobei mittels einer oder mehrerer Pulversprüheinheiten Kunstharzpulver elektrostatisch aufgeladen, auf die Oberfläche eines vorerwärmten Metallgegenstandes aufgesprüht und'dort eine geschlossene Schicht bildend aufgeschmolzen wird.
• Es ist bekannt, z.B. Großrohre kontinuierlich mit Epoxid-Harz-Pulver in einer Dicke von 260 µm zu beschichten wobei die zu beschichtende Metalloberfläche gestrahlt und auf 230°C vorerwärmt wird. Danach wird in einer Beschichtungskammer mittels einer Vielzahl von Pulverspritzpistolen das Epoxidharz kontinuierlich in einem Arbeitsgang auf die Metalloberfläche aufgetragen, bis (lie gewünschte Di ckbeschichtung von 260 µm erreicht ist.
• (Journal für Oberflächentechnick 3 (1971) 9, Seite 46 - 47) Durch die bekannte Vorerwärmung des zu beschichtenden Metallgegenstandes auf Temperaturen von 230 bis ca. 250°C soll des aufgesprühte Kunstharzpulver aufschmelzen und in einen gewünschten viskosen Zustand übergehen, um die Oberfläche voll zu benetzen.
• Obwohl durch die Anpassung der Vorwärmtemperaturen bereits eine niedrig viskose Kunstharzschmelze bei den bekannten Verfahren iin Bereich der Grenzschicht Metall-Kustharz erzielt wurde, bei' der man eine intensive Haftung der Kunstharzschicht auf der Metalloberfläche voraussetzen diirfte, haben Untersuchungen gezeigt, daß Kunstharzbeschichtungen dieser Art iminer noch Mikrohohlräume auf und im Bereich der Grenzfläche zwischen Metall urid Kunststoff aufweisen. Die bisher unvermeidlichen Mikrohohlräume in der Kunstharzbeschichtung, die als Kondensationsräume von Dämpfen auszusehen sind, gewährleisten keineswegs einen sicheren Schutz gegen das Eindringen chemischer Substanzen, so daß ein sicherer Korrosionsschutz auch durch dickere Beschichtungsstärken immer noch nicht zufriedenstellend zu erzielen ist.
• Um die Haftung zwischen Metall und Kunstharz zu verbessern, hat man jedoch bereits erkannt, daß durch das ständige Aufsprühen von kaltem Harzpulver von ca. 20°C eine für die Beschichtung mit guter Haftung erforderliche niedrig viskose Schnelze nicht erzielt werden kann. 15s wurde daher durch die 13E - OS 23 44 860 bereits vorgeschlagen, das Kunstharzpulver mittels zwei in einem Abstand arbeitenden Pulversprüheinheiten in mehreren dünnen Schichten aufzutragen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Bildung von Mikrohohlräumen nicht in dem gewiinschten Maße zu vermeiden war.
• Es wurde nun gefunden, daß sich selbst bei diinnen Beschichtungen unter 100 µm in der Kunstharzschicht zwischen der Grenzschicht Metall-Kunstharz und der äußeren Beschichtungsfläche Temperaturdifferenzen einstellen, die im ursächlichen Zusammenhang mit den vorhandenen Mikroeinschlüssen in der Beschichtung stehen.
• Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren zu entwickeln, durch das die Bildung von Mikroholräumen bei Kunstharz beschichtungen auf Metallgegenständen weitgehend vermieden werden soll, eine bessere Haftung der Kunstharzbeschichtung auf der Metalloberfläche erzielt und die Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegenüber chemischen Angriffen erhöht werden soll.
• Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff vorgeschlagen, welcher gekennzeichnet ist durch folgende Verfahrensschritte: a) das Kunstharzpulver wird mittels einer Pulversprüheinheit in einer Schichtstärke von ca. 5 bis 50 µm auf den durchlaufenden Metallgegenstand aufgetragen b) der beschichtete Metallgegenstand wird unmittelbar im Anschluß an den Beschichtungsvorgang durch eine Temperaturausgleichskammer geführt, deren Innenwände eine Reflektion der Abstrahlungswärme vom vorerwärmten Metallgegenstand bewirken, wobei eine homologe Temperatureinstellung von ca. 230 bis 2500C in der gesamten Beschichtung, gegebenenfalls unter zusätzlicher Wärmezufullr, erfolgt, c) die Durchl aufgeschwindigkeit des Metallgegenstandes ist in Relation zur Länge der rerr,l ir;\turausglcichskamlner zu b, so bemessen, daß mindestens im Grenzbereich Metalloberfläche/Kunstharz eine Aushärtung des Kunstharzes stattgefunden hat, d) der Verfahrensablauf nach den Merkmalen a) und b) wird ein- oder mehrfach ohne yifliche Unterbrechung vorgenonmen.
• Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, wobei erfindungsgemäß im Anschluß an eine an sich be kannte Pulverversprüheinheit eine Temperaturausgleichskammer für den durchlaufenden Metallgegenstand nachgeordnet ist, deren innere Flächen einen gleichmäßigen Abstand vom Metall gegenstand aufweisen und eine wärmereflektierende bzw. wärrneabgebende OlDerfläche besitzt. Durch die Nachordnung einer solchen Temperaturausgleichskammer wird bewirkt, daß die Abstrahlung der Wärme des auf ca.
• 230 bis 250°C vorerwärmten Metallgegenstandes von der wärmereflektierenden inneren Oberfläche auf die viskose Schmelze zurückgestrahlt wird und dadurch eine homologe Temperaturverteilung in der gesamten Beschichtungsschicht erzielt und erst dadurch eine durchgehende niedrig viskose Schmelze erreicht wird. Erst durch die in der gesamten Schichtdicke sich einstellende homologe niedrig viskose Schmelze ohne Temperaturdifferenz im Beschlchtungsquerschnitt- wird eine völlige Ausscheidung der von der rauhen Metal]oberfläche verdrängten mikroskopisch kleinen Gasblasen gewilirleistet. Hierbei stellt sich durch die gleichmäßig niedrig viskose Schmele eine bisher nicht gekannte völlige Entgasung ein, so daß nach Aushärtung der Kunstharzbeschichtung Mikrohohlräume wie Dampf- und Gaseinschlüsse weitgehendst vermieden werden.
• Diese und weitere erfinderische Merkmale sollen nun anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden.
• Diese zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Beschichtung sverfahrens, Fig. 2 eine schematische Darstellung des bisher bekannten Beschichungsverfahrens, Fig. 3 eine schematische i)arstellung einer Vorrichtung zur Durchführlmg des Verfahrens gemäß Fig. 1.
• In Fig. 1 ist die Beschichtung 1 eines Metallgegenstandes 2 mit Kunstharzpulver 3 schematisch dargestellt, wobei in an sich bekannter Weise das Pulver elektrostatisch auigeladen kalt auf den mit einer Temperatur von 230 bis 2500C vorerwärmten Metallgegenstand 2 gespriiht wird.
• In einer an sich bekallnten Pulversprühkammer 4 wird das Kunstharzpulver 3 zunächst in einer Schichtstärke von ca. 50 um auf die Metall oberfläche 5 des in Pfeilrichtung 6 durchlaufenden Metallgegenstandes 2 aufgesprüht. Die Kunstharzpulver-Dosierung muß hierzu in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit des Metallgegenstandes 2 durch die Pulversprühkammer 4 entsprechend eingestellt sein. Auf der erwärmten Oberfläche 5 wird das aufgesprühte kalte Harzpulver 3 zunächst irn Bereich 7 schnell erwärmt und geht verhältnismäßig schnell in einem niedrig visosen Zustand über. In diesen Bereich 7 dringt die niedrig viskose Schmelze 8 erwünschterweise in die verhältnismäßig rauhe Oberfläche 5 des Metallgegenstandes 2 ein. Dabei werden die verdrängten gasförmigen Einsclüsse 9 aus den Unebenhiten der Metalloberfläche zwar gut vedrängt, aber im Beschichtungsbereich 10 aufgrund dern zunehmenden Beschichtungsdicke in der hier schon beginnenden hoch viskosen Schmelze 11 am Entweichen gehindert. Der Metallgegenstand 2 gelangt unmittelbar irn Anschluß an die Pulversprühkammer 4 in eine Temperaturausgleichskammer 12, deren in--ncre Oberfläche 13 eine Reflektion der Abstrahlungswärme 14 vom vorerwärmten Metallgegenstand 2 von oben auf die schmelzende Beschichtung bewirkt. Dadurch wird in kurzer Zeit nach Beendigung des Aufsprühvorgangs von kaltem Pulver 3 die bereits einsetzende hoch viskose Schmelze 11 durch den Temperaturausgleich in eine niedrig viskose Schmelze 8 überführt, wodurch die bereits vorbeschriebenen hochsteigenden Gas- bzw. Dampfeinschlüsse 9 bis zur kleinsten Größe aus der Schmelze 8 entweichen können und dadurch eine völlig entgaste porenfreie Beschichtung 1 erzielt wird.
