NL7904170A

NL7904170A - Werkwijze voor het vormen van hechtende verbindingen, materiaal ten gebruike daarbij en uitrusting voor het maken van hechtende verbindingen.

Info

Publication number: NL7904170A
Application number: NL7904170A
Authority: NL
Original assignee: Secretary Energy Brit
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1980-12-02
Also published as: FR2457758A1; SE7904265L; FR2457758B1; CA1129724A; DE2921376C2; SE431098B; DE2921376A1

Description

“ *►

Secretary of State for Energy in Her Britannic Majesty’s Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Londen,

Groot Brittannië

Werkwijze voor het vormen van hechtende verbindingen, materiaal ten gebruike daarbij en uitrusting voor het maken van hechtende verbindingen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het maken van hechtende verbindingen, in het bijzonder, maar niet uitsluitend, bij installaties of apparaten die blootstaan aan een inwendige of uitwendige druk, waaronder bijvoorbeeld ook het maken 5 van hechtende verbindingen in installaties of delen van installaties of apparaten die zich onder water bevinden.

Een van de problemen waarvoor men zich geplaatst ziet bij het herstel van beschadigde installaties of apparaten is dat het gebruikte hechtmiddel door de kracht van de druk wordt weggedrukt voordat 10 het een bevredigende verbinding kan geven. Hechtmiddelen op basis van thermohardende harsen kunnen worden gemengd met een deeltjesvormige of vezelige vulstof voordat ze worden gebruikt, om zo de viskositeit van het hechtmiddel en dus hun neiging om weggedrukt te worden, te verminderen. Het vermengen met een dergelijke vulstof maakt echter 15 dat het hechtmiddel moeilijker goed dooreen kan worden gemengd en brengt het in een toestand waarin het minder goed in staat is om een goede verbinding met de installatie of apparaten te vormen. Herstellingen aan bepaalde typen van installaties of apparaten bijvoorbeeld aan buisleidingen kan men maken met behulp van een met hechtmiddel geimpreg-20 neerde band, maar deze techniek kan niet algemeen worden toegepast.

De uitvinding voorziet nu in een werkwijze voor het maken van een hechtende verbinding waarbij het hechtmiddel op een nieuwe wijze in een onbewegelijke toestand wordt gebracht welke werkwijze het gebruik mogelijk maakt van een gemakkelijk tot een gebruikte toestand 25 te vermengen en gemakkelijk bevochtigend hechtmiddel en welke werkwijze in het bijzonder geschikt is voor het herstellen van installaties of apparaten die inwendig of uitwendig onder druk staan.

790 4 1 70 K ' 2

Volgens de uitvinding wordt een dragermateriaal uit een meegevend synthetisch schuim met een open celstruktuur geïmpregneerd met een thermohardend harsachtig hechtmiddel en wordt het geïmpregneerde dragermateriaal op een zodanige wijze op het substraat gebracht dat het 5 dragermateriaal wordt gecomprimeerd en zodoende het hechtmiddel in de tussenruimten van de open celstruktuur onbewegelijk wordt. Daar het dragermateriaal met de open celstruktuur wordt gecomprimeerd worden de afmetingen van de doorgaande tussenruimten verminderd en wordt zo ook de bewegelijkheid van het in die tussenruimte aanwezige hechtmiddel 10 verminderd. Door de viskositeit van het hechtmiddel en de hardingssnel-heid van het hechtmiddel op een geschikte wijze aan te passen aan de porositeit van de drager kan een geharde verbinding worden verkregen zonder dat in wezenlijke mate verdringen van het hechtmiddel onder de uitgeoefende druk optreedt.

15 Hechtende verbindingen die worden gevormd onder toepassing van het geïmpregneerde schuimvormige dragermateriaal kunnen worden gebruikt voor het stoppen van gaatjes in substraten, waartoe men het geïmpregneerde dragermateriaal op het substraat aanbrengt rondom het gaatje en het geïmpregneerde dragermateriaal onder uitoefenen van 20 kracht in het gaatje drukt.

