CH645178A5 - Tuyau revetu d'un enduit et procede de fabrication. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un tube revêtu extérieurement d'un enduit, et elle se rapporte plus particulièrement à un tube en acier ayant un revêtement de protection contre la corrosion avec une première couche époxy et une seconde couche externe d'un ruban enroulé, cette dernière couche étant généralement à base d'une poly-oléfine, de préférence du polyéthylène, contenant un moyen pour effectuer la liaison à la couche époxy. Ce moyen peut être un adhésif à fusion chaude (c'est-à-dire dont l'adhésivité est activée par les températures élevées) ou bien un adhésif sensible à la pression.
Les produits uniques selon l'invention comprennent un substrat d'un tube en acier, un revêtement époxy ayant de l'ordre de 0,05 à 0,25 mm, de préférence de 0,05 à 0,2 mm, et mieux de 0,1 à 0,15 mm, et un revêtement externe en un ruban flexible, généralement appliqué en spirale au revêtement époxy, contenant un moyen adhésif de collage pour liaison au revêtement époxy. Le revêtement externe en ruban peut avoir une épaisseur variant entre 0,1 et environ 1,25 mm; ainsi, l'épaisseur totale du revêtement est comprise entre 0,15 et environ 1,25 mm, et de préférence entre 0,3 et 1,25 mm.
Par ailleurs, des revêtements époxy ayant moins d'environ 0,3 à 0,35 mm ne sont généralement pas acceptables comme revêtements pour des tubes, et en particulier pour des tubes de grand diamètre à utiliser dans des pipe-lines souterrains pour le transport du gaz, du pétrole ou d'autres produits chimiques, à cause, comme on l'a mentionné ci-dessus, des nombreuses propriétés qui sont loin d'être satisfaisantes, en particulier de la mauvaise résistance au décollage cathodique, aux chocs, à la pénétration mécanique, etc. Par ailleurs, des revêtements de 0,3 à 0,35 mm et plus sont contre-indiqués à cause de l'augmentation du manque de flexibilité, de la fragilité et des contraintes interfaciales par refroidissement de l'époxy sur le tube; on a maintenant trouvé que les avantages ci-dessus d'un revêtement époxy pouvaient être maintenus, et même améliorés, et que les déficiences diminuaient en employant un revêtement époxy plus mince avec un ruban l'entourant.
L'application d'un enroulement en ruban sur un revêtement en époxy de 0,3 à 0,35 mm, tout en ajoutant éventuellement certains avantages, ne résout pas les problèmes de la fragilité du revêtement époxy et des contraintes interfaciales tube/époxy et, par ailleurs, un tel système n'est pas économiquement possible.
Dans le procédé général pour obtenir les produits selon l'invention, on prévoit un tube, préparé de façon adaptée pour un revêtement (c'est-à-dire nettoyé, etc.), ce tube étant à une température élevée suffisante pour former le revêtement époxy. La préparation du tube est faite de toute façon habituelle connue, par exemple par gre-naillage et jet de sable. On peut, par exemple, se référer au brevet U.S. N° 3371806 au nom d'Anderson. Le tube est alors transporté à tout moyen approprié (comme un four) pour le chauffer à une température choisie. En général, la température choisie est comprise entre environ 150 et 316°C, et de préférence entre 204 et 302° C. La température du tube doit être suffisamment élevée pour fondre la poudre époxy appliquée électrostatiquement et effectuer un durcissement en 1 à 4 min. De préférence, la température du tube doit être supérieure d'au moins 14°C au point de fusion de la poudre de résine époxy. Ensuite, le mélange de résine époxy est appliqué électrostatiquement, par un moyen