• Im Bereich der Temperaturausgleichskammer 12 setzt im Bereich der Metalloberfläche 5 bereits die Aushärtung 15 des zeitlich zuerst aufgebrachten Kunstharzes 3 ein, während die darüberliegende Schmelze 8 noch niedrig viskos ist. Itier erfolgt unmittelbar die nächste Beschichtung in einer anschließenden Pulverspriihkammer 16 in der gleichen Weise, wie sie in der Pulverspühkammer 4 erfolgt ist. Die niedrig viskose Schinelze 8 geht durch das Eindringen von kaltem Kunstharz pulver 3 hier allmählich in eine hoch viskose Schmelze 1,1 über. In diesem Augenblick gelangt der zu beschichtende Metallgegenstand unmittelbar in eine folgende - nicht dargestellte - Temperaturausgleichskammer 13, wo durch eine weitere Wärmeeinwirkung die hereits hoch viskose Schmelze 11 wiederum in eine gewünschte niedrig viskose Sclimelze 8 versetzt und hier wiederum eine völlige Entgasung der weiteren Beschichtung erzielt wird. Es ist jedoch hierhei zu berücksichtigen, daß durch die zunehmende Aushärtung 15 die Abstrahlungswärme 14 geringer wird, so daß die Reflektionswärme gegbenenfalls durch zusätzlichc Wärmezufuhr ergänzt werden rnuß, damit an der Beschichtungsoberfläche zumindest annähernd die gleiche Temperatur erreicht wird, die der erwärmte Metallgegenstand 2 aufweist. Die zusätzliche Wärmezufuhr kann mittels bekannter Heizelemente, z.B. IR-Strahler 17, und/oder durch Zuführung eines erhitzten gasförmigen Mediums 20 mittels Zuführungsleitungen 18 erzielt werden.
• Zusätzliche Heizeinrichtungen vorbeschriebener Art sind auch dann in der ersten Temperaturausgleichskammer 12 erforderlich, wenn die Reflektionswärme 14 nicht ausreicht, um eine gleiche Temperatur an der Beschichtungsoberfläche zu erzielen, wenn z.13. Metallgegenstände kleineren Umfngs durch eine hierfür zu große Temperaturausgleichskammer 12 hindurchgeführt werden und die reflektierenden Oberflächen 13 zu weit von (lem Metallgegenstand entfernt sind.
• Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zum Vergleich in Fig. 2 ein bisher übliches Beschichtungsverfahren, z.B. zurn Beschichten von Großrohren, dargestellt. Auf den in Pfeilrichtung 6 durch eine Sprüheinrichtung kontinuierlich durchgeführten und auf eine Temperatur von ca. 230°C vorgewärmten Metallgegenstand 2 wird kaltes llarzpulver 3 auf dic Metaloberfläche 5 aufgcsprüht. Eine niedrig viskose Schmelze 8 bildet sich nur anfänglich des Beschichtungsvorgangs, während bei zunehmender Dicke das kalte Kunstharzpulver unzureichend erwärmt wird und günstigenfalls eine hoch viskose Konsistenz erreicht. Dadurch könnten Gas- hzw.
• Dampfeinschlüsse 9, die bereits aus der niedrig viskosen Schmelze 8 aufzusteigen versuchen, in der hoch viskosen Schmelze 11 hängen und nicht mehr cntweichen. nas Ergebnis ist eine von Mikroeinschlüssen 9 durchsetzte Beschichtung, die den Metallgegenstand 2 gegenüber chemischen Angriffen nicht im gewünschten Maße schützt.
• In Fig. 3 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, z.B. für die Kunstharzbeschichtung von Großrohren, dargestellt. Die zu beschichtende Großrohr 2 wird in Pfeilrichtung 6 durch eine Ringkammer 4 geführt, in der Kunststoffpulver 3 in einer eingestellten Bescllichttmysstärke von 5 bis ca. 50 um aufgesprüht wird. Unmittelbar an die Ringkainmer 4 schließt sich eine Temperaturausgleichskammer 12 an, worin die Temperatur in der viskosen Beschichtungsschicht durch Reflektionswärme 14 gegebenenfalls unter Zufur von zusätzlicher Wärme, z.B. mittels IR-Strahler 17, auf ca. 230 bis 250°C eingestellt wird.
