DE2354731A1

DE2354731A1 - Rohrartiger gegenstand aus polytetrafluoraethylen mit einer metalleinlage

Info

Publication number: DE2354731A1
Application number: DE19732354731
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: Ugine Kuhlmann SA
Current assignee: Ugine Kuhlmann SA
Priority date: 1972-11-06
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1974-05-09
Also published as: GB1417305A; DE2354731B2; BE806115A; ES420109A1; DE2354731C3; IT997785B; FR2205396A2; FR2205396B2

Description

PATENTANWALY DRYING. LOTTERHOS

600OFRANKFIIRT(MAIn)

ANNASTRASSE 19 . FERNSPRECHER: C0S11) 555061 TELEGR'AMMEiLOMOSAPATENT" . LANDESZENTRALBANK 50007149 - . POSTSCHECK-KONTQFFM-Ki(S? FRANKFURT(MAIHh

• hi/κι - ■ ■ -.'

Produits.Chimiq.ues Ugine Kuhlmann, 25» -Boulevard de .I¹ Amiral Bruix, Paris. . ■

Rohrartiger Gegenstand aus.Polytetrafluorethylen mit einer Metalleinlage.

Aus dem Hauptpatent (Anmeldung P 2o ο 3 689„9-16) sind rohrartige Gegenstände aus Pöiytetrafluoräthylen mit einer Metalleinlage "bekannt, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Metalieinlage aus durchbrochenem Material besteht und auf ihrer einen Seite, welche die geschützte Fläche darstellt,. vollständig mit einer zusammenhangenden Schicht aus Pöiytetrafluoräthylen überzogen ist Und. das Pöiytetrafluoräthylen ausgehend von dieser . Beschichtung die Zwischenräume der Metalleinlage durchdrungen hat und auf der anderen Seite einen zumindest teilweisen TJeberzug gebildet hat. Diese Gegenstände werden durch Jcaltes Komprimieren von Polytetrafluoräthylenpulver in einer Pressform und anschilessendes Sintern ohne Druckanwendung hergestellt. Vorzugsweise erfolgt die Komprimierung isostatisch mittels des Drucksacherfahrens· Die Metalleinlage besteht aus Stahl, vorzugsweise legiertem Stahl, wie Weichstahl oder Edelstahl. Es werden Gitter oder perforierte Bleche verwendete

Derartige Gegenstände sind dimensionsbeständig und für übliche Anwendungen unter Druck und Temperaturschwankungen durchaus befriedigend. Bei besonders hohen Beanspruohungezt, insbesondere

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bei wiederholtem Semperaturweciisel ait grossen Temperaturdifferenzen, beispielsweise zwischen -2oο und +25o°C, können jedoch bei diesen Gegenstanden Deformationen und Risse entstehen, da der Ausdehnungskoeffizient des Polytetrafluorathylens zehnmal grosser ist als der von StahXo

Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen laohteilen abzuhelfen und Gegenstände in Form von Rohren und Rohrleitungselementen zu schaffen, die ohne Schaden in den thermischen Anwendungsgrenzen von Polytetrafluorathylen, α. h. bei Temperaturen zwischen -2oo und +25o°C, verwendet werden können.

Die Erfindung betrifft demnach einen rohrartigen Gegenstand auf Basis von 'Polytetrafluoräthylen mit einer durchbrochenen Metalleinlage aus Streckmetall, die auf der Innenseite vollständig von Polytetrafluoräthylen "bedeckt ist. Der Gegenstand wird mittels des isostatischen Pressverfahrens hergestellt und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrachse senkrecht zur Streokrichtung des Streckmetalls stent und dass Metallart sowie Gestalt und Dimensionen der Maschen des Steckniet al Is so gewählt sind,- dass es sich bei TemperatursaxLerungen zusammen mit dem Polytstrafluorathylea. elastisch verformen kann.

Es genügt also nich^ aas Material der Streekmetal-Leinlage, z. B. Stahl, auszuwählen, sondern man muss Tafeln aus Streckmetall verwenden, das genau, bestimmte Merkmale aufweist.

Bekanntlich erhalt man Streckmetall durch Ausstanzen von Stahl blechtafeln raid Auseinanderziehen der Durchbruche, die dann eine Folge von rautenförmigen Maschen, die durch Metallstege getrennt sind,» darstellen.

