NL9001475A - Werkwijze voor het verbinden van geemailleerde voorwerpen en het verkregen samenstel. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het verbinden van geëmailleerde voorwerpen en het verkregen samensfcel

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verbinden van metalen voorwerpen die enkelzijdig of dubbelzijdig zijn voorzien van een emailbekleding, en op een samenstel van onderling verbonden geëmailleerde, metalen voorwerpen, waarbij de emailbekledingen zijn ingesloten.

Veel metalen, bij voorkeur plaatmetalen voorwerpen ondergaan een oppervlaktebekleding met email dat een goede chemische bestendigheid bezit en tamelijk ongevoelig is voor thermische (schok-)belastingen. Bovendien is email niet vochtdoorlatend en vertoont het geen onderroest. Met name biedt email een zeer goede corrosiebestendigheid, ook bij hoge temperaturen.

Een nadeel van de geëmailleerde voorwerpen is, dat zij na emailleren geen vervorming, van enig belang kunnen ondergaan. Dit houdt in dat gevormde of holle produkten, zoals recuperatieve warmtewisselaars, moeten worden samengesteld uit metalen produktdelen die normaliter door lassen onderling verbonden worden. Maar bij gebruikmaking van conventionele lastechnieken, zoals TIG-lassen, TIG/MIG-lassen, MAG-lassen, plasma-lassen, lassen met een acetyleenvlam, elektrode-lassen, en dergelijke, is er altijd sprake van een zodanige degradatie van de emailbekleding, dat na de lasbewerking de lasnaad en aangrenzende delen van het metalen voorwerp niet meer of onvoldoende zijn bedekt door de emailbekleding en derhalve de bescherming tegen corrosie is verminderd of zelfs verdwenen.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen, waarmee geëmailleerde, metalen voorwerpen onder insluiting van de emailbekledingen zodanig verbonden worden, dat een vermindering van de corrosiebestendigheid ter hoogte van de verbinding tussen de geëmailleerde, metalen voorwerpen in hoofdzaak niet optreedt. Met andere woorden: bij het verbinden van de geëmailleerde, metalen voorwerpen worden de ingesloten emailbekledingen ter hoogte van de verbinding in hoofdzaak niet aangetast.

Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt met een werkwijze voor het verbinden van metalen voorwerpen die elk aan tenminste één zijde zijn voorzien van een emailbekleding, omvattende de stappen voor het : i) aanbrengen op tenminste één van de emailbekledingen van een thermoplastische kunststoflaag; ii) contact maken van de emailbekledingen onder insluiting van de thermoplastische kunststoflaag; en iii) verbinden van de thermoplastische kunststoflaag met de emailbekledingen.

De uitvinding is gebaseerd op een uitgebreide studie, waarin naar voren kwam dat een thermoplastische kunststoflaag emailbekledingen onderling kan verbinden, indien voor het verbinden de thermoplastische kunststoflaag tijdelijk verwarmd wordt tot boven zijn verwekingstemperatuur. Deze verwekingstemperatuur ligt beneden de minimale temperatuur, waarbij een emailbekleding thermisch kan worden aangetast. Gebleken is, dat de thermoplastische kunststoflaag een betrouwbare verbinding vormt tussen emailbekledingen en een grote hechtkracht bezit.

Bij voorkeur wordt de thermoplastische kunststoflaag slechts aangebracht op de te verbinden emailbekledingsdelen.

In dit verband wordt opgemerkt, dat indien als thermoplastische kunststof fluorbevattende polymeren worden gebruikt, die de gehele emailbekleding bedekken, de emailbekleding bovendien een fluor/fluoridebestendigheid verwerft. In dat geval is het ten opzichte van de bekende techniek mogelijk om relatief dunne thermoplastische kunststoflagen aan te brengen, die bovendien als drukverdeellaag werken voor de daaronder liggende emailbekleding.

Indien de hechtsterkte tussen enerzijds de emailbekleding en anderzijds de thermoplastische kunststoflaag moet worden vergroot, verdient het voorkeur om tussen de emailbekleding en de thermoplastische kunststoflaag een hechtlaag aan te brengen. Een hechtlaag bestaat in hoofdzaak uit een materiaal, waardoor de oppervlakteruwheid wordt vergroot. Bijvoorbeeld kan de hechtlaag bestaan uit een zogenaamd mat email.