traditionnel, pour former une épaisseur du revêtement fondu de 0,05 à 0,25 mm, de préférence de 0,05 à 0,2 mm, et mieux de 0,1 à 0,15 mm. Le mélange de poudre époxy se compose de la résine époxy en poudre et généralement d'un agent durcissant, d'un accélérateur, d'un pigment, d'une charge ou d'un agent de contrôle, ou de plusieurs d'entre eux. Des compositions époxy appropriées et typiques sont révélées dans le brevet U.S. N° 4060655. Afin d'effectuer un revêtement époxy satisfaisant, le mélange doit fondre et humidifier le tube. Ce stade de fusion et d'humidification, mais avant prise ou durcissement, est le stade gel de la résine. Des temps appropriés de gel sont de l'ordre de 5 à 35 s, de préférence de l'ordre de 10 à 30 s, et mieux de l'ordre de 15 à 30 s. Le temps de gel doit être suffisant pour que le revêtement mouille de façon appropriée la surface du tube pour une adhérence et un collage satisfaisants avant durcissement complet de la résine à son stade totalement thermodurci. Après durcissement complet, qui se produit en un temps de l'ordre de 1 à 4 min et de préférence de l'ordre de 2 à 3 min, l'enveloppement externe du ruban est appliqué, généralement en spirale, par des techniques traditionnelles (voir par exemple les brevets U.S. Nos 1988628, 3687765 et 3874418). Le ruban peut être un substrat en polyoléfine enduit d'un adhésif sensible à la pression comme, par exemple, un substrat en polyéthylène de 0,25 mm avec un adhésif en butylcaoutchouc de 0,1 mm sur une surface. Le ruban est bien entendu appliqué à la couche époxy durcie avec la couche adhésive en contact avec cette dernière. Habituellement, le tube revêtu d'époxy est refroidi à une température inférieure à environ 93° C, de préférence en dessous d'environ 66° C, et mieux en dessous d'environ 38° C, avant application du ruban. Selon la nature de l'adhésif sensible à la pression, le tube peut être refroidi à des températures bien en dessous de la congélation, comme des températures arctiques (comme environ — 45° C), car des adhésifs appropriés à utiliser à ces températures sont bien connus. Il est cependant préférable, en utilisant des adhésifs sensibles à la pression, d'appliquer le ruban au tube enduit tandis que le tube est au-dessus des températures ambiantes, pour effectuer un meilleur collage. La température particulière du tube enduit d'époxy au stade d'application du ruban n'est évidement pas critique tant qu'elle ne dégrade ni affecte de toute autre façon le ruban et sa liaison au revêtement époxy. On peut citer, comme méthodes de refroidissement que l'on peut utiliser, par exemple l'air et l'eau. Si le ruban porte un adhésif à fusion chaude ou thermoplastique, la température du tube doit être au moins supérieure à la température d'activation de l'adhésif et, dans de tels cas, des températures ambiantes du tube ne seront pas appropriées. Si l'adhésif contient des groupes réagissant avec le revêtement époxy, que l'adhésif soit thermoplastique ou sensible à la pression, la température du revêtement époxy doit être suffisante pour assurer cette réaction, afin d'obtenir une meilleure liaison du ruban au revêtement époxy.
Les rubans à utiliser dans l'invention sont faits par des techniques traditionnelles, par exemple par calandrage de la masse adhésive sur le substrat (qui peut être une feuille coulée, calandrée ou ex-trudêe), en extrudant l'adhésif sur le substrat ou en coextrudant le substrat et l'adhésif. Toutes ces méthodes sont bien connues.
Les exemples qui suivent serviront à illustrer la présente invention, sans en aucun cas en limiter le cadre.
