DE3513207A1

DE3513207A1 - Verfahren zum ummanteln eines metallrohres, insbesondere eines stahlrohres mit einem thermoplastischen kunststoff

Info

Publication number: DE3513207A1
Application number: DE19853513207
Authority: DE
Inventors: Kurt Baur; Gerhard Dipl.-Ing. 5909 Burbach Bruckhaus; Manfred Dipl.-Chem. Dr. 6780 Pirmasens Michel; Josef Dipl.-Ing. 5902 Netphen Schneider; Karl Josef Dipl.-Ing. 5901 Wilnsdorf Soemer; Jürgen 6784 Thaleischweiler Themm
Original assignee: KOEMMERLING CHEM FAB KG; ROEHRENWERK Gebr FUCHS GMBH
Current assignee: KOEMMERLING CHEM FAB KG; ROEHRENWERK Gebr FUCHS GMBH
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-16

Description

Verfahren zum Ummanteln eines Metallrohres,
insbesondere eines Stahlrohres mit einem thermoplastischen Kunststoff Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln eines Metallrohres, insbesondere eines Stahlrohres mit einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyethylen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Bei einem solchen Verfahren, wie es beispielsweise aus der DE-PS 1 965 802 bekannt ist, wird auf das erwärmte Stahlrohr ein Kunststoffharz, nämlich ein aushärtbares Epoxydharz, aufgebracht. Anschließend wird das Kunststoffharz mit einem Acryl-Ethylen-Copolymerisat beschichtet. Dann wird der thermoplastische Kunststoff in Form eines extrudierten Folienbandes aufgebracht.
Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren die relativ rasch ablaufende Aushärtung des Epoxydharzes, so daß die nachträgliche Entfernung des Epoxydharzes nur durch mechanisches Abtragen oder pyrolytische Zersetzung mit anschließender Reinigung möglich ist. Es gibt jedoch viele Fälle, bei denen das bereits aufgebrachte und ausgehärtete Expoxydharz wieder entfernt werden muß, beispielsweise vor Ort auf einer Baustelle, wenn ein bereits beschichtetes Stahlrohr geschnitten und anschließend verschweißt werden muß. Hierzu müssen in aufwendigen Arbeitsgängen die verschiedenen Schichten und insbesondere die bereits ausgehärtete Epoxydharz-Schicht entfernt werden, was mit den üblichen, vorhandenen Werkzeugen, wie beispielsweise Spachtel, Messer und Propan-Brenner, nicht ohne weiteres möglich ist. Es müssen also Sonderschleifvorsätze für die Entfernung der Epoxydharz-Schicht eingesetzt werden.
Die Epoxydharz-Schicht kann auch abgeflämmt werden, wobei die Verbrennungsprodukte abgebürstet werden müssen. Durch die thermische Behandlung kann jedoch die benachbarte Beschichtung beschädigt werden; es entsteht dann ein erheblicher Nachisolierungsaufwand.
Auch beim Anfahren, beim Ausfahren und bei einem Notstillstand einer Anlage zum Beschichten von Metallrohren kommt es zwangsläufig vor, daß bereits die Epoxydharz-Schicht aufgebracht und ausgehärtet worden ist, ohne daß die anschließenden Schichten aufgebracht werden konnten. Auch in diesem Fall muß die ausgehärtete Epoxydharz-Schicht entfernt werden, da beispielsweise das üblicherweise verwendete Ethylen-Copolymerisat, nämlich Acryl-Ethylen-Copolymerisat, nicht auf der ausgehärteten Epoxydharz-Schicht haftet. Um die erforderliche Haftung zu gewährleisten, muß also das Ethylen-Copolymerisat auf die noch aushärtende Epoxydharz-Schicht aufgebracht werden. Hierfür steht nur eine kurze, nur wenige Minuten betragende Zeitspanne zur Verfügung, so daß bereits bei einer kurzen Unterbrechung des kontinuierlichen Verfahrensablaufes die Epoxydharzschicht ausgehärtet ist.
Ein ähnliches Verfahren geht aus der DE-PS 2 455 443 hervor, wobei eine ungehärtete Epoxydharz-Schicht mit einem Polyolefin, welches mit einer ungesättigten Karbonsäure modifiziert ist, schmelzverbunden wird. Auch hierbei umfaßt jedoch der Begriff "ungehärtetes Epoxydharz" ein Epoxydharz mit einem Härter, so daß bei vielen Ausführungsformen dieses bekannten Verfahrens die oben erwähnten Nachteile auftreten.
