DE2944809C2 - Beschichteter Gegenstand in Form eines Metallrohres mit darauf aufgetragener Anti-Korrosions-Schutzschicht - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen beschichteten Gegenstand in Form eines Metallrohres insbesondere aus Stahl mit darauf aufgetragener Anti-Korrosions-Schutzschicht, wobei die Schutzschicht einen an dem Rohr haftenden Epoxy-Überzug in einer Dicke, die in einem Werte von nicht mehr als 0,1 mm einschließenden Dickenbereich liegt und ein durch Spritzpressen hergestelltes thermoplastisches Band, welches schraubenförmig über den Epoxy-Überzug gewickelt und mit diesem haftend verbunden ist, umfaßt.
• Ein derartig beschichtetes Rohr ist in der GB-PS 14 27 260 beschrieben, wobei der Epoxy-Überzug aus einem Harz auf Basis von Bisphenol mit einem Polyaminoamid als Härter und die Außenschicht aus zwei gleichzeitig aufextrudierten Röhren aus Äthylen-Copolymerisat besteht. Die Epoxy-Schicht hat dabei lediglich die Funktion einer Verklebung von Rohr und Außenschicht. Sie wirkt jedoch nicht als reguläre schützende Unterschicht. Das Wickeln des bandförmigen Copolymerisats ist hierbei als gängige Methode genannt. Bezüglich der Dicke der Überzüge nennt die britische Patentschrift einen Grenzwert von 0,1 mm, der nicht überschritten werden soll. Die Überzüge sollen vielmehr einen dicken Bereich umfassen, der geringer ist als die mittlere Rauhtiefe der äußeren Oberfläche des Rohres. Jedoch sind derartig dünne Überzüge in der Regel als Rohrüberzüge, insbesondere als Überzüge für einen großen Durchmesser aufweisende Rohre zur Verwendung in unterirdischen Pipelines zum Gas- oder Öltransport oder Transport von sonstigen Chemikalien aufgrund zahlreicher unerwünschter Eigenschaften, insbesondere der schlechten Beständigkeit gegen kathodische Zerstörung der Bindung, geringe Schlagzähigkeit, geringe Beständigkeit gegen mechanische Durchdringung und dgl., ungeeignet. Zudem erweist sich dieses Verfahren als aufwendig und kostenintensiv, da es nur in der Fabrik und nicht an Ort und Stelle vorgenommen werden kann.
• Weiterhin ist in der US-PS 38 23 045 ein Verfahren zur Beschichtung eines Rohres beschrieben, bei dem eine erste Schicht aus einem auf natürlichem oder synthetischem Gummi basierendem Klebstoff und eine äußere Schicht aus einem thermoplastischen Material aufgebracht wird. Ein Hinweis über die Verwendung eines speziellen Epoxy-Überzugs der direkt am Rohr anhaftet und sich über einen bestimmten Dickenbereich erstreckt, ist dieser Patentschrift nicht zu entnehmen.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen beschichteten Gegenstand in Form eines Metallrohres der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Schutzschicht eine akzeptable Schlagzähigkeit, Beständigkeit gegen mechanische Durchdringung und gegen kathodische Zerstörung besitzt, andererseits aber auch genügend Biegsamkeit aufweist, nicht spröde ist und bei dem keine Spannungen an der Grenzfläche zwischen Rohr und Schutzschicht auftreten. Weiterhin soll dieser beschichtete Gegenstand auf einfache und wirtschaftliche Weise und zudem auch im "vor Ort" herstellbar sein.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Epoxy-Überzug aus einem Bisphenol-A-Polymerisat besteht, daß der Dickenbereich von 0,051 bis 0,25 mm reicht und, daß das Wickelband an dem Epoxy-Überzug mittels eines druckempfindlichen Klebstoffes befestigt ist.
• Vorzugsweise weist die Gesamtdicke des aus Epoxy-Überzug und der bandförmigen Wicklung bestehenden Schutzschicht einen Bereich von 0,15 bis 1,27 mm, insbesondere von 0,30 bis 1,27 mm liegenden Wert auf.