Ofschoon de thermoplastische kunststoflaag als een enkelvoudige laag kan worden aangebracht op de emailbekleding, kan het onder bepaalde omstandigheden voordelig zijn om meerdere thermoplastische kunststoflagen van zelfs onderling verschillende samenstelling aan te brengen.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm kan een thermoplastische kunststoflaag worden aangebracht in de vorm van een folie, volgens een andere uitvoeringsvorm kan de thermoplastische kunststoflaag worden aangebracht door middel van poederspuiten, gevolgd door filmvorming bij hogere temperatuur. De foliedikte en ook de dikte van een kunststoflaag ligt in het algemeen tussen 50-500 μιη, bij voorkeur tussen 75-250/zm, meer bij voorkeur tussen 80-150μιη.

Voor de praktische toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding verdient het veelal voorkeur om elk metalen voorwerp op zijn emailbekleding ter hoogte van de te vormen verbinding vooraf te voorzien van de thermoplastische kunststoflaag, eventueel door tussenkomst van een hechtlaag.

De thermoplastische kunststoffen die kunnen worden gebruikt voor het vormen van de verbinding tussen de emailbekledingen, zijn in het algemeen die thermoplastische kunststoffen die hittebestendig zijn in het temperatuursbereik van 100-300°C, bij voorkeur 120-280eC. Onder hittebestendigheid wordt in dit verband verstaan, dat binnen het genoemde temperatuursbereik de thermoplastische kunststoffen in hoofdzaak geen degeneratie ondergaan.

Geschikte thermoplastische kunststoffen omvatten polyfluoretheenpropeen (FEP), polyperfluoralkoxyvinylfluoride (PFA), polyetheentetrafluoretheen (ETFE), polyvinylideenfluoride (PVOF), polychloortrifluoretheen (PCTFE), polyetheenchloortrifluoretheen (ECTFE), polyaryletherketon (PAEK), polyetheretherketon (PEEK), polyethersulfon (PES) en polysulfon (PSU).

Verder kunnen fluorelastomeren worden toegepast, zoals VitonR die door middel van vulcaniseren worden aangebracht.

Indien een spleet die aanwezig kan zijn tussen de van emailbekledingen voorziene metalen voorwerpen relatief groot is (0.5-5 mm), verdient het voorkeur om tussen de te verbinden emailbekledingen, eventueel op de hechtlaag en/of de thermoplastische kunststoflaag, een hittebestendige vulmiddellaag aan te brengen. Een dergelijk vulmiddel is niet-thermoplastisch bij de temperatuur waarbij het samenstel van geëmailleerde, verbonden metalen voorwerpen wordt toegepast. Geschikte vulmiddelen omvatten polytetrafluoretheen (PTFE), rubberelastomeren en fluorelastomeren.

Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een samenstel dat bestaat uit tenminste twee aan tenminste één zijde van een emailbekleding voorziene metalen voorwerpen die via de emailbekledingen door tussenkomst van een thermoplastische kunststof onderling zijn verbonden volgens de werkwijze die in hoofdzaak hiervoor is beschreven. Met name kan een dergelijk samenstel volgens de uitvinding worden toegepast in een recuperatieve of regeneratieve warmtewisselaar.

Genoemde en andere kenmerken van de werkwijze en het samenstel volgens de uitvinding zullen hierna aan de hand van een aantal bij wijze van voorbeeld gegeven, niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden verder verduidelijkt worden, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen.

In de tekening is figuur 1 een perspectivisch aanzicht van een pakket samenstellen van overeenkomstig de uitvinding verbonden eenzijdig geëmailleerde metaalplaten; figuur 2 op grotere schaal detail II uit figuur 1; figuur 3 een doorsnede ter hoogte van een verbinding van een samenstel volgens de uitvinding; en figuur 4 een perspectivisch, deels weggebroken aanzicht in een recuperatieve warmtewisselaar opgebouwd uit dubbelzijdig geëmailleerde, overeenkomstig de uitvinding onderling verbonden, gevormde, metalen platen.