1 zeigt perspektivisch ein Element einer Streckmetalltafel, Die Streckrichtung ist die des Pfeiles F» Ein solches Element ist durch folgende drei Kennziffern charakterisiert %

1. nenmass L der Masche, ausgedrückt in m.-

2. Breite der Stege a._s ausgedrückt in 1/1o mm«

3. Dicke des ursprünglichen Blechs β-, ausgedrückt in 1/1o mm.

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Beispielsweise bezeichnet die Angabe i6-2o~To ein Streckmetall mit der Masckengrösse 16.mm, der Stegbreite 2o/1o mm und der Blechdicke 1ο/ΐο mm_c Die Streekrichtung ist die Richtung, in der die Ausdehnung zur Erzeugung der rautenförmigen Maschen stattgefunden hat. Ein Streckmetall ist ferner durch -die JMatur seines Metails charakterisiert.

Zur erfindungsgemässen Herstellung von Rohren und Rohrleitungselementen verwendet man ebensο wie im Hauptpatent die isost at isehe Pressung, bei der ein Pulver zwischen einer dünnen Form und einer verformbaren Gummiwandung komprimiert wird₉ indem diese Einheit in einem abgeschlossenen Raum unter hohen Druck gesetzt wird. Da der Druck auf beide Flächen ausgeübt wird, kann man dünnwandige Formen verwenden₉ ohne dass diese durch den hohen Druck (3po 'bis 35o bar) deformiert werden»

Bei einer Variante/der hydrostatischen Pressung^wird das Pulver zwischen einer verformbaren Gummiwand und einer druckfesten Form komprimiert» Diese zweite Methode wird bei gewissen Varianten des Verfahrens angewendet=

Für die Ziele der Erfindung wird für die Metalleinlage ein Streckmetall von ausgewählten Eigenschaften verwendet_s das den thermisch "bedingten Formveränderungen folgen kam. Perforierte 'Bleche oder Metallgitter haben bei starken thermischen Beanspruchungen keine Anpassungsfähigkeit an die Formverande- ' rungen. Hingegen ist das Streckmetall mit seinen rautenförmigen Maschen zu Langenänderungen in den zwei Dimensionen einer Ebene ' befähigt. "' ' ' \

Das Streckmetall dient als Armatur und wird daher- an der Aussenseite der Rohre, die zum Transport korrodierender Produkte dienen, angeorndet. ,..-'.

üJrfindungsgemass wird das Streckmetall gemass einer Achse _s &ie_ senkrecht zur Streckrichtung gerichtet ist., zusammengerollt.

Fig. 2 zeigt eine Safel.2 aus Streckmetall₉ deren Streckrichtung

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senkrecht zur AcJb.se-X - X des herzustellenden Rohres verläuft. Dieses Merkmal gestattet es auch, im Endstadium der Bearbeitung Plansche u. dgl. sachgemass und ohne Schwierigkeiten auszubilden.

Nach dem Zusammenrollen werden die einzelnen Maschen miteinander verschweisst. Dieses Metallrohr soll vollkommen zylindrisch sein, damit es sich vollkommen an die Wandung der Form anlegen kann. Wenn dies' nicht der Fall ist, erhält man eine ungleichmassige Diekenausbildung der zwischen der Einlage und der Eonrinnenwand befindlichen Poiytetrafluoräthylenschicht, und es können während der Sinterung Spannungen und Deformationen am Rohr entstehen* Vor der Formung wird das Streckmetall auf 4oo°C erhitzt, um Spuren von OeI und anderen organischen Substanzen zu entfernen. Solche Stoffe können sich später zersetzen und während der Sinterung zu einer Verfärbung des Polytetrafluoräthylens fuhren.

„Die Natur und Struktur des Streckmetalis spielt eine entscheidende Rolle für die Zwecke der Erfindung.

Im Verlaufe der Sinterung unterliegt ein nach dem isostatischen Verfahren geformtes Rohr einer Durchmesserschrumpfung zwischen 5 und 1o %, ^eTLH das Streckmetall der Armatur zu starr ist, wirkt es dieser Schrumpfung entgegen und es entstehen innere Spannungen, die bis zur Rissbildung führen können. Man muss daher ein Streckmetall verwenden, bei dem das Verhältnis von Maschengrösse zum Querschnitt der Stege so gewählt ist, dass die Maschen ausreichend deformierbar sind, um dem Polytetrafluoräthylen während seiner Schrumpfung folgen zu können. Dieses Verhältnis ist abhangig vom Durchmesser des Rohres und der Dicke des Polytetrafluorathylens.

