DE3122005C2

DE3122005C2 - Verfahren zum Auskleiden von Innenwänden eines metallischen Hohlkörpers mit Polytetrafluoräthylen

Info

Publication number: DE3122005C2
Application number: DE3122005A
Authority: DE
Inventors: Claude Francheville Tournut
Original assignee: PCUK-PRODUITS CHIMIQUES UGINE KUHLMANN COURBEVOIE HAUTS-DE-SEINE FR
Current assignee: PCUK-PRODUITS CHIMIQUES UGINE KUHLMANN COURBEVOIE HAUTS-DE-SEINE FR
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1981-06-03
Publication date: 1985-01-10
Also published as: FR2483840A1; FR2483840B1; GB2077179B; JPS5718213A; IT1144566B; BR8103582A; DE3122005A1; BE889087A; CA1173310A; IT8167700A0; NL8102746A; GB2077179A; US4368217A; CH642900A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Haftauskleidung der Innenwände eines metallischen Hohlkörpers mit Polytetra fluor äthylen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man in einer ersten Phase den zwischen den Innenwänden des metallischen Hohlkörpers und den äußeren Wänden einer geschmeidigen Membran, die im wesentlichen der Form der inneren Wände angepaßt ist, gebildeten Raum mit Polytetrafluoräthylen zum Auskleiden des metallischen Hohlkörpers ausfüllt, anschließend das Polytetrafluoräthylen durch Deformation der Membran unter isostatischem Druck komprimiert und, in einer zweiten Phase, nachdem man die Membran zurückgezogen und die inneren Hohlräume des metallischen Hohlkörpers mit einem Feststoff, der ausfließbar, im wesentlichen inkompressibel und bei 400 ° C thermisch stabil ist, gefüllt hat, beide solange auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polytetrafluoräthylens bringt, bis letzteres seine Kristallinität verliert. Das Verfahren ist besonderes interessant zur Herstellung von Rohrkörpern, Schieberelementen und Behältern zur Aufnahme von korrosiven Flüssigkeiten, gegebenenfalls unter Vakuum.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verf; \ren zum Auskleiden von Innenwänden eines metallischen Hohlkörpers mit Polytetrafluoräthylen, bei dem man den zwischen den Innenwänden des metallischen Hohlkörpers und den äußeren Wänden einer geschmeidigen Membran, die im wesentlichen der Form der inneren Wände angepaßt ist, gebildeten Raum mit Polytetrafluoräthylen zum Auskleiden des metallischen Hohlkörpers ausfüllt, anschließend das Polytetrafluoräthylen durch Einwirken von isostatischem Druck auf die Membran komprimiert, nach Aufheben des Druckes die Membran entfernt und den Hohlkörper mit dem eingepreßten Polytetrafluorethylen Sinterbedingungen für das Polytetrafluoräthylen unterwirft.

Polytetrafluoräthylen (PTFE) ist für seine Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Reagenzien, selbst bei höheren Temperaturen, bekannt, die es als Auskleidungsschutz von Metallmaterialien, wie Rohrkörpern, Schieberelementen, Behältern u. a. in Kontakt mit korrosiven Produkten befindlichen Elementen geeignet macht. Bei diesen Anwendungen gewährleistet das PTFE, das in relativ geringer Dicke verwendet wird, die chemische Widerstandsfähigkeit so lange, wie die mechanische Resistenz durch das metallische Material gegeben ist.

Ausgehend von wäßrigen Dispersionen des PTFE oder Organosölen ist es möglieh, Auskleidungen auf In· nenwänden eines metallischen Hohlkörpers durch Zerstäuben zu erzielen. An die Zerstäubung schließt sich gewöhnlich eine Trocknung und Brennen an. Mit einem derartigen Verfahren können nur mehr oder weniger poröse Auskleidungen geringer Dicke hergestellt werden, die keinen wirksamen und dauerhaften Schutz des metallischen Trägermaterials gegenüber Korrosion der verschiedensten chemischen Reagenzien gewährleisten.

Zwecks eines besseren Schutzes werden auch Polytetrafluoräthylen-Schläuche verwendet, die man zuvor nach an sich bekannten Verfahren, hergestellt hat. Die Schläuche werden, wie in der FR-PS 11 98 620 beschrieben, mit einer bestimmten Einschnürung in den metallischen Hohlkörper eingebracht, der so gegen Korrosion geschützt ist. Diese Technik hat den sehr großen Nachteil einer sehr schlechten Haftung der PTFE-Auskleidung unter Vakuum oder selbst bei leichten Unterdruck,

ίο da sie nicht an den Metallwänden anhaftet.