Verwendet man jedoch ein Epoxydharz ohne Härter, so läßt der Schälwiderstand zu wünschen übrig.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ummanteln eines Metallrohres, insbesondere eines Stahlrohres mit einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyethylen, der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Insbesondere soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, bei dem einerseits ein extrem hoher Schälwiderstand der aufgebrachten Schicht erreicht wird, sich jedoch andererseits die aufgebrachte Schicht, beispielsweise auf der Baustelle, problemlos wieder lösen läßt.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 erreicht.
Zweckmäßige Ausgestaltungen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der Verwendung eines thermoplastischen Polyamids bzw. eines thermoplastischen Misch-Polyamids von mehreren thermoplastischen Polyamiden als Kunststoffharz, das auf das erwärmte Metallrohr aufgebracht ist. Der Begriff "Misch-Polyamid soll sowohl eine Mischung der Polyamid-Komponenten vor der Polykondensation als auch eine Mischung der fertigen Polyamide beinhalten. Die Temperatur des Stahlrohrs muß einen gewissen Mindestwert haben, um das Aufschmelzen des in Pulverform vorliegenden Polyamids zu gewährleisten.
Werden die Stahlrohre nach dem Co-Extrusionsverfahren umhüllt, d.h., werden das Ethylen-Copolymerisat und die äußere Polyethylen-Schicht gemeinsam, jedoch in getrennten Schichten aufgebracht, so kann mit einer deutlich abgesenkten Rohr-Temperatur gefahren und damit Energie eingespart werden.
Das thermoplastische Polyamid bzw. Misch-Polyamid kann in Pulverform durch elektrostatisches Aufsprühen, durch ein Wirbelsinterverfahren, durch Aufstreuen oder durch Flammspritzen oder durch Tauchen in einen Fluid-Behälter als dünner Film auf das erwärmte Rohr aufgebracht werden. Außerdem kann das Material als Folie auf das erwärmte Rohr extrudiert werden, was bei dem herkömmlichen, duroplastischen System auf der Basis von aushärtenden Epoxydharzen nicht praxisgerecht möglich war.
Dies hat insbesondere bei Rohren, die zur Zeit mittels eines "Naß-Systems" beschichtet werden, den Vorteil, daß die bisher übliche, aufwendige Reinigung der Anlage entfallen und der Zeitpunkt flexibel ausgewählt werden kann, bei dem das Ethylen-Copolymerisat aufgebracht wird.
Es besteht auch noch die Möglichkeit, das Polyamid bzw.
Misch-Polyamid herstellerseitig als Folienband in Form von Rollen anzufertigen und dann diese Folien mit einer einfachen Wickelvorrichtung auf die erwärmten Stahlrohre aufzubringen.
Bei der kontinuierlichen Beschichtung von Metallrohren kommt es sowohl beim Anfahren als auch bei der Beendigung der Produktion, aber auch bei Not-Stillständen der Anlage, zu Schwierigkeiten, bei denen häufig nur die Kunststoffharz-Schicht, in diesem Fall also ein Polyamid bzw. ein Misch-Polyamid, aufgebracht werden kann, während die weiteren Aufbringungsvorgänge unterbrochen werden. Bei Verwendung eines Polyamides bzw. Misch-Polyamides kann nach vorhergehender Rohrerwärmung ohne weitere Vorarbeiten das Ethylen-Copolymerisat und die Polyethylen-Umhüllung aufgebracht werden; die ausgehärteten, duroplastischen Epoxydharze mußten jedoch zunächst durch aufwendige Strahlarbeiten oder Schleifen von dem Metallrohr entfernt und nochmals aufgebracht werden, weil das Ethylen-Copolymerisat auf dem ausgehärteten Epoxydharz keine ausreichende Haftung erreicht.
Die besonderen Vorteile der Verwendung eines Polyamides bzw. eines Misch-Polyamides liegen jedoch auf der Anwenderseite. Denn mußte beispielsweise auf der Baustelle ein bereits mit Polyethylen umhülltes Metallrohr getrennt und anschließend verschweißt werden, so war eine aufwendige Abisolation der Umhüllung erforderlich.