• In der Temperaturausgleichskmmer 12 findet die restlose Entgasung der viskosen Schmelze der Beschichtungsschicht 1 statt.
• Die Wärmezufuhr kann auch allein oder zusätzlich zu den Wärmestrahlern 17 durch ein erwärmtes gasförmiges Medium 20 erfolgen, das durch ein Leitungssystem 18 durch die Temperaturausgleichskammer 12 geleitet wird. Die Vorrichtung zur Durchführung -des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht daher aus mindestens einer Pulversprüheinheit, z.B. aus der Ringkammer 4, und einer daran anschließenden Temperaturausgleichskammer 12. Je nach der gewünschten Beschichungsdicke önnen mehrere Beschichtungsvorrichtungen 4, 12 hintereinander angeordnet werden. Dabei können in jeder Beschichtungseinheit 4 unterschiedliche Beschichtungsdicken - je nach dem verwendeten Kunstharzmaterial - aufgespritzt werden; wenn das für die Erzielung einer niedrig viskosen Scmelze 8 in der Temperaturausgleichskammer 12 dienlich ist.
• Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, porenfreie Beschichtungen auf Großrohren in einer Dicke herzustellen, die wesentlich über die bisherigen Beschichtungsdicken hinausgehen und dadurch einen hervorragenden Korrosionsschutz und eine gute thermische Isolierung gewährleisten.
• L e e r s e i t e

Claims (6)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer korrosionsfesten, porenfreien Beschichtung aus Kunstharz auf einen Mctallgegenstand, insbesondere auf Großrohren, wobei mittels einer oder mehrerer Pulversprüheinheiten Kunstharzpulver elektrostatisch aufgeladen auf die Oberfläche eines vorerwärmten Metallgegenstandes aufgespriiht und dort eine geschlossene Schicht bildend aufgeschmolzen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) das Kunstharzpulver (3) wird mittels einer Pulverspriiheinheit (4) in einer Schichtstärkc von ca. 5 bis 50 µm .wnf den durchlaufenden Metall gegenstand (2) aufgetragen, b) der beschichtete Metallgegenstand wird wlmittelbar im Anschluß an den Beschichtungsvorgang durch eine Temperaturausgleichskammer (12) geführt, deren Innenwände (13) eine Reflektion der Abstrahlungswärme (14) vom vorerwärmten Metallgegenstand (2) bewirken, wobei eine homologe Temperatureinstellung von ca. 230 bis 250°C in der gesamten beschichtung, gegebenenfalls unter zusätzlicher Wärmezufur, erfolgt, c) die Durchlaufgeschwindigkeit des Metallgegenstandes (2) ist in Relation zur Länge der Temperaturausg]eichskammer (12), zu b, so bemessen, daß mindestens im Grenzbereich Metalloberfläche/Kunstharz eine Aushärtung des Kunsthrzes stattgefunden hat, d) der Verfalirensahlbuf nach den Merkmalen a) und b) wird ein-oder mehrfach ohne zeitliche Unterbrechnung vorgenommen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmezufuhr in der Temperaturausgleichskammer (12) durch bekannte Wärm cstrahlungsm ittel , z.B. durch IR-Strahler, erfolgt, wobei die Wärmeabgabe so gesteuert ist, daß die Temperatiir irn Bereich der Beschichtungsoberfläche weitgehend der Eigentemperatur des vorerwärmten Metallgegenstandes (2) entspricht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 , d a d u r c h g ekennzeicii nest, daß anstatt der Wärmezufuhr durch die Strahlungsmittel (17) oder zusätzlich ein erwärmtes gasförmiges Medium (20) entsprechender Temperatur durch die Temperaturausgleichskammer (12) geleitet wird.
4. 4 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in Auschluß an eine an sich bekannte Pulversprüheinheit (4) eine Temperaturausgleichskammer (12) für den durchlaufenden Metallgegenstand (2) nachgeordnet ist, deren innere Flächen (13) einen etwa gleichmäßigen Abstand von dem zu beschichtenden Metallgegenstand (2) aufweisen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der inneren Oberfläche der Temperaturausgleichskammern (14) WärnnestrahlungslnitLel (17), z.B. IR-Strahler, angeordnet sind, die eine zusätzliche Erwärmung der Beschichtungsoberfläche bewirken.
6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Temperaturausgleichskammer (12) mit Einrichtungen (18) zur Durchleitung eines gasförmigen erwärmten Mediums (20) ausgestattet ist.