Durch die DE-OS 23 54 731 sind auch rohrartige Gegenstände auf Basis von Polytetrafluoräthylen mit einer Metalleinlage aus Streckmetall, die auf der Rohrinnenseite vollständig mit Polytetrafluoräthylen bedeckt ist, bekannt Die Herstellung dieser Gegenstände erfolgt durch kaltes Komprimieren von Polytetrafluoräthylenpulver in einer Preßform mittels isostatischem Druck und anschließendes Sintern ohne Druckanwendung. Damit das Streckmetall bei Temperaturänderungen ohne die Gefahr von Deformationen und Rissen dem wesentlich höheren Ausdehnungskoeffizienten des Poiytetrafluoräthylens folgen kann, ist das Streckmetall mit seiner Streckrichtung senkrecht zur Rohrachse angeordnet und hinsichtlich Maschengröße sowie Stegabmessungen in geeigneter Weise bemessen. Der Verbund zwischen Polytetrafluoräthylen und Steckmetall besteht hier nicht in Form einer Haftverbindung, sondern vielmehr in Form einer mechanischen Verankerung des Streckmetalls in dem während der Herstellung in dessen Maschen eingedrungenen und durch diese hindurch bis auf deren Außenseite hindurchgedrungenen Polytetrafluoräthylen.

Um eine im wesentlichen mechanische Verankerung einer Innenauskleidung aus Polytetrafluoräthylen in einem metallischen rohrförmigen Element handelt es sich auch bei dem Verfahren der eingangs genannten Art nach der GB-PS 13 92 716. Um der Gefahr des Ablösens der Polytetrafluoräthylen-Innenauskleidung vom rohrförmigen Element während des au;-den Verdrängungs-Vorgang etwa mittels isostatischem Druck folgenden Sintervorgangs entgegenzuwirken, ist bei dieser Patentschrift vorgesehen, die Innenauskleidung des rohrförmigen Elementes, beispielsweise eines T-Stückes, dessen Enden flanschförmig übergreifend auszubilden und den Sintervorgang bei eingeklemmten Flanschen durchzuführen. Die dadurch erzielte mechanische Verankerung soll noch dadurch unterstützt werden, daß die der PoIytetrafluoräthylen-Auskleidung zugekehrte Wand bzw. Fläche des rohrförmigen Elementes mit Aufrauhungen

so oder dergleichen versehen wird, in welche das Polytetrafluoräthylen-Pulver während des Verdrängungsvorgangs hineingepreßt wird. Da das Polytetrafluoräthylen sich in dem Moment, in dem es schmilzt, sehr viel stärker ausdehnt, als das Metall des rohrförmigen Elementes, löst es sich von den Metallflächen ab und haftet nach dem Abkühlen nicht mehr am Metall.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Haftung der Po!ytetrafluoräthylenauskleidung an den Innenwänden des metallischen Hohlkörpers verbessert wird.

Bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man vor dem Sintern den verbleibenden inneren Hohlraum des metallischen Hohlkörpers mit fließfähigem Stoff in Pulver- oder Kugelform, der im wesentlichen inkompressibel und bis 400⁰C thermisch stabil ist, füllt, den Hohlkörper verschließt und zum Sin-

tern so lange auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polytetrafluoräthylens bringt, bis letzteres seine Kristalünität verliert

Durch diese Maßnahme kann sich das Polytetrafluoräthylen beim Sintern in dem Moment, wo der Schmelzpunkt überschritten wird, nicht ausdehnen, sondern hat im Gegenteil die Tendenz, an den rauhen Wänden des Metallkörpers anzuhaften. Aus diesem Grunde erhält man schließlich nach dem Abkühlen und Entfernung des flüssigen Stoffes eine Auskleidung an PTFE, die eine gute Haftung an den Wänden des Metallkörpers aufweist

Man versteht unter einem Feststoff, der fließbar ist, ein Material, das eine Gießfähigkeit besitzt damit alle Hohlteile des mit PTFE auszukleidenden Hohlkörpers mühelos ausgefüllt werden können. Diese Festkörperstoffe stehen im allgemeinen in Pulver- oder Kugelform zur Verfugung. Unter diesen Substanzen können beispielhaft die Metallpulver und -kugeln, Glaskugeln, die Oxide und Mineralsalze genannt werden. Einige Mineraisalze, wie Natriumchlorid, sind wegen ihrer Löslichkeit in Wasser interessant wodurch es ermcglicht wird, durch Waschen die letzten Feststoffspuren, die auf der PTFE-Auskleidung des fertigen Teils verblieben sind, zu eliminieren.