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Exemple 1:
Un tube de 25,4 cm ayant 2,438 m de long, après nettoyage par jet de sable et prêchauffage à 238° C par passage à travers un four, est transporté, en tournant, vers une station de revêtement par pulvérisation électrostatique où une composition époxy en poudre est appliquée, tandis que le tube se déplace en tournant, jusqu'à une épaisseur continue du revêtement fondu de 0,15 mm. La composition du revêtement époxy utilisé est décrite dans l'exemple 16 du brevet U.S. N° 3508946. Le tube enduit est alors transporté à une station de refroidissement à l'eau pour refroidir le tube enduit à environ 66° C. Le temps de parcours du tube entre la station de pulvérisation d'époxy et la station de refroidissement est de 2 min, ce qui permet le durcissement du revêtement époxy. Après refroidissement à l'eau, le tube émerge avec un revêtement époxy durci et sec de 0,15 mm et, tandis qu'il est encore à environ 66° C, un ruban de polyéthylène de forte densité (0,1 mm), portant un adhésif de butyl-caoutchouc sensible à la pression (0,05 mm), est appliqué en spirale avec chevauchement aux joints. Le tube résultant enduit d'époxy et entouré d'un ruban présente les caractéristiques avantageuses d'un revêtement en époxy de 0,3 mm et, de plus, il présente de meilleures propriétés contre le décollage cathodique, la couche composée de protection est moins endommagée lors d'une manipulation, et il a une très bonne résistance aux intempéries et à la pénétration de l'eau. Un revêtement en époxy de 0,3 mm seul n'est qu'assez bon par son imperméabilité à l'humidité, à l'eau et au sel, et un tel revêtement (c'est-à-dire 0,3 mm d'époxy seul) s'amollira éventuellement et pourra facilement être mécaniquement décollé du tube.
Exemple 2:
On répète l'exemple 1, à l'exception que le revêtement de résine époxy utilisé est celui décrit dans l'exemple 1 du brevet U.S.
N° 4060655 et que le tube est préchauffé à 274° C. On obtient d'excellents résultats.
Exemple 3:
5 On répète de nouveau l'exemple 1, à l'exception que le ruban de recouvrement externe est en un polyéthylène de forte densité (0,15 mm).
Exemple 4:
io On répète l'exemple 3, à l'exception que le recouvrement externe est appliqué à une station entre la station de revêtement époxy et la station de trempe ou refroidissement à l'eau, 1 min en aval de la station de revêtement époxy. On obtient un produit remarquable.
15 Exemple 5:
On répète l'exemple 2, à l'exception que le recouvrement externe est appliqué comme à l'exemple 4 (température du tube enduit de l'ordre de 177°C) et que l'adhésif est un copolymère éthylène/acide acrylique contenant 8% d'acide acrylique et ayant un indice de fu-20 sion de 5,5 (DOW EAA 455).
Le terme polyoléfine, tel qu'utilisé ici, englobe les matières équivalentes, comme par exemple les polyoléfines fluorées, ainsi que les substances sous forme réticulée, comme celles obtenues par un traitement subséquent classique avec des doses de radiation électronique 25 ou gamma allant jusqu'à environ 20 Mrad.
De plus, bien que dans la forme d'exécution préférée qui a été décrite le revêtement externe soit fait d'un enroulement de ruban, la couche externe de polyoléfine peut aussi être appliquée par les techniques classiques de projection de poudre, si désiré avec projection 30 d'une poudre d'adhésif thermofusible pour améliorer la liaison de la polyoléfine à la sous-couche époxy.
R
Claims (22)
- 6451782REVENDICATIONS1. Article revêtu, caractérisé en ce qu'il se compose d'un tube en métal avec une couche de protection, ladite couche comprenant une première couche liée audit tube en un revêtement époxy dérivé d'un polymère de bis-phénol A ayant de 0,05 à 0,25 mm d'épaiseur et un ruban ou une enveloppe, en un polymère thermoplastique, enroulé de façon adhésive sur ledit revêtement époxy, ladite couche de protection ayant entre 0,15 et 1,25 mm d'épaisseur.
- 2. Article selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube précité est en acier.
- 3. Article selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enroulement en ruban est en un polymère thermoplastique portant une couche adhésive à la surface en contact avec le revêtement époxy précité.
- 4. Article selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ruban de polymère précité est un ruban de polyéthylène.
- 5. Article selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche protectrice est comprise entre 0,3 et 1,25 mm.
- 6. Article selon l'une des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'adhésif précité est un adhésif sensible à la pression.
- 7. Article selon l'une des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'adhésif précité est un polymère à fusion chaude.