Ferner müssen die Maschen eine ausreichende G-rösse haben, damit das Polytetrafluoräthylen während der isostatischen Pressung bzw. Formung vollständig ins Innere der Maschen eindringen bzw. durchdringen kann und hierbei richtig komprimiert wird

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und sich fest an den Stegen verankerte Es wurde-gefunden, dass bei einer Masche, die für die Schrumpfung während,der Sinterung ausreichend geschmeidig bzw, nachgiebig ist₉ ein Rohr entsteht, das ohne Rissbildung wiederholte starke Temperaturweehsel erträgt. Solche Maschen folgen· vollständig durch entsprechende
Formänderung der jeweils eintretenden Ausdehnung und Zusammenziehung des Polymeren. ' .

Die-Erfindung gibt dem Fachmann eine Anweisung₉ mit der er beurteilen kann, welches Streckmetall für den jeweils vorliegenden Fall angebracht ist. Yorversüohe mit Proberohren, die
Zyklen mit Erwärmung und Abkühlung zwischen -2pο und +25o°C .
unterworfen werden, können leicht durchgeführt werden.

Weitere Einzelheiten werden anhand\&ex Zeichnungen erläutert.
Die bereits besprochene Figo 1 seigt perspektivisch ein-maschenelement des StreckmetallsΌ Fig₉ 2 zeigt ein© Tafel des Streckmetalls während des Zusammenroiiens^ Figo-. 3 &eigt sohematisch
und im Längsschnitt eine Vorrichtung zur Herstellung ein©s
Rohres mittels isostatischer Pressung und Formung₀ Fig_e 4
zeigt in vergrössertem jytasstab einen Äussoimitt aus der Torrichtung der Fig. 3 bei der Füllung mit Polytetr®fluoräthylenpulver. Fig. 5 zeigt den Ausschnitt der Figo 4 bti■der Komprimierung mittels des hydraulisehta.Drucks Po fig« β ist der
Längsschnitt einer Vorrichtung s-ur isostatischen Fonnung eines Rohres mit einem kegelstumpf örmi gen Zwischenstück. Fig. 7
zeigt das gemäss Fig. 6 hergestellt© Rohr- mit seinen Verbindungsteilen.

Bezugnehmend auf die Fig» 3 bis 5 wird ein Rohr mittels isostatischer Formung folgendermassen hergestellt:

In dem formgebenden Rohr 1 aus rostfreiem Stahl oder Aluminium wird zunächst das Streckmetallrohr 2 angeordnet. Dann, wird konzentrisch zum äusseren Rohr die auf einer durchlöcherten Hohlstange 4 befindliche sehlauchförmige Gummimembran 3 eingebracht, Ein unteres Endstück 5 sichert zugleich'die Konzentrizutat und

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die Abdichtung dies Innenteils der Form.

Die so zusammengesetzte Einheit umfasst also das Aussenrohr, welches die Form darstellt, .die Armatur₉ einen, ringförmigen Hohlraum zur Aufnahme des Kunststoffpulvers raid die deformier bare Wandung, welche die Rolle eines druokausuöenden Elements spielt.

Bei vertikaler Stellung dieser Einheit wird in den Hingraum · Polytetrafluoräthylenpulver f eingefüllt« Zur einwandfreien Formung muss dieses Pulver folgende Eigenschaften aufweisen;

1. Es muss gut fliessbar sein, um eine mögliciist homogene Füllung zu gewährleisten.

2. Es muss eine hohe scheinbare Dichte aufw©isen_s um ein© zuweitgehende Verformung des Gummischlauche© au vermeiden«.

Die Dicke des fertiggestellten Rohres kann in Abhängigkeit von dieser scheinbaren Dichte reguliert werd@n_? isid©ii man den Ringraum zwischen dem formgebenden Rohr wad dem Gummischiauch verändert. -

Die Füllung kann durch Vibration oder Ers©hütterung erleichtert werden, z. B. mittels einer pneumatischen Me ils el vorrichtung, deren Werkzeug durch einen Kopf aus Polytetrafluöräthylen oder einem anderen Kunststoff ersetzt, ist, .

Nach der Füllung wird das obere Endstück 5 aufgesetzt, um die Form hermetisch zu verschliessen. Dieses Endstück hat einen durch ein Ventil verschliessbaren Kanal zur Evakuierung des mit Pulver gefüllten Ringräums·" Durch die Evakuierung wird vermieden, dass zwischen und in den Körnern des Kunststoffes befindliche Luft während des Komprimierens Fehler verursachen kann ο

Die eigentliche isostatische Formung besteht darin, dass die oben beschriebene Einheit in ein Druckgefäss 6 eingetaucht wird«, Der Druck P wird durch mittels einer mechanischen Pumpe·

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komprimiertes'Wasser ausgeübt. Man wendet einen Druck von 25o bis 35o bar an, der progressiv in.'z. U. 5 iviinuten aufgedrückt und während einiger Minuten -aufrechterhalten wird. Dann wird der Druck ohne besondere Yorsichtsmassnahmen aufgehobene " . ·_-.,..■-.