Mit den auf den Baustelle normalerweise vorhandenen Werkzeugen, wie beispielsweise Spachtel, Messer und Propanbrenner, war dies nicht möglich, sondern es mußten noch Sonderschleifvorsätze für die Entfernung des ausgehärteten Epoxydharzes mitgeführt werden.
Bei Verwendung der Polyamid-Schicht muß diese nur, beispielsweise mittels eines Propanbrenners, erwärmt und kann anschließend durch einen Spachtel abgeschabt werden, um die Oberfläche des Rohres frei zu legen.
Dabei wird auch jede Gefahr vermieden, daß durch Schleifen die Wanddicke des Metall rohres unnötig geschwächt wird.
Ein weiterer, insbesondere auf einer Baustelle zum Tragen kommender Vorteil zeigt sich auch an den Enden eines Stahlrohrs, an denen die Polyamid-Schicht freiliegen kann, also nicht durch das Ethylen-Copolymerisat oder die Polyethylen-Schicht bedeckt ist. Diese frei liegende Polyamid-Schicht ermöglicht eine einwandfreie Haftung mit etwaigen Nachisolations-Materialien, wie sie bei ausgehärteten Epoxydharz-Schichten nicht erreicht werden kann.
Durch Auswahl eines geeigneten Misch-Polyamids lassen sich der Schmelzpunkt, die Schmelzviskosität und die Auftragsdicke der Polyamid- Schicht einstellen. In allen Fällen wird eine hohe Haftung, gemessen über den Schälwiderstand nach DIN 30670 gewährleistet. Der Schälwiderstand ist in allen nachgeprüften Fällen mehr als doppelt so hoch wie der nach dieser Norm geforderte Mindest-Mittelwert von 175 N/5 cm Streifenbreite.
Gute Ergebnisse werden mit Polyamid 6, Polyamid 66, Polyamid 610, Polyamid 11 und Polyamid 12 erhalten, wobei diese Substanzen zweckmäßigerweise in einer geeigneten Mischung eingesetzt werden, deren Schmelzpunkt zwischen 1100C und 1800C liegen sollte.
Ein geeignetes Misch-Polyamid enthält beispielsweise 40 bis 60 Teile Polyamid 6, 15 bis 25 Teile Polyamid 66 und 20 bis 30 Teile Polyamid 610. Der Schmelzpunkt dieses Gemisches liegt bei etwa 155po.
Als Alternative hierzu kann auch ein Misch-Polyamid von Polyamid 6, Polyamid 66 und Polyamid 12 mit einem Schmelzpunkt von etwa 1250C eingesetzt werden.
Die Dicke der aufgebrachten Polyamid-Schicht sollte im Bereich von 20 bis 250 pm liegen, wodurch bei sparsamem Mat erialverbrauch eine ausreichende Haftung gewährleistet wird.
Zur Verbesserung der Resistenz der Haftung gegenüber aggressiven, besonders alkalischen Medien können dem Polyamid modifizierte Phenolharze zugesetzt werden, und zwar in einem Anteil von 10 bis 30 % bezogen auf die Gesamtmenge des Kunststoffharzes. Bei den Kohlenwasserstoffresten des Phenols kann es sich insbesondere um Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Aralkylreste handeln, also bspw. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, die verschiedenen Butyl-, Octyl- und Nonylreste, ferner Cyclohexyl- und Terpen-Reste, den unsubstituierten oder durch Alkyl-, bspw. Methyl-, Isopropyl- sop ropyl 1 - oder einen der Butylreste substituierten Phenyl-Rest oder den durch Styrolisierung erhaltenen Phenylethyliden-Rest. Als Verbindungen mit Cycloalkyl-Resten kommen bspw. harzartige Terpenphenole in Frage.
Besonders geeignet sind kondensierte Produkte von alkylierten Phenolen, z.B. 2-Tert.-Butylphenol, oder 2,6-Di-Tert.- Butylphenol, oder arylierten Phenolen, beispielsweise Phenylphenol, mit Formaldehyd, oder aber Additionsprodukte aus Terpenen, z.B. Kollophonium, mit Phenol mit anschließender Kondensation mit Formaldehyd.
Diese modifizierten Phenolharze können in härtender oder nicht-aushärtender Ausführung eingesetzt werden.
