DE3046264C2

DE3046264C2 - Verfahren zum Ummanteln eines Metallrohres

Info

Publication number: DE3046264C2
Application number: DE19803046264
Authority: DE
Inventors: Gisbert 5010 Bergheim Krause; Werner 6704 Mutterstadt Lindner; Heinz 5020 Frechen-Bachem Spürck
Original assignee: BASF Farben und Fasern AG
Current assignee: BASF Farben und Fasern AG
Priority date: 1980-12-09
Filing date: 1980-12-09
Publication date: 1982-12-09
Also published as: EP0054209A1; DE3046264A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ummanteln von Metallrohren mit thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Polyäthylen, wobei vor dem Aufbringen der Polyäthylen-Schicht auf das erwärmte Rohr als erste Schicht eine flüssige, teilweise vernetzende Kunstharzschicht aufgebracht wird, die zum metallisehen Untergrund haftvermittelnd und korrosionsschützend wirkt, unter dem Aufbau aushärtet und teilweise in eine darüber aufgebrachte zweite Schicht aus z. B. einem Acryl-Äthylen-Copolymerisat eindiffundiert, die als Haftvermittler-Schicht zur abschließenden Polyäthylen-Ummantelung dient.

In der Praxis werden heute üblicherweise Metallrohre für die Verlegung in oder auf dem Erdreich durch Dickschicht-Ummantelung mit thermoplastischen Kunststoffen vor Korrosion geschützt. Meist werden in e>o einem Arbeitsgang in kontinuierlichem Durchlauf zwei Schichten Polyäthylen aufgebracht oder zuerst eine Schicht eines Acryl-Äthylen-Copolymerisates und anschließend eine Polyäthylen-Ummantelung. Die Applikation dieser Materialien erfolgt in der Praxis auf b5 verschiedene Weise, z. B. durch das Pulver-Aufstreuverfahren, durch Schlauchextrusion oder Folienwickelverfahren auf vorgewärmte Rohre, je nach Arbeitsweise bei 150 bis 300°G die nach der Applikation mit Wasser abgekühlt werden.

Mit diesen in der Praxis gebräuchlichen Verfahren läßt sich jedoch kein befriedigender Korrosionsschutz und keine ausreichende Dauerhaftung bei Korrosionsbeanspruchung und bei einer Beschädigung der Ummantelung während des Transportes und der Verlegung erreichen.

Aufgabe der Erfindung war es, unter Vermeidung der obigen Nachteile ein verbessertes Verfahren mit höherem Korrosionsschutz und verbesserter Dauerhaftung bei Korrosionsbeanspruchung zu schaffen, um eine hohe Unempfindlichkeit bei Transport und Verlegung der ummantelten Rohre sowie eine wesentliche Erhöhung ihrer Standzeit und Verwendungssicherheit zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ummanteln von Metallrohren mit thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Polyäthylen, wobei vor dem Aufbringen der Polyäthylen-Schicht auf das erwärmte Rohr als erste Schicht eine flüssige, teilweise vernetzende, zum metallischen Untergrund haftvermittelnd und korrosionsschützend wirkende Kunstharzschicht aufgebracht wird, unter dem Aufbau aushärtet und teilweise in eine darüber aufgebrachte zweite Schicht aus einem Acryl-Äthylen-Copolymerisat eindiffundiert, die als Haftvermittler-Schicht zur abschließendem Polyäthylen-Ummantelung dient, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als erste Schicht ein Überzugsmittel aus der Gruppe der härtbaren hydroxylgruppenhaltigen Polyätherharze oder der härtbaren hydroxylgruppenhaltigen Acrylatharze oder aus einer härtbaren Epoxidharz-Teer-Mischung aufgebracht wird.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das die erste Schicht bildende flüssige Überzugsmittel mit den in der Lackindustrie üblichen Applikationsgeräten im Spritz-, Walz-, Gießoder Streichauftrag aufgebracht werden kann und daß der gesamte Arbeitsgang der Applikation dieser Schicht in das normale Ummantelungsverfahren durch Aufbringen des Überzugsmittels auf vorgewärmte Rohre integriert werden kann.

Die für die erste Schicht verwendeten flüssigen Überzugsmittel enthalten ein härtbares Kunstharz und den dazugehörigen Härter. In der Regel wird der Härter kurz vor der Verarbeitung zugesetzt, und die Verarbeitung erfolgt innerhalb der durch den Härterzusatz eingeleiteten Topfzeit.

Für die hydroxylgruppenhaltigen Polyätherharze werden als geeignete Härter aromatische Isocyanathärter vorgeschlagen, für die hydroxylgruppenhaltigen Acrylatharze aliphatische Isocyanathärter und für die Epoxidharz-Teer-M ischung Polyaminoamide.