• Überraschend hierbei ist, daß trotz einer Dicke der Epoxyschicht unterhalb der bisher für kritisch gehaltenen Grenze nicht die Nachteile der fehlenden Schlagzähigkeit, Beständigkeit gegen mechanische Durchdringung, Eindruckfestigkeit, Abriebbeständigkeit, Beständigkeit gegen Bodenspannungen und Beständigkeit gegen kathodische Zerstörung der Bindung bei der Anti-Korrosions-Schutzschicht auftreten, obwohl die Gesamtdicke der Schicht bis unter die für Epoxyharze allein für kritisch gehaltene Grenze von 0,3 mm betragen kann, aber auch nicht die Nachteile einer gewickelten oder stranggepreßten thermoplastischen Schicht, die in einer leichten Versprödung, insbesondere bei Kälte, und/oder der komplizierten Herstellungsweise z. B. gemäß der GB-PS 14 27 260 besteht, die nur in der Fabrik geschehen kann. Die Herstellung von erfindungsgemäßen Gegenständen in Form von Metallrohren kann jedoch auch an Ort und Stelle erfolgen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das thermoplastische Band aus Polyäthylen und der Klebstoff aus einem Butylklebstoff.
• Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen des beschichteten Gegenstandes durch Überziehen der Oberfläche des erwärmten Rohres zunächst mit einem Epoxy-Überzug und schraubenförmiges Aufwickeln eines flexiblen thermoplastischen Bandes, das sich dadurch auszeichnet, daß das Epoxyharz auf das Rohr auf elektrostatischem Wege in der gewünschten Dicke aufgebracht wird und daß das zuvor mit dem druckempfindlichen Klebstoff beschichtete Band derart auf das mit dem Epoxy-Überzug versehene Rohr gewickelt wird, daß die Gesamtdicke der Schutzschicht von 0,15 bis 1,27 mm, insbesondere 0,30 bis 1,27 mm, erreicht wird.
• Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein in geeigneter Weise zum Überziehen vorbereitetes beispielsweise durch Kugel- und Sandstrahlen (vgl. US-PS 33 71 806) gesäubertes Rohr auf eine zur Bildung des Epoxy- Überzugs ausreichende Temperatur erwärmt. In der Regel betragen die gewählten Temperaturen etwa 149° bis 316°C, vorzugsweise 204° bis 302°C. Die Temperatur des Rohrs muß hoch genug sein, um das elektrostatisch aufgetragene Epoxypulver zum Schmelzen zu bringen und um eine Aushärtung in 1 bis 4 min zu ermöglichen. Vorzugsweise sollte die Temperatur des Rohrs mindestens 13,9°C über der Schmelztemperatur (FP) des Epoxyharzpulvers liegen. Das Epoxyharzpulver wird in üblicher Weise auf elektrostatischem Wege derart appliziert, daß ein Schmelzüberzug einer Stärke von 0,051 bis 0,25, zweckmäßigerweise 0,051 bis 0,20, vorzugsweise 0,10 bis 0,15 mm entsteht. Das Epoxypulvergemisch enthält pulverförmiges Epoxyharz und in der Regel ein oder mehrere Härtungsmittel, Beschleuniger, Pigment(e), Füllstoff(e) und Steuerstoff(e). Geeignete und typische Epoxymassen werden in der US-PS 40 60 655 beschrieben. Diese Epoxypulver erfordern eine thermische Härtung bis zur thermischen Fixierung, wobei im System üblicherweise ein Katalysator, z. B. ein Amin, eine Säure, ein Borhalogenid und dergleichen, verwendet wird. Oftmals wird vor der Pulverbeschichtung eine flüssige Epoxyhaftschicht aufgebracht. Zur Durchführung einer akzeptablen Epoxybeschichtung muß das Pulvergemisch aufschmelzen und das Rohr benetzen. Diese Stufe des Aufschmelzens und Benetzens vor dem "Erstarren" ist der "Gelzustand" des Harzes. Geeignete "Gelzeiten" sind 5 bis 35, zweckmäßigerweise 10 bis 30, vorzugsweise etwa 15 bis 30 s. Die Gelzeit muß ausreichen, damit der Überzug die Rohroberfläche soweit benetzt, daß er vor der vollständigen Aushärtung des Harzes bis zur vollständigen thermischen Erstarrung ausreichend haftet. Nach dem vollständigen Aushärten (etwa 1 bis 4, vorzugsweise etwa 2 bis 3 min), wird in üblicher bekannter Weise das die äußere Hülle bildende Band in der Regel schraubenförmig appliziert (vgl. US-PS 19 88 628, 36 87 765 und 38 74 418). Das Band kann aus einem mit einem druckempfindlichen Klebstoff beschichteten Polyolefinsubstrat, beispielsweise einem Polyäthylensubstrat einer Stärke von 0,23 mm mit einer 0,10 mm starken Butylkautschukklebstoffschicht auf einer seiner Oberflächen bestehen. Unter dem Ausdruck "Polyolefine" sind auch fluorierte Polyolefine sowie vernetzte Polyolefine, wie man sie bei üblicher Nachbehandlung mit Elektronen- oder γ-Strahlung einer Dosis bis zu etwa 20 Megarad erhält, zu verstehen. Das Band wird auf den gehärteten