Weiterhin besteht noch die Möglichkeit, dem Polyamid 2,5 bis 25 % eines Epoxydharzes, bezogen auf die Gesamtmenge des Kunststoffharzes, zuzusetzen. Hierbei handelt es sich um ein Kondensationsprodukt von Epichlorhydrin und Bisphenol A, das entweder ohne Härterzugabe, also im ungehärteten Zustand, oder mit Härterzugabe eingesetzt werden kann. Als Härter kommen Dicyandiamid oder Amidin in Frage.
Da die Polyamid-Schicht nicht ausgehärtet werden muß, ist eine Erwärmung des Rohrs auf die Reaktionstemperatur des Kunststoffharzes nicht erforderlich. Außerdem läßt sich die Zeitspanne zwischen dem Aufbringen des Kunststoffharzes und dem Aufbringen des Ethylen-Copolymerisates beliebig verändern.
Als Ethylen-Gopolymerisat wird bevorzugt ein Copolymerisat aus Ethylen und einer ungesättigten, aliphatischen Monokarbon-Säure, insbesondere einer Acryl-Säure, verwendet.
Das Polyamid bzw. Misch-Polyamid sollte auf ein Metallrohr, dessen Temperatur zwischen 150 und 250°C liegt, in Pulverform aufgebracht werden; dies kann durch elektrostatisches Aufsprühen, ein Wirbelsinterverfahren, ein Aufstreuen oder durch Flammspritzen erfolgen.
Darüberhinaus besteht im Prinzip auch noch die Möglichkeit, das aufgeschmolzene, ursprünglich pulverförmige Polyamid durch eine Wickel-Extrusion, eine Schlauch-Extrusion oder durch Folien-Wickeln aufzubringen, Schließlich kann das Polyamid noch in Form einer wässrigen Dispersion aufgebracht werden.
Beim Aufbringen des Ethylen-Copolymerisates auf die Polyamid-Schicht sollte die Temperatur im Bereich zwischen 1500C und 2500C liegen. Auch das Ethylen-Copolymerisat kann in Pulverform oder als Schmelze aufgebracht werden, wozu ebenfalls die oben angegebenen Verfahren zur Verfügung stehen.
Die äußere Polyethylen-Umhüllung kann durch Schlauch-Extrusion oder durch Wickel-Extrusion aufgebracht werden.
Außerdem besteht die Möglichkeit, Polyethylen-Folien auf die Schicht aus dem Ethylen-Copolymerisat aufzuwickeln.
Schließlich ist noch die gemeinsame Coextrusion der Ethylen-Copolymerisat-Schicht und der Polyethylen-Schicht möglich, d.h., das mit der Polyamid-Schicht versehene Stahlrohr wird durch eine Extrusionsdüse gezogen, die sowohl die Ethylen-Copolymerisat-Schicht als auch die Polyethylen-Schicht aufbringt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1 Ein pulverförmiges Misch-Polyamid mit einem Schmelzpunkt von 1550C wurde in einem elektrostatischen Sprühverfahren mit einer Dicke von 60 pm auf ein Stahl rohr aufgebracht, das eine Temperatur von 2200C hatte. Dieses Polyamid-Gemisch hatte die folgende Zusammensetzung: 53 Teile Polyamid 6 20 Teile Polyamid 66 24 Teile Polyamid 610 Auf diese sinternde Polyamid-Schicht wurde in einem elektrostatischen Sprühverfahren ein Acryl/Ethylen-Copolymerisat bei einer Temperatur von 22000 mit einer Dicke von 150 pm aufgebracht.
Anschließend wurde eine Polyethylen-Schicht aufextrudiert.
Diese Umhüllung hatte einen nach DIN 30670 gemessenen Schälwiderstand von 400 N/5 cm Beispiel 2 Dem pulverförmigen Misch-Polyamid nach Beispiel 1 wurden 10 Teile eines nicht-härtenden, pulverförmigen Epoxyd-Harzes auf der Basis von Epichlorhydrin und Bisphenol A zugesetzt. Die übrigen Verfahrensschritte wurden nicht verändert.
Die Umhüllung hatte, gemessen nach DIN 30670, einen Schälwiderstand von 500 N/5 cm.
Beispiel 3 Ein pulverförmiges Misch-Polyamid mit einem Schmelzpunkt von 12500 aus Polyamid 6, Polyamid 66 und Polyamid 12 wurde mit einem elektrostatischen Sprühverfahren auf ein Stahlrohr, das eine Temperatur von etwa 2150C hatte, in einer Dicke von etwa 75,um aufgebracht. Die übrigen Verfahrensschritte entsprachen denen nach den Beispielen 1 und 2.