- 8. Article selon la revendication 7, caractérisé en ce que le polymère à fusion chaude précité est lié chimiquement au revêtement époxy précité.
- 9. Article selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le polymère à fusion chaude précité est un interpolymère éthylè-ne/acide acrylique.
- 10. Article selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le revêtement époxy précité est dérivé d'un polymère de bis-phénol A ayant des groupes époxy terminaux, une période de gel de 5 à 35 s à 250° C et une période de durcissement de 1 à 4 min.
- 11. Article selon l'une des revendications 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'adhésif précité est un adhésif à base de butylcaoutchouc.
- 12. Procédé de préparation d'un tube en métal revêtu, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer le tube, à appliquer électrostati-quement une poudre de résine époxy fusible, dérivée d'un polymère de bis-phénol A, à la surface externe du métal, pour former un revêtement continu ayant entre 0,05 et 0,25 mm d'épaisseur, et à enrouler ensuite en spirale un substrat flexible en un polymère thermoplastique ayant une face adhésive, afin que l'épaisseur dudit revêtement époxy et dudit enroulement en ruban soit comprise entre 0,15 et 1,25 mm.
- 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la poudre époxy précitée a un temps de durcissement de 1 à 4 min à 250° C.
- 14. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la température du tube précité est au moins supérieure de 14'C à la température de fusion de la résine époxy précitée.
- 15. Procédé selon l'une des revendications 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que le substrat flexible précité est du polyéthylène et en ce que la face adhésive précitée est un adhésif à base de butylcaoutchouc.
- 16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que l'épaisseur totale du revêtement est comprise entre 0,3 et 1,25 mm.
- 17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le substrat flexible précité est du polyéthylène, et en ce que la face adhésive précitée est un adhésif thermoplastique éthylène/acide acrylique à fusion chaude.
- 18. Procédé pour la préparation d'un tuyau métallique revêtu, caractérisé en ce que sur une première couche liée au tuyau, formée d'un revêtement époxy dérivé d'un polymère du bis-phénol A ayant une épaisseur de 0,05 à 0,25 mm, une enveloppe thermoplastique est appliquée par une technique de projection de poudre et est liée adhé-sivement au revêtement époxy, ladite couche de protection ayant une épaisseur de 0,15 à 1,25 mm.
- 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'enveloppe thermoplastique est liée au revêtement époxy par un adhésif thermofusible appliqué par une technique de projection de poudre.Le revêtement d'un tube en acier utilisé dans la construction de pipe-lines pour le transport de gaz ou de pétrole peut être effectué au-dessus de la tranchée ou peut être appliqué en usine. Evidemment, la différence majeure réside dans la meilleure qualité du produit fini fait en usine, et un facteur majeur de cette qualité supérieure réside dans la meilleure qualité du nettoyage et de la préparation de la surface du tube. Il est, bien entendu, également évident que l'équipement en usine est généralement plus sophistiqué et que les conditions opérationnelles sont plus faciles à contrôler, ce qui conduit également à un meilleur produit. Théoriquement, ce qui peut être fait en usine peut également être fait au-dessus de la tranchée, mais dans la pratique cela n'est habituellement pas le cas.Il y a quatre catégories majeures de revêtements externes anticorrosion actuellement utilisés pour des tubes de pipe-lines.1. Des mastics d'émail de goudron de houille et d'asphalte appliqués à chaud en couches relativement épaisses (0,05 mm) et couramment renforcés, à l'extérieur, de feuilles de verre ou d'amiante. Tandis que de tels revêtements sont considérés comme représentant plus de la moitié des revêtements appliqués en usine aux Etats-Unis d'Amérique, le danger présenté dans leur utilisation annonce une diminution de la popularité de cette catégorie. Par ailleurs, ces produits présentent une faible résistance aux chocs, une faible résistance à la pénétration mécanique, une faible résistance à l'usure, une mauvaise stabilité aux conditions de contraintes du sol, et sont considérés comme étant faibles du point de vue de la résistance aux entailles, à la flexion du tube, à un décollage cathodique et aux hydrocarbures solvants.