Dieser Feststoff muß mindestens bis 400° C thermisch stabil sein, um seine Zersetzung unterhalb der Sintertemperatur des PTFE oder ein Schmelzen, das nach dem Abkühlen die Bildung eines Feststoffblockes, der schwierig zu entfernen ist, zu verhindern.

Darüber hinaus muß dieser Feststoff praktisch inkompressibei sein, da andernfalls die Ausdehnung des PTFE nicht verhindert und das Ziel der Erfindung so nicht erreicht werden kann. Um die Kompressibilität des Feststoffes am Maximum zu begrenzen, wird empfohlen, es sorgfältig in dem mit PTFE ausgekleideten metallischen Hohlkörper zusammenzupressen.

Die nachfolgenden Beispiele beschreiben das erfindungsgemäße Verfahren.

Beispiel 1

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Dieses Beispiel, das in der Zeichnung schematisiert dargestellt ist, betrifft die innere Auskleidung einer Stahlmanschette mit einem inneren Durchmesser von 66 mm und einer Länge von 300 mt.i, die an beiden Enden mit geschweißten Flanschen ausgerüstet ist.

Nach dem Sandstrahlen der auszukleidenden Teile des Rohres erhält man einen Raum zwischen dem Stahlrohr 1 und einer Membran aus Kautschuk 2, die durch einen Dorn 3 aus Polyvinylchlorid von 50 mm Durchmesser getragen wird. Die Kautschukmembran ist derart angeordnet, daß es möglich ist, Kragen 4 auf den Metallflanschen 5 zu formen.

Der so gebildete Raum stellt eine Form dar, die man durch den Rohransatz 6 mit Pulver zum Formen des Polytetrafluoräthylens unter leichtem Pressen mit einem Hammerwerkzeug füllt. Wenn die Füllung beendet ist. dient der Rohransatz 6 dazu, das Pulver in ein Vakuum zu bringen, um die mit dem PTFE eingeschlossene Luftporen zu entfernen. Nachdem der Rohransatz 6 geschlossen ist, f\immt man den Dorn 3 weg und ordnet beide in einem mit Wasser gefüllten Behälter an. Der Druck wird dann nach und nach innerhalb von 10 min auf 25 MPa gesteigert und vor dem Entspannen 2 min lang bei diesel Druck gehalten.

Nachdem n¹an das Bei ,älterteil entfernt und die Membran zurückgezogen hai, schließt man ein Ende des Rohres mit einem Metallflansch. Das Rohr wird mit Glaskugeln mit einem Durchmesser von 0,5 mm gefüllt und anschließend am anderen Ende mit einem Metallflansch geschlossen. Es wird dann zum Sintern in einem ventilierten Heizschrank, dessen Temperatur in 5 h von 20 auf 375°C gebracht wird, angeordnet anschließend 4 h bei dieser Temperatur gehalten und dann in 5 h auf 20⁰C abgekühlt

Mit den Metallflanschen und den Glaskugeln erhält man ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 59 mm. Es kann eine dünne Schicht von imprägnierten Glaskugeln im PTFE verbleiben. In diesem Fall können sie durch einen leichten Waschvorgang entfernt werden.

Man kann optisch feststellen, daß die Metalloberfläche vollkommen beschichtet ist Das Teil wird 15 h lang bei einer Temperatur von 180⁰C getempert und anschließend in kaltem Wasser abgeschreckt Es wird überhaupt kein Ablösen der PTFE-Verkleidung beobachtet

Das Rohr wird anschließend dieb', abgeschlossen und unter Vakuum auf eine Temperatur von 150⁰C gebracht Die Auskleidung bleibt haften, selbst nach drei Wärmungs-, Kühlungszyklen unter Vakuum.