Der Schälwiderstand dieser Umhüllung, gemessen nach DIN 30670, betrug etwa 400 N/5 cm.
Beispiel 4 Dem pulverförmigen Misch-Polyamid nach Beispiel 3 wurden 5 % eines Epoxydharzes auf der Basis von Epichlorhydrin und Bisphenol A einschließlich des Härters Amidin zugesetzt, die übrigen Verfahrensparameter wurden nicht verändert.
Der Schälwiderstand, gemessen nach DIN 30670, betrug etwa 420 N/Scm.
Beispiel 5 Dem pulverförmigen Misch-Polyamid nach Beispiel 1 wurde ein modifiziertes Phenolharz, nämlich ein Kondensationsprodukt von 2-Tert.-Butylphenol mit Formaldehyd, in einer Menge von 15 %, bezogen auf die Gesamtmenge des Kunststoffharzes, zugesetzt. Es ergab sich keine relevante Veränderung des Schälwiderstandes, jedoch eine merkliche Verbesserung der Resistenz der Haftung gegenüber aggressiven, besonders alkalischen Medien.
Die gleiche Wirkung kann durch den Zusatz andere alkylierter Phenole, aber auch von arylierten Phenolen oder Terpen-Phenol-Harzen erreicht werden.
Neben den erwähnten Stahlrohren können auch andere Metallrohre, insbesondere Aluminium-Rohre, beschichtet werden.

Claims

Verfahren zum Ummanteln eines Metallrohres, insbesondere eines Stahlrohres mit einem thermoplastischen Kunststoff Patentansprüche 1. Verfahren zum Ummanteln eines Metallrohres, insbesondere eines Stahlrohres, mit einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyethylen, a) bei dem auf das erwärmte Metallrohr ein Kunststoffharz aufgebracht wird, b) bei dem das Kunststoffharz mit einem Ethylen-Copolymerisat beschichtet wird, und c) bei dem anschließend der thermoplastische KunstStoff aufgebracht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß d) als Kunststoffharz mindestens ein thermoplastisches Polyamid verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastisches Misch-Polyamid aus mindestens zwei Bestandteilen mit einem Schmelzpunkt zwischen 110 0C und 1800 C verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Polyamid 6, Polyamid 66, Polyamid 610, Polyamid 11 und/oder Polyamid 12 verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Misch-Polyamid aus Polyamid 6, Polyamid 66 und Polyamid 12 mit einem Schmelzpunkt von etwa 1250C verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Misch-Polyamid von Polyamid 6, Polyamid 66 und Polyamid 610 mit einem Schmelzpunkt von etwa 1550C verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Misch-Polyamid etwa 45 bis 60 Teile Polyamid 6, 15 bis 25 Teile Polyamid 66 und 20 bis 30 Teile Polyamid 610 enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polyamid in einer Schichtdicke von mindestens 20 pm aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polyamid in einer Schichtdicke von 20 bis 250 um aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid in Pulverform durch elektrostatisches Aufsprühen, Flammspritzen, Wirbelsintern oder Aufstreuen aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyamid 10 bis 30 % eines härtenden oder nicht-härtenden,#modifizierten Phenolharzes, bezogen auf die Gesamtmenge des Kunststoffharzes, zugesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyamid modifizierte Phenolharze auf der Basis von Alkylphenolen, Arylphenolen oder Terpenphenolen zugesetzt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyamid Kondensationsprodukte von alkylierten oder arylierten Phenolen mit Formaldehyd zugesetzt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyamid Additionsprodukte aus Terpenen mit Phenol und anschließender Kondensation mit Formaldehyd zugesetzt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyamid 2,5 bis 25 % Epoxydharz zugesetzt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyamid 2,5 bis 10 % Epoxydharz und die jeweils stöchiometrisch entsprechende Härtermenge zugesetzt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Co- bzw. Ter-Polymerisat aus den Bestandteilen Ethylen, einer aliphatischen, #, ß ungesättigten Monokarbonsäure mit 3 bis 8 C-Atomen und einem Alkylester einer aliphatischen, #< fi ungesättigten Monokarbonsäure mit 3 bis 8 C-Atomen, wobei das Alkyl-Radikal 1 bis 12 C-Atome enthält, eingesetzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Co- und/oder Ter-Polymeren verwendet wird.