Besonders gute Resultate we^rden erhalten und darum bevorzugt geeignet sind solche Überzugsmittel, die

45 bis 50 Gew.-% hydroxylgruppenhaltige Polyäther, einschließlich aromatische Isocyanathärter (Komponente 1),

30 bis 35 Gew.-% Pigmente und/oder Füllstoffe und
15 bis 25 Gew.-°/o organische Lösungsmittel

enthalten, wobei die Summe der Komponenten stets 100% betragen soll.

1st noch ein zusätzlicher Gehalt an Teer vorgesehen, so beträgt in der Komponente 1 der Polyäther- und Härteranteil 40 bis 50 Gew.-°/o und der Teeranteil 50 bis 60 Gew.-%.

Ein anderes vorteilhaftes Überzugsmittel besteht aus 45 bis 55Gew.-% hydroxylgruppenhaltigem Acrylatharz mit zugehörigem aliphatischen! lsocyanathärter in einem organischen Lösungsmittel. Auf 100Gew.-% dieser Lösung können 30 bis 35Gew-% Pigmente und/oder Füllstoffe zugegeben werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform enthält

55 bis 65 Gew.-% einer Mischung aus Epoxidharz, zugehörigem H ärter und Teer, ι ο

25 bis 35 Cew.-% Pigmente und/oder Füllstoffe und weniger als

15 Gew.-% organische Lösungsmittel,

wobei die Summe sämtlicher Komponenten 100% beträgt

Das Verhältnis zwischen Epoxidharz, Härter und Teer ist am vorteilhaftesten, wenn zwischen 50 bis 60Gew.-% Epoxidharz plus Härter und 50 bis 40 Gew.-% Teer variiert wird.

Die Schichtenfolge der MetalJrohr-Ummantelung wird durch die Zeichnung dargestellt. Hierbei stellt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Rohrsegment mit dem bisher in der Praxis angewandten Aufbau dar und

F i g. 2 einen Querschnitt durch das entsprechende Rohr.

F i g. 3 stellt einen Längsschnitt eines Rohrsegmentes mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Aufbau dar und

F i g. 4 einen entsprechenden Querschnitt durch ein derartig ummanteltes Rohr.

In den F i g. 1 und 2 ist mit 1 das Stahlrohr bezeichnet. Mit 2 ist die Acryl-Äthylen-Copolymerisat-Schicht, die hier eine Schichtdicke von 0,3 bis 0,5 mm aufweist, und mit 3 die danach folgende Polyäthylen-Ummantelung mit einer Dicke von 3 bis 4 mm bezeichnet.

Auch in den Fig.3 und 4 ist mit 1 das Stahlrohr gekennzeichnet. Die erste Schicht aus dem gehärteten Überzugsmittel ist mit 4 bezeichnet und hat hier eine Schichtdicke von 0,05 bis 0,1 mm. Darauf angeordnet ist dann wiederum die Acryl-Äthylen-Copolymerisat-Schicht 2 mit 0,3 bis 0,5 mm und die Polyäthylen-Ummantelung 3 mit einer Schichtdicke von 3 bis 4 mm.

Zur Herstellung des gesamten Aufbaus wird in einem Ausführungsbeispiel so verfahren, daß ein Stahlrohr eine Heizeinrichtung durchläuft, in der es bis auf 250⁰C erwärmt wird. Danach erfolgt das Aufbringen des flüssigen Überzugsmittels. Auf die aushärtende Schicht wird dann ein cxtrudiertes Folienband aus Acryl-Äthylen-Copolymerisat aufgewickelt und anschließend wird dann ebenfalls extrudiertes Folienband aus Polyäthylen aufgewickelt.

Das Ganze wird mit einer elastischen Anpreßrolle auf die Rohroberfläche gedruckt und das so uTimantelte Rohr anschließend abgekühlt.

Der in den F i g. 3 und 4 abgebildete Aufbau wurde in einer verschärften Kurzzeitprüfung in Anlehnung an den ASTM-Test G8-72T (kathodischer Disbonding-Test) bei — 1,9VoIt mit dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Aufbau verglichen. Hierbei wurde festge- bo stellt, daß der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Aufbau nach 2 bis 3 Tagen auf 25 bis 30 mm Länge unterwandert war, während der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte und in den Fig. 3 und 4 dargestellte Aufbau erst nach 30 Tagen eine Unterwan- to derung von ca. 10 mm zeigte.

Den Aufbau der Prüflinge für den vergleichenden Test zeigen die F i g. 5 und 6. In F i g. 6 wird eine in einer Polyäthylenplatte 5 eingelegte Stahlplatte 6 gezeigt, die eine erste Schicht aus einem gehärteten Überzugsmittel 7, einer Acryl-Äthylen-Copolymerisat-Schichi 8 und einer Polyäthyienplatte 9 aufweist. Die Beurteilung der Prütplatte zeigt Fig.5, wobei bei der angelegten Spannung von —1,9 Volt die Unterwanderung von der Bohrung, die in dem Beispiel einen Durchmesser von 6 mm hat und mit 10 bezeichnet ist, ausgeht und entlang dem Pfeil 11 in Millimetern gemessen wird.