Beispiel 2 (Vergleich)

In vergleichbarer Weise wiederholt man Beispiel 1, jedoch entfernt man vor dem Sintern die gesamte Füi-Iung an Feststoff in dem PTFE-beschichteten Rohr.

Das Aussehen des erhaltenen Endproduktes ist dem gemäß Beispiel 1 ähnlich, jedoch beträgt der Innendurchmesser 52,5 mm. Wenn man einen Kragen öffnet, stellt man Fest, daß ein etwa 3 mm großer Zwischenraum zwischen dem PTFE und dem Stahl besteht. Wenn man das Rohr auf 150⁰C unter Vakuum erwärmt, zersetzt sich die PTFE-Auskleidung sofort

Beispiel 3

Man wendet dieselben Bedingungen nach Beispiel 1 be einer gleichen Stahlmanschette, auf ein T-Stück mit einem Innendurchmesser von 66 mm, das drei gleiche Arme von je 150 mm Länge umfaßt und auf einen 90°-Winkel mit 66 mm Innendurchmesser und 350 mm Bogenlänge an, wobei zum Sintern die Glaskugeln durch Natriumchlorid in Form des feinen Haushaltssalzes ersetzt wird.

Nach dem Sintern geht das Salz leicht aus dem Rohr heraus, die letzten Spuren werden durch Waschen mit heißem Wasser entfernt

Die Haftung der Auskleidung ist hervorragend und auch noch nach einer langen Verwendung unter Vakuum h"i 150°C gegeben. Die Haftung des PTFE auf der Metallwand kann nur mit Hammer und Meißel unter Zerstörung der P^FE-Beschichtung angegriffen werden.

Beispiel 4

Dieses Baispiel zeigt eine Variante zu Beispiel 3, und nennt Mittel, die Menge der zur Verwendung bni Hohlkörpern mit großem Volumen erforderlichen Feststoffe zu reduzieren.

In eiwem Stahlrohr mit 132 mm Innendurchmesser und 500 mm Länge e/zielt man durch isostatische Formung nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren eine PTFE-Auskleidung von 6 mm Dicke.

Nach der Formgebung setzt man in das Innere ein

Stahlrohr mit 90 mm Außendurchmesser. Der ringförmige Spalt von 15 mm zwischen dem Rohr und dem PTFE wird mit Natriumchlorid ausgefüllt, anschließend durch Metaiiflansche verschlossen und in einem ventilierten Ofen angeordnet, dessen Temperatur über 5 h auf 375°C gesteigert, anschließend 4 h bei dieser Temperatur gehalten und danach in 5 h auf Umgebungstemperatur wieder abgekühlt wird.

Nach der Entfernung des Salzes beträgt der endgültige Innendurchmesser 120 mm.

Das beschichtete Rohr widersteht danach folgender Temperaturbelastung: 2 h bei 150⁰C, mit je 2 h Aufheiz- und 2 h Abkühlzeit. Nach 360 h, d. h. 60 Zyklen, kann kein Ablösen der Auskleidung festgestellt werden.

Ein Einsatz unter Vakuum bei 150"C bewirkt eben- is falls kein Lösen der Auskleidung.

Hierzu i Biai'c Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auskleiden von Innenwänden eines metallischen Hohlkörpers mit Polytetrafluorethylen, bei dem man den zwischen den Innenwänden des metallischen Hohlkörpers und den äußeren Wänden einer geschmeidigen Membran, die im wesentlichen der Form der inneren Wände angepaßt ist, gebildeten Raum mit Polytetrafluoräthylen zum Auskleiden des metallischen Hohlkörpers ausfüllt, anschließend das Polytetrafluoräthylen durch Einwirken von isostatischem Druck auf die Membran komprimiert, nach Aufheben des Drucks die Membran entfernt und den Hohlkörper mit dem eingepreßten PTFE Smterbedingungen für das Polytetrafluoräthylen unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Sintern den verbleibenden beeren Hohlraum des metallischen Hohlkörpers «Ji fließfähigem Feststoff in Pulver- oder Kugelform, der im wesentlichen inkompressibel und bis 400° C thermisch stabil ist, füllt, den Hohlkörper verschließt und zum Sintern so lange auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polytetrafluoräthylens bringt, bis letzteres seine Kristallinität verliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff ein in Wasser lösliches Mineralsalz ist