Hechtende verbindingen die werden verkregen door gebruik van het geïmpregneerde schuimvormige dragermateriaal kunnen voorts op worden gebruikt voor het bevestigen van een over het substraat liggende laag, bijvoorbeeld een stuk doek of een constructie-element, 25 aan het substraat te bevestigen; men brengt hierbij het met het harsachtige mengsel geïmpregneerde schuimvormige dragermateriaal aan op hetzij het substraat of op de over het substraat aan te brengen laag en drukt beide op elkaar zodat het dragermateriaal dat zich ertussen bevindt wordt gecomprimeerd. Deze werkwijze is bruikbaar voor het 30 ter plaatse repareren van beschadigde scheepsrompen, zich onder water bevindende constructies of drukvaten, omdat het comprimeren van het met het harsachtige mengsel geïmpregneerde schuim door de hydrostatische of inwendige druk zorgt dat het harsachtige mengsel in het schuim wordt vastgehouden, terwijldit comprimeren ook helpt om de neiging tot weg-35 drukfen van het hechtmiddel onder invloed van diezelfde druk te verminderen.

7904170 ï i 3

De verkwij ze volgens de uitvinding biedt echter ruimere toepassingsmogelijkheden, vanvege het gemak waarmee grote hoeveelheden harsachtig mengsel kunnen worden gehanteerd voor het vormen van verbindingen over grote oppervlakken en/öf in het geval dat dikke harslagen nodig zijn.

5 Een verder voordeel is dat onder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding verbindingen tot stand kunnen worden gebracht waarbij betrekkelijk weinig lucht wordt ingesloten, welk verschijnsel van insluiten van lucht, in het bijzonder als dit aan het grensvlak van de hars geschiedt, de sterkte van de verbinding aanzienlijk kan verminderen.

10 De uitvinding vindt zijn belangrijkste toepassing bij het maken van verbindingen onder water aan scheepsrompen, buisleidingen, boorplatforms enz. Voor deze toepassingen wordt het dragermateriaal met open cellen geïmpregneerd met een hechtmiddel dat in staat is de watermassa van het substraat waarop een verbinding moet worden gemaakt 15 weg te drukken of het water ter plaatse te absorberen of op een andere wijze te elimineren, terwijl het hechtmiddel vervolgens toch in staat is te harden onder vorming van een sterke verbinding met het substraat.

Bij voorkeur bestaat het hechtmiddel uit twee te mengen delen, waarvan het eerste deel een diglycidylether van bisfenol A bevat en waarvan het 20 tweede deel een hardingsmiddel bevat op basis van hetzij een cyclo-alifatisch polyamine of van een U.k'-diaminodifenylmethaan (DDM).

Gevonden werd dat deze hechtmiddelen gemakkelijk een oppervlak waarop ze fysisch worden aangebracht bevochtigen ook al is er water aanwezig, maar men kan een niet-ionogeen oppervlakte aktief middel in het hecht-25 middel opnemen om het zodanig te modificeren dat het preferentieel het substraat bevochtigt. Een silaan met funktionele epoxydegroepen kan ook worden opgenomen om de verbinding tussen het hechtmiddel en het oppervlak van het substraat chemisch te stabiliseren.

Bij voorkeur bestaat het dragermateriaal met open cellen 30 uit een verknoopt polyurethaanschuim op polyesterbasis met een porositeit tussen 12 en 18 poriën per cm. Dergelijke materialen zijn gemakkelijk verkrijgbare in een grote verscheidenheid van porositeiten en bezitten de noodzakelijke meegaandheid (verdraagzaamheid) en inertheid ten opzichte van de hechtmiddelsamenstelling.

35 Hoewel het substraat bij voorkeur moet worden gereinigd 7904170 Λ. -«

U

en voorbereid voordat de verbinding wordt genaakt, om een maximale sterkte van de verbinding te bereiken, kan de werkwgze volgens de uitvinding ook aan schuimbare verbindingen opleveren met ongelijk» matigeof beklede of met een korst tedekte oppervlakken. Voorts is het 5 mogelijk om betrekkelijk dikke lagen heehtmiddelen in eenmaal op te brengen, dankzij de steun die het dragermateriaal verleent.