Het metaal, dat wordt geëmailleerd kan in principe elk conventioneel te emailleren metaal zijn, zoals staal.

Een email dat kan worden gebruikt voor het eenzijdig of tweezijdig emailleren van plaatmetalen voorwerpen die onderling worden verbonden overeenkomstig de uitvinding is een door smelten of zogenaamd fritten ontstane, glasachtige massa met anorganische, in hoofdzaak oxidische samenstelling, die in één of meer lagen op metalen of glasvoorwerpen kunnen worden aangebracht en ingebrand. Gebruikelijke toevoegingen voor email zijn siliciumoxide, booroxide en fosforoxide, die zogenaamde netwerkvormers zijn. Verder kunnen alkali- en aardalkalimetalen worden toegevoegd, alsook oxiden van kobalt, nikkel, koper en antimoon. Diverse emailtypen zijn de deskundigen in de techniek goed bekend, alsook hun samenstellingen. Voor verdere gegevens wordt verwezen naar de erna i11iteratuur.

Een zeer specifiek type email is cermetemail. Dit email bevat fijn verdeelde metaaldeeltjes, bijvoorbeeld aluminiumdeeltjes. Voor meer informatie omtrent cermetemail wordt verwezen naar "Mitteilungen des Vereins deutscher Emailfachleute E.V.", deel 27, pagina 49-60 (1979) en deel 28, pagina 13-24 (1980).

In principe wordt onder het begrip "email" al die materialen verstaan, die worden beschreven in de NEN-norm 2711.

Figuur 1 toont een pakket 1 voor een recuperatieve warmtewisselaar. Dit pakket bestaat uit een aantal samenstellen 2 van metaalplaten die langs de rand 3 en 4 onderling vastgelast zijn. Vervolgens zijn de samenstellen 2 uitwendig geëmailleerd met een zuurbestendig email (email 36502600 van Ferro Techniek). Het emailleren wordt uitgevoerd door elektrostatisch spuiten, gevolgd door het inbranden van de aangebrachte emaillaag.

Aan de korte zijden 5, 6 wordt tussen emailbekledingen 7, 8 van aangrenzende samenstellen 2 een folie 9 van PFA aangebracht. Vervolgens worden onder druk bij een temperatuur van circa 360eC de emailbekledingen 7, 8 met het PFA folie onderling versmolten en duurzaam verbonden.

Voor een verdere verbetering van de hechting zijn in de emailbekledingen 7, 8 gaten 10 aangebracht, waardoorheen versmolten PFA kan dringen voor een verbetering van de hechting.

Figuur 3 toont een verbinding 10 tussen staalplaten 11 en 12 die elk tweezijdig zijn voorzien van een emailbekleding 13,14715,16. De emailbekledingen 14 en 15 zijn elk voorzien van een hechtlaag 19, 17, een mat email zoals 36506600 van Ferro Techniek, of Hostaflon TFX 5445 van Hoechst, of Gemosil 512 van Henkel. Op de staalplaten 11,12 wordt eerst de emaillaag 13-16 aangebracht en ingebrand, waarna de hechtlaag wordt aangebracht en eveneens ingebrand. Tenslotte wordt een fluorelastomeer 18 (Viton van Dupont) aangebracht en met de hechtlagen 17 onder druk verbonden. Eventueel kan het fluorelastomeer worden verbonden door vulcanisatie door tijdelijk verblijf in een autoclaaf bij 1,5 bar en 250“C.

Tenslotte toont figuur 4 een detail uit een recuperatieve warmtewisselaar 20. Deze recuperatieve warmtewisselaar 20 is opgebouwd uit geprofileerde platen 21 die zijn voorzien van omgezette flenzen 22, met omgezette rande 23.