Epoxyüberzug selbstverständlich derart appliziert, daß die Klebstoffschicht mit dem Epoxyüberzug in Berührung gelangt. In der Regel wird das mit einem Epoxyüberzug versehene Rohr vor Applikation des Bandes auf eine Temperatur unter 200°, zweckmäßigerweise unter etwa 150°, vorzugsweise auf eine Temperatur unter etwa 100°C abgekühlt. Je nach der Art des druckempfindlichen Klebstoffes kann das Rohr weit unter Gefriertemperatur (beispielsweise -50°C, wie sie in der Arktis vorkommen kann) abgekühlt werden, da zur Verwendung bei diesen Temperaturen geeignete Klebstoffe bekannt sind und zur Verfügung stehen. Bei Verwendung von druckempfindlichen Klebstoffen wird jedoch das Band auf das überzogene Rohr vorzugsweise bei Umgebungstemperatur des Rohrs appliziert, weil dabei eine verbesserte Haftung erreicht wird. Die jeweilige Temperatur des mit dem Epoxyüberzug versehenen Rohrs zum Zeitpunkt der Applikation des Bandes ist selbstverständlich nicht kritisch, sofern weder das Band beschädigt noch dessen Haftung an dem Epoxyüberzug beeinträchtigt werden. Die Kühlung kann beispielsweise mit Luft oder Wasser erfolgen. Wenn das Band einen Heißschmelzklebstoff trägt, muß die Temperatur des Rohrs mindestens über der Aktivierungstemperatur des Klebstoffs liegen. In solchen Fällen eignen sich in der Regel Umgebungstemperaturen des Rohres nicht. Wenn der Klebstoff Gruppen enthält, die mit dem Epoxyüberzug reaktionsfähig sind, muß die Temperatur des Epoxyüberzugs, gleichgültig ob es sich bei dem Klebstoff um einen Heißschmelzklebstoff oder einen druckempfindlichen Klebstoff handelt, ausreichen, um die betreffende Reaktion sicherzustellen. Hierbei erhält man dann eine bessere Haftung des Bandes an dem Epoxyüberzug.
• Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Klebebänder erhält man nach üblichen Verfahren, z. B. durch Aufkalandrieren der Klebstoffmasse auf das Substrat, bei dem es sich um eine gegossene, kalandrierte oder extrudierte Folie handeln kann, durch Extrudieren des Klebstoffs auf das Substrat oder gemeinsames Extrudieren des Substrats und des Klebstoffs. Der Klebstoff kann auch ein in üblicherweise durch Pulversprühverfahren aufgebrachter Heißschmelzklebstoff sein. Sämtliche derartige Verfahren sind auf dem Gebiet der Klebebandherstellung bekannt.
• Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Beispiel 1
• 2,4 m eines 2,5 m langen Rohrs werden nach dem Säubern durch Sandstrahlen und Vorerwärmen auf eine Temperatur von 238°C durch Hindurchleiten durch einen Ofen unter Drehen zu einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung gefördert. In dieser wird eine pulverförmige Epoxymasse appliziert, während sich das Rohr unter Drehen weiterbewegt. Auf diese Weise erhält man einen fortlaufenden Schmelzüberzug einer Stärke von 0,15 mm. Die verwendete Epoxybeschichtungsmasse ist in Beispiel 16 der US-PS 35 08 946 beschrieben. Danach wird das beschichtete Rohr zu einer Wasserabschreckvorrichtung gefördert, in welcher das beschichtete Rohr auf eine Temperatur von etwa 66°C abgekühlt wird. Die Zeit, in der das Rohr den Abstand von der Epoxysprühvorrichtung bis zur Kühlstation durchläuft, dauert 2 min. In diesen 2 min erfolgt die Härtung des Epoxyüberzugs. Nach dem Abschrecken tritt das Rohr (aus der Abschreckstation) mit einem gehärteten und trockenen Epoxyüberzug einer Stärke von 0,15 mm aus. Während sich das Rohr noch auf einer Temperatur von etwa 66°C befindet, wird spiralig ein 0,10 mm dickes Band in Form eines hochdichten Polyäthylensubstrats mit einer 0,051 mm dicken Schicht aus einem druckempfindlichen Butylklebstoff (auf den Epoxyüberzug) derart aufgewickelt, daß sich die Stoßstellen überlappen. Das erhaltene mit einem Epoxyüberzug und einer Wickelbandhülle versehene Rohr weist die Vorteile eines 0,30 mm dicken Epoxyüberzugs auf. Darüber hinaus zeigt es eine verbesserte Beständigkeit gegen kathodische Zerstörung der Bindung, eine geringere Anfälligkeit gegen Beschädigung der "zusammengesetzten" Schutzschicht bei der Handhabung und eine sehr gute Witterungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen das Eindringen von Wasser. Ein 0,30 mm dicker Epoxyüberzug alleine läßt hinsichtlich des Eindringens von Wasser, Feuchtigkeit und Salz noch zu wünschen übrig. Darüber hinaus kann ein solcher Überzug gegebenenfalls weich werden und sich rasch von dem Rohr ablösen.