Volgens de uitvinding wordt ook voorzien in een reparatie-uitrusting waarmee de werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd, welke uitrusting omvat een thermohardend harsachtig hechtmiddel 10 en een bijpassend, ermee verenigbaar synthetisch schuim met open cellen als dragermateriaal. Bij voorkeur bestaat het hechtmiddel uit twee delen die net voor het gebruik dienen te worden gemengd, waar^j het eerste deel een diglycidylether van bisfenol A omvat en het tweede deel een hardingsmiddel op basis van een cycloalifatisch polyamine als van 15 4,1+'-diaminodifenylmethaan omvat. Bij voorkeur bestaat het drager materiaal met open cellen uit een verknoopt polyurethaanschuim op polyesterbasis met een porositeit tussen 12 en 18 poriën per cm.

De reparatie-uitrusting kan bestaan uit een enkel pak omvattende een kunststofzak met afzonderlijke compartimenten voor elk 20 van de onderdelen van de reparatie-uitrusting, waarbij voor het gebruik de scheiding tussen de hechtmiddel-compartimenten kan worden verbroken of opengescheurd om de componenten te kunnen mengen. De werkwijze volgens de uitvinding voor het vormen van hechtende verbindingen en de reparatie-uitrusting kunnen worden toegepast op een grote verscheidenheid van 25 substraten, waaronder met glasvezels versterkte kunststoffen, staal en beton. Het kan nodig zijn voor bepaalde toepassingen de formulering (receptuur) voor het hechtmiddel te formuleren.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt nu toegelicbt aan de hand van de figuren en de hierna volgende voorbeelden.

30 Fig. 1A, 1B en 1C illustreren het repareren van een substraat van met glasvezels versterkte kunststof, waarbij een spleet in het substraat wordt opgevuld.

Pig. 2 illustreert het repareren van een substraat waarbij over de beschadiging een stuk doek wordt aangebracht.

35 Fig. 3 illustreert het repareren van de las waarmee een 7904170 ϊ- Λ 5 flens aan een pijp is bevestigd.

In fig. 1A is een plaat 1 van met glasvezels versterkte kunststof weergegeven waarin een langwerpige scheur 2 is opgetreden.

Zo'n scheur 2 is karakteristiek voor het type beschadigingen dat men kan verwachten bij vaartuigen waarvan de romp uit met glasvezels versterkte kunststof bestaat. Om een zo getrouw mogelijk met de werkelijkheid overeenkomende omgeving te scheppen, werd de beschadigde plaat 1 gebruikt als één van de zijwanden van een blikken doos die bestemd was om in water te worden gedompeld. Een ontluchtingsleiding van rubber die naar de atmosfeer voerde werd aan de doos bevestigd en de doos werd in een bak met water gebracht.

De reparatie werd onder water uitgevoerd alleen met de handen waarvoor gebruik werd gemaakt van een uit twee delen bestaand harssysteem, type I, formulering UW^3, waarvan de samenstelling hierna wordt vermeld.

Type I harsformulering ÜW^3 bestanddeel funktie of omschrijving gew.

__________________dln

Deel A Shell Epikote 828 harsachtige diglycidylether van 100 bisfenol A (epoxyde equivalent Ca 185)

Union Carbide A187 silaan met funktionele epoxyde- 2,0 groepen

Ciba-Geigy White kleurpasta 0,5

Aerosil 200 vulstof - voor het verlenen van 8,0 thixotropë eigenschappen aan het hechtmiddel en/of voor het instellen van de mengverhouding

Deel B Ancamine MCA hardingsmiddel op basis van 55 cyeloalifatische polyamine

Epophen ED-1-Z een polysulfide weekmaker/ 50 hardingsmiddel

Ciba-Geigy Black kleurpasta 0,2

Aerosil 200 vulstof - voor het verlenen van 13 thixotropë eigenschappen aan het hechtmiddel en/of voor het instellen van de mengverhouding 7904170 fc ‘ 6