De platen 21 zijn tweezijdig voorzien van een zuurbestendig email. De platen 21 worden onder tussensluiting van een PFA folie 24 (foliedikte 0,5 mm) onder druk op elkaar gemonteerd. Vervolgens wordt een verbindingshoekstuk 28 van Hastelloy die aan de zijden 25 en 26 is behandeld met een mat email onder druk gemonteerd op de randen 23, onder tussensluiting van een PFA folie 27. Het samenstel wordt vervolgens gebracht op een temperatuur van 360°C, waardoor het PFA folie smelt en een verbinding vormt tussen de emailbekledingen van de flenzen 22 en randen 23 enerzijds en de zijden 25 en 26 anderzijds.

Overeenkomstig de uitvinding is het eveneens mogelijk om geëmailleerde platen vooraf te voorzien van een daarop aangebrachte thermoplastische folie of poederlaag die‘door verwarmen boven het verwekingspunt daarop bevestigd is, waarna deze voorbehandelde platen overeenkomstig de uitvinding onder tussensluiting van de thermoplastische kunststoflaag onderling worden verbonden.

Zoals hierboven vermeld, kunnen de geëmailleerde platen tevens een aanmerkelijk verbeterde fluor\fluoridebestendigheid verwerven indien de emailbekleding volledig wordt voorzien van een geschikte kunststof, met name de fluorbevattende kunststoffen, zoals PDFA, PVA, ECTFE en PTFE.

Claims (15)

1. Werkwijze voor het verbinden van metalen voorwerpen die elk aan tenminste één zijde zijn voorzien van een emailbekleding, omvattende de stappen voor het : i) aanbrengen op tenminste één van de emailbekledingen van een thermoplastische kunststoflaag; ii) contact maken van de emailbekledingen onder insluiting van de thermoplastische kunststoflaag; en iii) verbinden van de thermoplastische kunststoflaag met de emailbekledingen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de thermoplastische kunststoflaag slechts in hoofdzaak wordt aangebracht op de te verbinden delen van de emailbekledingen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin tussen een emailbekleding en de thermoplastische kunststoflaag een hechtlaag wordt aangebracht.

4. Werkwijze volgens conclusie 3f waarin de hechtlaag een mat email bevat.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, waarin op de emailbekleding een aantal thermoplastische kunststoflagen worden aangebracht.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, waarin een thermoplastische kunststoflaag wordt aangebracht in de vorm van een folie.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin de foliedikte 50-500 ^m, bij voorkeur 75-250 Mm, meer bij voorkeur 80-150 Mm bedraagt.

8. Werkwijze volgens conclusie 1-5, waarin de thermoplastische kunststoflaag wordt aangebracht door middel van poeder spuiten.

9. Werkwijze volgens conclusie 1-8, waarin de thermoplastische kunststoflaag wordt versmolten op de emailbekleding.

10. Werkwijze volgens conclusie 1-9, waarin de thermoplastische kunststoflaag hittebestendig is bij een temperatuur in het bereik van 100-300'C, bij voorkeur 120-280°C.

11. Werkwijze volgens conclusie 1-10, waarin de thermoplastische kunststof omvat polyfluoretheenpropeen (FEP), polyperfluoralkoxyvinylfluoride (PFA), polyetheentetrafluoretheen (ETFE), polyvinylideenfluoride (PVOF), polychloortrifluoretheen (PCTFE), polyetheenchloortrifluoretheen (ECTFE), polyaryletherketon (PAEK), polyetheretherketon (PEEK), polyethersulfon (PES) en polysulfon (PSÜ).

12. Werkwijze volgens conclusie 1-11, waarin tenminste op de te verbinden delen van de emailbekledingen, op de hechtlaag, en/of op de thermoplastische kunststoflaag een hittebestendig vulmiddel wordt aangebracht.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarin het vulmiddel omvat polytetrafluoretheen (PTFE), rubberelastomeren en fluorelastomeren.

14. Samenstel bestaande uit tenminste twee aan tenminste één zijde van een emailbekleding voorziene metalen voorwerpen die via de emailbekledingen door tussenkomst van een thermoplastische kunststof onderling zijn verbonden volgens de werkwijze overeenkomstig conclusie 1-13.

15. Samenstel volgens conclusie 14, dat een recuperatieve of regeneratieve warmtewisselaar is.