JMach Oeffnung des isostatischen Druckgefasses werden die Endstücke 5 abgenommen, der Hohlstab 4 mit dem Gummisohlauch 3 herausgenommen und sodann das" geformte und gepresste Rohr herausgezogen. . ' -

Das noch nicht gesinterte Rohr wird in horizontaler' Lage für 2 Stunden in einem belüfteten auf 3So⁰G eingestellten Heizschrank gebracht und dann warm herausgenommen= Dann wird ein Stahlrohr, das einen etwas grpsseren Aussendurchmesser als der Innendurchmesser-des Polytetrafluorathylenrohrs hat, schnell in der Wärme in das gesinterte Rohr, das noch im Gelzustand ist, hineingeschobenj worauf man in der umgebenden Luft abkühlen lässt.. . , , .

Hach Abgleichung der Ränder werden Flansche oder sonstige Verbindungsteile herausgearbeitet _? indem in der Warme progressiv aufgeweitet wird, ζ. B-. mittels ein.es konischen Werkzeugs oder nat einer Rändelmaschine» Zur Rohrverbindung sind Bügel, Flansehplatten oder dergleichen vorgesehen.

Jedes Rohr wird sogleich geprüft,, indem es unter Druckluft von 2 kg in fasser gebracht wird« Auf diese Weise wird die Dichtheit des fertigen' Rohrs geprüft«.

Man kann auch gefärbte Rohre herstellen, indem vor der Sint'e-rung eine Dispersion von pigmentiertem Po Iy te traf luor äthylen auf die Aussenfläehe des Rohrs aufgesprüht wird.

Fig. 6 zeigt die Herstellung eines Rohrs mit einem kegelstumpfförmigen Zwischenstück. Hierzu wird das zylindrische iOrmungsrohr der Pig. 3 bis 5 durch das mit einem kegelstumpfförmigen Zwischenstück versehene iOrmungsrohr 1 ο ersetzt. Die Armatur ist entsprechend gestaltet ebenso wie der Hohlstab·14 und der

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-B-

Gummisciilauch 13. Zum Verschluss sind die Endstücke 15 vorgesehen.

Das mit dieser Vorrichtung hergestellte Rohr ist in Fig. 7 dargestellt. Bs hat zwei zylindrische Teile 18 und 19 und ein kegelstumpfförmiges Teil 2o. An den Enden befinden sich die .· Flansche 21 und 22 und die Verbindungsscheiben 23 und 24· Dieses Rohr kann zur Verbindung von zwei Rohren verschiedenen Durchmessers dienen.

Rohre und Rohrleitungselemente gemäss der Erfindung können in allen industriellen Apparaturen und Anlagen verwendet werden, die'Unter Vakuum arbeiten, und in solchen, die für korrodierende Flüssigkeiten vorgesehen sind, und zwar bei Temperaturen von -2oo bis +25o°C.

Zur weiteren Erläuterung folgen .Beispiele.

Beispiel 1 (Vergleich)

In eine isostatisclie Form mit einem Durchmesser von 125 mm und einer Gesamtlänge von 1,9 m wurde eine Armatur aus gerolltem Streckmetall mit den Kennziffern 1o-2o-1o eingelegt. Der gelochte und mit einem elastischen Gummischlauch überzogene· Hohlstab aus Aluminium hatte einen Aussendurchmesser von 1o3 mm. Nach Anordnung dieses Hohlstabes in der Formachse wurde die Form mit Polytetrafluorätnylen von ausgezeichneter Fiiessbarkeit und der scheinbaren Dichte o,8 bis o,9 gefüllt (Soreflon 8 G) Die Formung erfolgte gemass der oben beschriebenen Technik.

Man erhielt ein Rohr mit dem Aussendurchmesser von 124 mm (Schrumpfung o,8 fo) und einer Wandstärke zwiscnen 5 und 5,Z mm» Das Rohraussere hatte mattweisses Aussehen, was anzeigt, dass das Pulver im inneren der Maschen schlecht komprimiert war.