Gelijke gewichtshoeveelheden van beide delen van de harsformulering UW^3 werden grondig gemengd. Een stuk buigzaam polyurethaanschuim met open cellen van lage dichtheid en van geschikte afmetingen werd vervolgens volledig geïmpregneerd met het vers bereide 5 harsmengsel en werd onder water over de scheur 2 heen aangebracht, door welke scheur tevoren water vloeide. Het geïmpregneerde kussen van schuimkunststof werd daarna met de hand in de scheur gewerkt zodat de scheur 2 er volledig mee werd gevuld. Nadat het stuk schuimkunststof volledig op zijn plaats was gebracht zag de plaat 1 aan de 10 buiten en aan de binnenzijde uit zoals weergegeven in fig. 1B resp. 1C. Men kan zien dat het stuk schuimkunststof 3 het buitenoppervlak van de plaat 1 ter plaatse van de scheur volledig afdekt en in feite voor het grootste deel in de scheur 2 is gedrukt zodat öfe schuimkunststof er aan de andere zijde van de plaat uitkomt. De blikken doos met de 15 wand uit de met glasvezels versterkte harsplaat waarin de hars van het heehtmiddel nog niet was uitgehard, werd op de bodem van een 3 m diepe bak met water gebracht zodat de doos werd blootgesteld aan de hoogste hydrostatische druk die de gangbare scheepsrompen uit met glasvezels versterkte kunststof ondervinden. Toen de doos nadat deze 2h uur 20 op die diepte in water was geweest weer omhoog werd gehaald bleek de doos aan de binnenzijde praktisch geen water te bevatten, wat er op wijst dat de reparatie met succes was bekroond.

Om de sterkte van de verbinding tussen met glasvezels versterkte kunststof en harsachtig heehtmiddel vast te stellen, werden 25 stukken schuimkunststof daarin geïmpregneerd met een heehtmiddel volgens de hiervoor beschreven formulering, gebruikt voor het overlappend verbinden van met water verzadigde platen uit met glasvezels versterkte kunststof. Daarna uitgevoerde proeven en pp deze wijze onder water verbonden platen leerden dat de treksterkte van de verbinding zeker -2 ..

30 7,0 MNm bedroeg en dat bij cbze trekproef de eerste scheuren optraden in de met glasvezel versterkte kunststof. Aan hechtmiddelen op basis van epoxyharsen wordt de voorkeur gegeven voor toepassingen waarbij onder vater verbindingen moeten worden gemaakt, vanwege het gemak waarmee dergelijke hechtmiddelen bij lage temperatuur kunnen uitharden, 35 vanwege hun goede hechting en vanwege hun algemeen gemakkelijke verwerk- 7904170 * 4 7 'baarheid. Een ander hechtmiddel op basis van epoxyhars voor het gebruik onder water wordt aangeduid met type 1, formulering UW31. Deze formulering komt overeen met de formulering UWU3, behalve dat in deel A de aerosol 200 als vulstof is vervangen door U,0 gew.delen Sylodex 2b 5 en omdat er 2,0 gew.delen Colorol Aquasorb in zijn opgenomen als niet ionogeen oppervlakte aktief middel en doordat in deel B de Aerosol 200 als vulstof is vervangen door 5»0 gew.delen Sylodex 2b.

Een ander hechtmiddelsysteem dat geschikt is voor gebruik onder water is het systeem type IX, formulering UW27 waarvan de 10 samenstelling in de volgende tabel is gegeven.

Type II hechtmiddelformulering ÜW27 bestanddeel funktie of omschrijving gew.

dln deel A Araldite GY250 harsachtige diglycidylether van 100

15 bisfenol A

Union Carbide A187 silaan met funktionele epoxy- 15 groepen

Barytes ) vulstoffen - voor het verlenen 75 ) van thixotrope eigenschappen 20 ) en/of voor het instellen van de

Sylodex 2b) mengverhouding 3,0 deel B Araldite HY850 hardingsmiddel - vloeibaar te 6b naken vorm van diaminedifenyl-methaan 25 Orgol tar weekmaker/middel voor het in- ^0 stellen van de flexibiliteit

Barytes ) vulstoffen - voor het verlenen 86 ) van thixotrope eigenschappen ) en/of voor het instellen van de 30 Sylodex 2b) mengverhouding 2,0

De formulering UW^3 weefde, bij gebruik met een schuim-kunststof met open cellen onder water bevredigende verbindingen op met met glasvezels versterkte kunststof, zoals hiervoor werd beschreven.