Die Prüflinge bestehen aus einer Polyäthylenplatte, die 1,0 mm dick ist, einem 0,5 mm dicken gestrahlten Stahlblech, einer 0,05 bis 0,1 mm dicken ersten Schicht aus einem gehärteten Überzugsmittel, einer 0,3 mm dicken Acryl-Äthylen-Copolymerisat-Folie und einer 1,0 mm dicken Polyäthylenplaite. Dieses Paket wird jeweils in einem Rahmen 6 Minuten bei 180⁰C mit einem Druck von 30 bar verpreßt, abgekühlt und nach 24 Stunden Lagerung geprüft Das Prüfbiech wird durch die Polyäthylenplatte allseitig umschlossen, so daß durch das Verpressen ein blasenfreier Aufbau erzielt wird.

Das Vergleichsmuster wird genauso hergestellt, jedoch ohne die erste Schicht aus einem gehärteten Überzugsmittel.

Die Prüfpakete erhalten jeweils in der Plattenmitte eine Bohrung mit einem Durchmesser von 6 mm durch den gesamten Aufbau hindurch bis auf die Stahloberfläche, die Stahlblechplatte selbst wird im Eckbereich mittels einer Schraube und einem Kupferdraht an einem Magnesiumstab angeschlossen. Zur Prüfung wird der Prüfling in eine Salzlösung, die aus je

1 Gew.-% NaCI,

1 Gew.-% Na₂CO₃ und

1 Gew.-% Na₂SO₄

besteht, für die Dauer von 30 Tagen so gegeben, daß die Bohrung durch den Aufbau in der Salzlösung mit Abstand von 10 cm von einem ebenfalls in der Salzlösung befindlichen Magnesiumstab steht. Beide Anschlußstellen und der Kupferdraht sind trocken zu halten und am Element stellt sich eine Spannung von -1,9 Volt ein.

Die vergleichende Prüfung des erfindungsgemäßen Aufbaus gegenüber dem praxisüblichen Aufbau zeigt deutlich den großen Gewinn an Korrosionsfestigkeit und Dauerhaftung bei Beanspruchung. Die bei den Versuchen gemessene Unterwanderung in Millimetern vom Bohrungsrand ausgehend dient als Maß für die fortschreitende Korrosion. Das Ergebnis der Prüfung des verschärften Korrosionstestes nach ASTM G8-72T ist in Fig.7 grafisch dargestellt. Als Ordinate sind die Millimeter Unterwanderung aufgetragen und als Abszisse die Tage Prüfzeit.

Die mit 8 bezeichnete Kurve zeigt die erhaltenen Vergleichswerte, ohne erfindungsgemäß aufgebrachte erste Schicht, und die mit 9 bezeichnete Kurve zeigt die Werte, die erhalten wurden mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ummantelung und unter Verwendung einer ersten Schicht aus einem flüssigen härtbaren Überzug. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Verbesserung wiikt sich in der Praxis durch hohe Unempfindlichkeit bei Transport und Verlegung der Rohre im Erdreich aus und führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Standzeit sowie der Verwendungssicherheit.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ummanteln von Metallrohren mit thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Polyäthylen, wobei vor dem Aufbringen der Polyäthylenschicht auf das erwärmte Rohr eine flüssige, teilweise vernetzende, zum metallischen Untergrund haftvermittelnde und korrosionsschützende Kunstharzschicht aufgebracht wird, unter dem Aufbau aushärtet und teilweise in eine darüber aufgebrachte zweite Schicht aus einem Acryl-Äthylen-Copolymerisat eindiffundiert, die als Haftvermittler-Schicht zur abschließenden Polyäthylen-Ummantelungdient, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Schicht ein Überzugsmittel aus der Gruppe der härtbaren hydroxylgmppenhaltigen Polyätherharze oder der härbaren hydroxylgruppenhaltigen Acrylatharze oder aus einer härtbaren Epoxidharz-Teer-Mischung aufgebracht wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oberzugsmittel solche aus der Gruppe der härtbaren hydroxylgruppenhaltigen Polyätherharze verwendet werden, die einen aromatischen Isocyanathärter enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzugsmittel mit einem Zusatz an Teer verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Überzugsmittel solche aus der Gruppe der härtbaren hydroxylgruppenhaltigen Acrylatharze verwendet werden, die einen aliphatischen Isocyanathärter enthalten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzugsmittel mit einem Zusatz an Teer verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Überzugsmittel solche aus einer Mischung aus einem Epoxidharz und Teer verwendet werden, die einen Polyaminoamid-Härter enthalten.