Mach Ausarbeitung der Flansche war das Rohr vollkommen dicht unter einem Druck von 2 bar und dann 1 ο bar. Das Rohr widerstand einem Vakuum von 1o Torr bei 5o-?0. Hingegen zeigten

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„sich_nach vier thermischen Zyklen von +3o°, +2oo°, +3o°, von denen jeder 6 Stunden dauerte, Längsrisse. Das Rohr war also für Verwendungen unter solch schweren Bedingungen unbrauchbar.

Beispiel 2 .- . .

Unter genau gleichen Arbeitsbedingungen-wie in Beispiel 1-wurde ein Rohr mit einem .Streckmetall mit den Kennziffern 16-20-1 ο, d. h. mit sehr viel 'grösseren Maschen, bei gleichem Stegquerschnitt hergestellt.. ■

Man erhielt ein Rohr mit 118 mm Aussendurchmesser, was anzeigt, dass während der Sinterung eine normale Schrumpfung (5_f6 fi) eingetreten war. Die Wandstärke betrug wie im Beispiel 1 5 bis 5,2 mm_o ■ '

Das aussere Aussehen des Rohres zeigte, dass das Poiytetrafluoräthylen im inneren der Maschen vollkommen komprimiert war. Das Rohr war unter einem Druck von 2 und 1o bar-dicht und widerstand einem Vakuum .von j ο Torr bei 5o°C. .

Nach einer Reihe von thermischen Zyklen von + 3o°, +2oo^ü, +3o°, die ,jeweils 6 Stunden dauerten und wahrend 7 Tagen durchge- , führt wurden (28 Zyklen), zeigte das Rohr keinerlei Risse, was durch Dichtheitsprüfuhgen festgestellt wurde.'

Beispiel- 3 ' : .

In einer Form mit einem Innendurchmesser von 2oo mm und einem ü-ummieirisatz mit einem Aussendurchmesser von 169 mm wurde eine Armatur aus Streckmetall init den Kennziffern 28-24-15 verwendet. ' . ■

Das fertige Rohr hatte eine Wandstärke von 7 mm und einen Aussendurchmesser von 188 mm (Schrumpfung 6 ^). Dieses Rohr überstand fehlerfrei die in Beispiel 2 angegebenen Prüfungen.

Beispiel 4 . ■ ■ · '

In eine Form, bei der zwei koaxiale Zylinder verschiedenen

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Durchmessers mit einem ebenfalls koaxialen konischen Rohr verbunden sind (vgl. Fig. 6 und 7), wurde eine Armatur aus Streckmetall mit den Kennziffern i6-2o-1o. so eingelegt, dass.sie satt an der innenwandung der Form anlag. Dann wurde'ein Lochstab mit einem Gummimantel von entsprechender Gestalt eingesetzt. Zum unteren Abschluss der Form wurde ein Bodenstück (15) angebracht. Die Innendurchmesser der Form waren 125 und 8o mm. üdach Füllung der Form wurden die genannten Arbeitsschritte ausgeführt. Man erhielt ein Rohrstück, dessen grosser Aussendurehmesser 118 mm und dessen kleiner Durchmesser 75 mm betrug. Dieses Rohrstück überstand fehlerfrei die im Beispiel 2 angegebenen Prüfungen.

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Claims

Ansprüche

1J Rohrartiger Gegenstand auf Basis von Polytetrafluorethylen mit einer Metalleinlage aus Streckmetall* die - auf der Rohrinnenseite vollständig mit Polytetrafluorathylen bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrachse senkrecht zur Streckrichtung, der Streckmetalleinlage gerichtet ist.und dass das Metall und die Abmessungen der Streckmetälimaschen so gewählt sind, dass sie sich bei Temperaturänderuhgen zusammen mit dem Polytetrafluoräthylen elastischverformen.
2. Gegenstand nach Anspruch 1„ gekennzeichnet durch zwei zylindrische Rohrteile (18,-19) verschiedenen Durchmessers, die durch ein konisches Rohrteü. (2o) miteinander verbunden· sind«, . ' '

3ο Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2₉ dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Maschengrösse des Streckmetalls zum Querschnitt der die Maschen bildenden Stege "so.gewählt ist, dass die Maschen mit entsprechender Verformung der,Schrumpfung des Polytetrafluoräthylens folgen können, '

,4o Verwendung von Gegenständen nach Anspruch T-bis 3 für industrielle Apparaturen und Anlagen₉ die unter Vakuum arbeiten, und solche, die zum Transport korrodierender Flüssigkeiten dienen * und zwar in einem Temperaturbereich von —2oo bis +25o°Cc . .-'■'■. .. ..- ..- -'

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