Hoewel het in het algemeen tegenwoordig niet de bedoeling is dat een 35 dergelijke werkwijze gebruikt wordt voor het maken van permanente reparaties, is het op deze wijze wel gelukt verbindingen te maken die zonder spoor van achteruitgang onderdompeling in water gedurende een jaar bij kamertemperatuur doorstonden.

790 4 1 70 8 V *

Pig. 2 geeft een andere reparatie veer. Een nieuwe, iets geoliede plaat 10 van zacht staal waarin zich een spleet 11 bevond, werd gebruikt als één van de zijwanden van een watertank waarin water onder druk werd gebracht. De plaat werd daartoe in een dergelijke 5 tank opgenomen. De tank werd gevuld met water onder een druk van _2 131 KNm , waardoor een aanzienlijke hoeveelheid water door de spleet 11 vegspoot. Een kussen 12 van een buigzaam polyurethaanschuim met open cellen, afmetingen 250 mm x 160 mm x 25 mm werd geïmpregneerd met een vers bereid mengsel van het harsachtige hechtmiddel type I formulering 10 UW^3. Op de achterzijde van het geïmpregneerde kussen werd een zacht stalen plaat 13 met hetzelfde oppervlak als het kussen 12 geplaatst en beide tezamen werden over de spleet 11 aangebracht. Het geïmpregneerde schuimkunststofkussen 12 werd daarna tussen de plaat 13 en de beschadigde plaat 10 gecomprimeerd tot een dikte van circa 3 mm met 15 behulp van lijmklemmen (niet weergegeven) en een houten balkje 1¼.

Toen het lekken ophield, werd de druk op het balkje 1H opgeheven en -2 werd de inwendige druk op de spleet 11 vergroot tot 200 KNm waarbij geen spoor van lekkage door de reparatie optrad, hoewel de afdekplaat 13 onder de uitgeoefende druk wel doorboog.

20 Bij de in fig. 3 weergegeven reparatie werd een stalen buis 20 met een inwendige diameter van 50 mm met een daar opgeloste flens 21 genomen en werd door de las 22 een gaatje geboord met een diameter van 1 mm. De buis 20 werd gevuld met water voordat de beschadiging op de volgende wijze werd gerepareerd. Een buigzaam kussen 23 25 van polyurethaanschuim met open cellen met afmetingen 75 mm x 25 mm x 25 mm werd geïmpregneerd met een kleine hoeveelheid vers aangemaakt harsmengsel met de formulering UWU3. Het geïmpregneerde kussen werd op de las 22 om de buis gewikkeld en daar aangedrukt door middel van een ringvormig stuk gereedschap 2h dat op zijn plaats werd gehouden 30 door een lijmklem (niet weergegeven).

Na verwijderen van het gereedschap 2k werd de inwendige o druk verhoogd tot 267 KNm” waarbij geen spoor van lekkage optrad. Na —2 een tijdsverloop van b uur werd de druk verder verhoogd tot 53^ KNm” welke druk gedurende een week-end werd gehandhaafd. Daarna werd de —2 35 druk verhoogd tot U,1U MNm zonder spoor van lekkage.

790 4 1 70

* J

9

Hoewel voor de meeste toepassingen een reparatie-uit-rusting omvattende de afzonderlijke delen van het harsmengsel en een hoeveelheid schuimmateriaal met open cellen elk afzonderlijk verpakt volkomen voldoet, kan het onder sommige omstandigheden gunstig 5 zijn de drie onderdelen van zo’n reparatie-uitrusting te verpakken in een enkele drievoudige houder. Bijvoorbeeld kan men de uitrusting opnemen in een enkele kunststofzak of kunststofomhulsel met verdeel-wanden of met klemmen die het omhulsel verdelen in drie afzonderlijke compartimenten. De delen van het harsmengsel kunnen dan worden vermengd 10 door de verdeelklem weg te nemen of door de scheidingswand te verbreken en de kunststofzak te kneden. Vervolgens kan dan het schuimmateriaal met open cellen worden geïmpregneerd door de resterende verdeelklem te verwijderen of de laatste scheidingswand te verbreken. Dit type verpakking met alle delen van de reparatie-uitrusting is bijzonder 15 geschikt voor gebruik onder water.

