NL9002406A - Werkwijze voor het verbinden van geemailleerde voorwerpen en het verkregen samenstel. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het verbinden van geëmailleerde voorwerpen en het verkregen samenstel

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.

De hechtsterkte tussen enerzijds de emailbekleding en anderzijds de thermoplastische kunststoflaag moet worden vergroot, en wel door 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, bijvoorbeeld 3650520 van Ferro Techniek.

Het is ook mogelijk in plaats van een hechtlaag met een grotere oppervlakteruwheid het oppervlak van de emailbekleding ruwer te maken door stralen met vaste deeltjes, zoals zand en parels.

Een optimale verhouding tussen de opgeruwde emailbekleding of de van een hechtlaag voorziene emailbekleding enerzijds en de thermoplastische kunststoflaag anderzijds, wordt verkregen door op het ruwe emailoppervlak of op de hechtlaag een hechtprimer aan te brengen. Als hechtprimer kan bijvoorbeeld worden gebruik een dispersie van een gefluoriseerde kunststof, zoals PTFE (polytetrafluoretheen) in een organisch oplosmiddel. Een mechanische hechting wordt verkregen door moffelen bij circa 200-300'C. Een verankering wordt verkregen door nadien te sinteren bij 330-450°C.

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 /im, bij voorkeur tussen 75-450μια, meer bij voorkeur tussen 100-400/im.

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 100-300eC, 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 (PVdF), polychloortrifluoretheen (PCTFE), polyetheenchloortrifluoretheen (ECTFE), polyaryletherketon (PAEK), polyetheretherketon (PEEK), polyethersulfon (PES) en polysulfon (PSÜ).

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 (0.5-10 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, eventueel met daarin opgenomen glasvezels en/of glasparels.

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 over de lijn III-III ter hoogte van een verbinding van een samenstel volgens de uitvinding; figuur 4 een perspectivisch, deels weggebroken aanzicht in een recuperatieve warmtewisselaar opgebouwd uit dubbelzijdig geëmailleerde, overeenkomstig de uitvinding onderling verbonden, gevormde, metalen platen; en figuur 5 een met figuur 1 overeenkomend aanzicht van een andere uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding.

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 en 2 tonen 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 7f 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 29 tussen staalplaten 11 en 12 die elk tweezijdig zijn voorzien van een emailbekleding 13,14;15,16. De emailbekledingen 14 en 15 zijn elk voorzien van een hechtlaag 19, 17, een mat email zoals 36505200 van Ferro Techniek. Eventueel kunnen de hechtlagen 17 en 19 vervallen en vervangen worden door een het email opruwende oppervlaktebehandeling door zandstralen, waarbij minder dan 10 μια van de emailbekleding verwijderd wordt. Op de staalplaten 11,12 wordt eerst de emaillaag 13-16 aangebracht en gedroogd, waarna de hechtlaag wordt aangebracht en het geheel ingebrand. Tenslotte wordt een fluorelastomeer 18 (Viton van Dupont) aangebracht en met de hechtlagen 17,19 onder druk verbonden. Eventueel kan het fluorelastomeer worden verbonden door vulcanisatie door tijdelijk verblijf in een autoclaaf bij 1,5 bar en 175eC.

Figuur 4 toont 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.

Figuur 5 toont een deel van een recuperatieve warmtewisselaar 30 die is opgebouwd uit voorgevormde metaalplaten 31 en 32 die dubbelzijdig zijn voorzien van een zuurbestendige emailbekleding van bijvoorbeeld email 365202600 van Ferro Techniek. Na het inbranden van de emailbekleding zijn de randen 33 en 34, waarlangs de metaalplaten onderling verbonden worden onder insluiting van de thermoplastische kunststoflaag volgens de uitvinding, licht opgeruwd door stralen met een fijn straalmiddel (bijvoorbeeld S70-120 Leering, Hengelo). Op de gestraalde oppervlakken wordt een hechtprimer aangebracht. Deze hechtprimer bestaat uit een PTFE dispersie in water, voorzien van een organisch bevochtigingsmiddel. De hechtprimer wordt aangebracht in een laag van ongeveer 15 μια dik en wordt fysisch gedroogd.

Vervolgens worden de metaalplaten 31 en 32 onder insluiting van een PFA-folie 35, 36 (dikte bijvoorbeeld 300 Atm) opgebouwd. Met behulp van een geschikte kleminrichting worden de PFA-folies tussen de randen 33 en 34 in geklemd gehouden. Het samengestelde geheel wordt vervolgens gesinterd bij bijvoorbeeld 350eC.

Verder worden de hoeken opgevuld met massieve blokken 37 van een hoge temperatuurbestendige kunststof, bijvoorbeeld PFA of PTFE.

Een warmtewisselaar 30 volgens figuur 5 kan ook worden samengesteld door de randen 33, 34 te voorzien van een dunne laag hechtemail, zoals email 365205200 van Ferro Techniek. Vervolgens wordt eenmaal ingebrand bij circa 850ÓC.

De metaalplaten 31,32 worden vervolgens samengevoegd onder inklemming van een hoge temperatuurbestendige kunststof, zoals KR417 (ültrapekR) BASF. Ingeklemd in een geschikte kleminrichting wordt het geheel gesinterd bij een temperatuur van circa 430°C. In dit geval bestaan de blokken 37 eveneens uit UltrapekR en zijn versmolten met de aangrenzende delen van de metaalplaten 31, 32.

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.

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 3, waarin de hechtlaag een mat email bevat.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, waarin het oppervlak van de te verbinden emailbekledingdelen wordt opgeruwd.

6. Werkwijze volgens conclusie 3-5, waarin op de hechtlaag of op het opgeruwde emailoppervalk een hechtprimer wordt aangebracht.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-6, waarin op de emailbekleding een aantal thermoplastische kunststoflagen worden aangebracht.

8. Werkwijze volgens conclusie 1-7, waarin een thermoplastische kunststoflaag wordt aangebracht in de vorm van een folie.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin de foliedikte 50-500 μιη, bij voorkeur 75-450 μιη, meer bij voorkeur 100-400 μια bedraagt.

10. Werkwijze volgens conclusie 1-7, waarin de thermoplastische kunststoflaag wordt aangebracht door middel van poeder spuiten.

11. Werkwijze volgens conclusie 1-10, waarin de thermoplastische kunststoflaag wordt versmolten aan de emailbekleding.

12. Werkwijze volgens conclusie 1-11, waarin de thermoplastische kunststoflaag hittebestendig is bij een temperatuur in het bereik van 100-300°C, bij voorkeur 120-280eC.

13. Werkwijze volgens conclusie 1-12, waarin de thermoplastische kunststof omvat polyfluoretheenpropeen (FEP), polyperfluoralkoxyvinylfluoride (PFA), polyetheentetrafluoretheen (ETFE), polyvinylideenfluoride (PVDF), polychloortrifluoretheen (PCTFE), polyetheenchloortrifluoretheen (ECTFE), polyaryletherketon (PAEK), polyetheretherketon (PEEK), polyethersulfon (PES) en polysulfon (PSU).

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.