Beispiel 2
• Beispiel 1 wird mit der Epoxyharzbeschichtungsmasse des Beispiels 1 der US-PS 40 60 655 wiederholt. Die Vorwärmtemperatur des Rohrs beträgt 273,9°C. Es werden ausgezeichnete Ergebnisse erhalten.
Beispiel 3
• Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch als Hüllband ein solches aus hochdichtem Polyäthylen einer Stärke von 0,15 mm verwendet wird.
Beispiel 4
• Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch das Hüllband in einer Zwischenstation zwischen der Epoxybeschichtungsvorrichtung und der Wasserabschreckstation 1 min nach der Epoxybeschichtungsvorrichtung appliziert wird. Man erhält ein qualitativ hervorragendes Produkt.
Beispiel 5
• Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch das Hüllband entsprechend Beispiel 4 appliziert wird. Die Oberflächentemperatur des beschichteten Rohrs beträgt etwa 177°C. Als Klebstoff wird ein handelsübliches Äthylen/Acrylsäure-Mischpolymerisat mit 8% Acrylsäureeinheiten und einem Schmelzindex von 5,5 verwendet.

Claims (7)

1. Beschichteter Gegenstand in Form eines Metallrohres insbesondere aus Stahl mit darauf aufgetragener Anti-Korrosions-Schutzschicht, wobei die Schutzschicht einen an dem Rohr anhaftenden Epoxy-Überzug einer Dicke, die in einem Werte von nicht mehr als 0,1 mm einschließenden Dickenbereich liegt und ein durch Spritzpressen hergestelltes thermoplastisches Band, welches schraubenförmig über den Epoxy-Überzug gewickelt und mit diesem haftend verbunden ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxy-Überzug aus einem Bisphenol-A-Polymerisat besteht, daß der Dickenbereich von 0,051-0,25 mm reicht und daß das Wickelband an dem Epoxy-Überzug mittels eines druckempfindlichen Klebstoffes befestigt ist.

2. Beschichteter Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke des aus Epoxy-Überzug und der bandförmigen Wicklung bestehenden Schutzschicht einen im Bereich von 0,15 bis 1,27 mm, insbesondere von 0,30 bis 1,27 liegenden Wert aufweist.

3. Beschichteter Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Band aus Polyäthylen besteht.

4. Beschichteter Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff aus einem Butylklebstoff besteht.

5. Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands in Form eines Metallrohres nach den Ansprüchen 1 bis 4 durch Überziehen der Oberfläche des erwärmten Rohres zunächst mit einem Epoxy-Überzug und schraubenförmiges Aufwickeln eines flexiblen, thermoplastischen Bands auf den Epoxy-Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz auf das Rohr auf elektrostatischem Wege in der gewünschten Dicke aufgebracht wird, und daß das zuvor mit dem druckempfindlichen Klebstoff beschichtete Band derart auf das mit dem Epoxy-Überzug versehene Rohr gewickelt wird, daß die Gesamtdicke der Schutzschicht in einem Bereich von 0,15 bis 1,27 mm, insbesondere von 0,30 bis 1,27 mm liegenden Wert liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Epoxypulver ein Bisphenol-A-Polymer mit endständigen Epoxidgruppen, einer Gelzeit von etwa 5 bis etwa 35 s und einer Härtedauer von etwa 1 bis 4 min bei 250°C verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz auf das auf eine Temperatur von mindestens 13,9°C über der Schmelztemperatur (FP) des Epoxyharzes erhitzte Rohr aufgebracht wird.