Het zal duidelijk zijn dat er vele variaties kunnen worden toegepast in de werkwijze en in de reparatie-uitrustingen volgens de uitvinding zonder buiten het kader van de uitvinding te komen.

Men kan de werkwijze bijvoorbeeld gebruiken bij allerlei andere substraten 20 waaronder beton, hoewel daarvoor de formulering van het hechtmiddel eventueel gewijzigd zal moeten worden. Bij de beschreven proeven werd gebruik gemaakt van een verknoopt polyurethaanschuim met een porositeit tussen 12 en 18 poriën per cm. Hoewel het schuimmateriaal moet passen bij en meegevend moet zijn, open cellen moet bezitten enmet het hecht-25 middel geen reakties moet geven, is de samenstelling en porositeit ervan verder niet kritisch. In het bijzonder de porositeit kan worden gekozen zo dat deze wordt aangepast aan de viskositeit en de hardings-snelheid van het voor een bepaalde toepassing gekozen hechtmiddel.

Zoals hiervoor gezegd is de werkwijze volgens de uit-30 vinding zeer geschikt voor gebruik bij vele toepassingen waarbij dikke harslagen moeten worden gevormd of waarbij grote oppervlakken moeten worden bedekt, dankzij de eenvoudige wijze waarop de met hars geimpreg-neerde sehuimvormige drager kan worden aangebracht. De werkwijze volgens de uitvinding biedt ook het voordeel dat insluiting van lucht minimaal 35 is.

7904170

Claims

1. Werkwijze voor het maken van een hechtende verbinding met een substraat onder toepassing van een thermohardend hars- 15 achtig hechtmiddel, met het kenmerk, dat men een bijpassend, meegevend schuimvormig dragermateriaal uit een synthetische kunststof met een open cel struktuur impregneert met het thermohardende harsachtige hechtmiddel en dat men het geïmpregneerde dragermateriaal op het substraat aanbrengt op een zodanige wijze dat het dragermateriaal wordt 20 gecomprimeerd en het hechtmiddel in de tussenruimten van de open cel struktuur van het dragermateriaal onbewegelijk wordt vastgehouden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hechtende verbinding onder water tot stand wordt gebracht waarbij het dragermateriaal wordt geïmpregneerd met een harsachtig hechtmiddel 25 dat in staat is de watermassa te verdringen, te absorberen of op andere wijze te elimineren van het substraat waarop een hechtende verbinding tot stand moet worden gebracht, welk hechtmiddel daarna kan harden onder vorming van een sterke verbinding met het substraat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk. 30 dat het harsachtige hechtmiddel bestaat uit een uit twee delen samen te stellen mengsel, waarvan het eerste deel een diglycidylether van bisfenyl A omvat en het tweede deel hetzij een cycloalifatisch poly-amine of een UΛ'-diaminodifenylmethaan omvat. U. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, 35 dat het harsachtige bindmiddel een silaan met funktionele epoxy groepen 7904170 * ƒ "bevat.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het dragermateriaal een verknoopt polyurethaan-schuim op polyesterbasis is met een porositeit tussen 12 en 18 poriën 5 per cm.

6. Reparatie-uitrusting voor gebruik bij de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze uitrusting omvat een thermohardend harsachtig hechtmiddel en een soepel meegevend synthetisch schuimmateriaal met een open cel struktuur 10 als drager.

7. Reparatie-uitrusting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de onderdelen van de uitrusting zich bevinden in afzonderlijke compartimenten van een kunststofzak waarvan de scheiding tussen de compartimenten bij gebruik kan worden verbroken of op een andere wijze 15 verwijderd zodat de onderdelen van de uitrusting in de zak kunnen vorden gemengd.

8. Werkwijzen, in hoofdzaak als beschreven in de beschrijving en/of zoals weergegeven in de figuren. 20 7904170