- 2. Revêtements par extrusion d'une résine thermoplastique (typiquement 1 mm). Dans la pratique, le polyéthylène a virtuellement le monopole dans ce domaine. La technique peut concerner une extrusion tubulaire sans soudure sur le tube, ou une extrusion d'une feuille à plat enroulée sur le tube. Dans la plupart des cas, le polymère est appliqué sur une couche de mastic précédemment appliquée (par exemple bitumineuse). Ces revêtements montrent de meilleures propriétés que celles mentionnées ci-dessus pour les revêtements d'émail et de goudron de houille appliqués à chaud, à l'exception de la résistance aux hydrocarbures solvants.
- 3. Système de revêtement en ruban (typiquement 0,5 à 2 mm). Cette technique a été développée, entre autres, pour obtenir une méthode améliorée et valable sur la tranchée, mais c'est bien entendu également un bon système pour une utilisation en usine. Un ruban du type protection contre la corrosion est enroulé en spirale autour d'un apprêt à base de caoutchouc (précédemment appliqué), et un second ruban d'enroulement externe en matière plastique peut alors être appliqué. Les rubans sont généralement des couches de polyéthylène avec un revêtement adhésif activé par un solvant sensible à la pression. Les propriétés présentées par un tube revêtu par ce système sont semblables à celles des tubes revêtus par extrusion.
- 4. Revêtements collés par fusion. Une poudre thermoplastique est appliquée électrostatiquement au tube chaud où elle fond, adhérant au métal et se fondant à lui. Seuls trois matériaux de base ont été largement utilisés, le polyéthylène, des poudres vinyliques et époxy, seules ces dernières ayant eu un succès commercial aux Etats-Unis d'Amérique. Chimiquement, ce sont généralement des polymères de bis-phénol A avec des groupes terminaux époxy.Les époxy nécessitent un durcissement thermique et, habituellement, on utilise un catalyseur dans le système (aminés, acides, halo-génures de bore, et autres). Souvent, un apprêt époxy liquide est utilisé avant le revêtement en poudre. Typiquement, les revêtements époxy ont de l'ordre de 0,3 à 0,35 mm d'épaisseur pour avoir au51015202530354045505560653645 178moins une résistance acceptable au décollage cathodique, bien que, dans l'article de M.D. Simpson «External Protection of Steel Pipes Using Epoxy Powder Coatings» (Contribution SI) présenté à la seconde conférence internationale concernant la protection interne et externe des tubes (Angleterre, septembre 1977), il soit indiqué ce qui suit (page X2) : «Du goudron de houille bitumineux et du polyéthylène doivent être appliqués sur une épaisseur relativement importante, mais les revêtements en poudre époxy donnent une excellente protection sur une épaisseur qui peut n'être que de 3 mm.»Il est évident que «3 mm» doit se lire «0,3 mm»; néanmoins,cette valeur représente toujours un revêtement relativement épais avec les inconvénients qui en découlent, c'est-à-dire fragilité, manque de flexibilité et contraintes à l'interface tube/époxy.Afin d'effectuer un revêtement époxy satisfaisant ayant une résistance satisfaisante aux chocs, à la pénétration mécanique, aux entailles, à l'usure, aux contraintes du sol et au décollage cathodique, il est reconnu qu'il faut un revêtement ayant de l'ordre de 0,3 à 0,35 mm d'épaisseur.Certains brevets en rapport avec l'application d'un enveloppement ou enrobage d'une matière thermoplastique sur un tube sont les suivants: brevets U.S. Nos 3616006 au nom de Landgrof,3687765 au nom de MacLean et al., 3802908 au nom d'Emmons et 3823045 au nom de Hielema. Le revêtement d'un tube par extrusion est enseigné dans le brevet U.S. N° 2820249 au nom de Colombo. Des revêtements époxy sont décrits dans les brevets U.S. Nos 4060655, 3578615, 3508946 et 3258032. Tous ces brevets sont incorporés ici à titre de référence.
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