CH620638A5

CH620638A5 -

Info

Publication number: CH620638A5
Application number: CH1294977A
Authority: CH
Inventors: Leonardus Josephus Savelkouls
Original assignee: Progress Processing Ltd
Priority date: 1976-11-05
Filing date: 1977-10-25
Publication date: 1980-12-15
Also published as: NO773783L; TR20495A; CA1081106A; SE438271B; NO155230C; AU517532B2; JPS5363478A; NL7612325A; BR7707433A; FR2369913B1; DE2749436A1; US4101356A; DE2749436C2; AR213450A1; AU3034777A; ES463516A1; NO155230B; GB1597839A; SE7712479L; IT1089032B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von vorzugsweise aus Stahl bestehenden Metallsubstraten mit einer praktisch gleichmässigen Kunststofflage.

Zum Korrosionsschutz metallischer Gebilde mit Kunststoffschichten sind verschiedene Methoden bekannt. Da der Verwendung von Kunststoffen zum Korrosionsschutz in Form vön Anstrichmassen Grenzen gesetzt sind, wurden in den letzten zwanzig Jahren verschiedene Methoden zur lösungsmittelfreien Erzeugung von Kunststofflagen auf Metallsubstraten entwickelt. Typische Beispiele sind Plastisol-Beschichtungsme-thoden, Wirbelschichtmethoden, das elektrostatische Sprühen, das Flammsprühen, die Guss- oder Rotationsbeschichtung, die Vakuumbeschichtung und dergleichen. Dieser Stand der Technik ist beispielsweise in Europlastics Monthly (Februar/März 1974, Seiten 59-63) zusammengefasst. Diese Methoden beruhen allgemein darauf, dass der die Schicht bildende Kunststoff plastifiziert bzw. aufgeschmolzen werden muss. Bei der Verfestigung entstehen dann meist mechanische Spannungen in der Beschichtung, die wahrscheinlich durch Schrumpferscheinungen bei der Verfestigung der Beschichtung bedingt sind.

Durch Verwendung von vorgeformten Polymerschichten, z. B. Filmen oder Folien, die adhäsiv mit dem Substrat verbunden werden, können die Schrumpfspannungsprobleme umgangen werden. Hierzu sind verschiedene warmbindende s

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oder schmelzklebende Massen entwickelt und in der Literatur beschrieben worden. Dazu gehören beispielsweise die in den US-PS 2 405 950, 2 838 437, 2 953 551, 3 027 346, 3 264 272 und 3 267 083 beschriebenen Zusammensetzungen bzw. Methoden. Die Modifikation der Polymerkette eines normalerweise mit metallischen Substraten nicht bindenden Polymers, wie etwa eines Olefins, z. B. Polyäthylen, durch Carbonsäuregruppen (in Form der freien Säuregruppen, als Ester oder Salze), beispielsweise durch Copolymerisieren von Alkylen, wie Äthylen, und einer a,/?-ungesättigten Carbonsäure, z. B. Acrylsäure, ist typisch für eine Technologie zur Herstellung von warmbindenden bzw. schmelzklebenden Polymermassen, die sich zur Verbindung von Metallsubstraten mit Polymerbe-schichtungen eignen, wie z. B. ind GB-PS 864 879, FR-PS 2 012 338 und US-PS 3 981 762 beschrieben.

Die Arbeitsweise bekannter thermischer Klebeverfahren zur Beschichtung von Metallsubstraten kann wie folgt zusam-mengefasst werden: das Metallsubstrat wird mit einer organischen Polymerschicht belegt, die mit einer warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse versehen ist, und zur Aktivierung der warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse erhitzt. Nach dem Abkühlen ist die Polymerschicht festhaftend mit dem Metallsubstrat verbunden. Zur Aktivierung durch Erwärmung werden bei den bekannten Verfahren verschiedene Erhitzungsmethoden verwendet, einschliesslich von elektromagnetischer Strahlung, wie IR-Strah-lung (3 X 1011 bis 3,8 x 1014 Hertz).

Elektromagnetische Strahlung im Hochfrequenzbereich von Megahertz (106) bis Gigahertz (109) ist zum Erhitzen für viele Zwecke einschliesslich der Thermoplastschweissung und Duroplasthärtung bekannt. Allgemein beruht die Hochfrequenzbeheizung darauf, dass nichtleitende organische Stoffe im Hochfequenzfeld eines Kondensators erhitzt werden, z. B. indem das zu erhitzende Material zwischen die Kondensatorplatten eines Hochfrequenzkreises gebracht wird. Ferner ist die elektromagnetische Induktionsbeheizung von Metallen in der Metallurgie bekannt und übliche Metallschmelzanlagen arbeiten im Frequenzbereich von etwa 200 bis 20 000 Hz.

Es wurde gefunden, dass die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches für thermische Klebverfahren zur Beschichtung von Metallen wesentliche Vorteile bietet, weil dadurch bewirkt werden kann, dass die Strahlung durch Polymerschichten praktisch ohne direkte Erwärmung hindurchgeleitet und für eine lokale Oberflächenerhitzung des unter der Polymerschicht liegenden Metallsubstrates zur indirekten Aktivierung, d. h. durch Wärmeübergang aus dem lokal erhitzten Oberflächenteil des Metallsubstrates, eines anliegenden thermischen Klebers verwendet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Metallsubstrates, vorzugsweise aus Stahl, mit einer praktisch gleichmässigen Kunststofflage, wobei man das Me-tallsubstrat mit einer Polymerschicht belegt, die eine warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse enthält, und zur Aktivierung der warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse durch elektromagnetische Strahlung erwärmt, um eine festhaftende Verbindung der Polymerschicht mit dem Metallsubstrat zu erzielen. Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man eine Quelle elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz von unter 1 Megahertz relativ zu der und über die Polymerschicht an deren vom Metallsubstrat abgewandten Oberfläche bewegt, um die Strahlung durch die Polymerschicht praktisch ohne direkte Erwärmung derselben auf das Metallsubstrat in einem Bereich zur Einwirkung zu bringen, in welchem das Metallsubstrat mit der Polymerschicht belegt ist, und um einen Oberflächenteil des Metallsubstrates in dem mit der Polymerschicht belegten Bereich kurzzeitig bzw. vorübergehend auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse zur Verbindung mit dem Metallsubstrat befähigt ist, und dass man den durch die Strahlung erhitzten Oberflächenteil des Metallsubstrates durch die relative Bewegung der elektromagnetischen Strahlungsquelle kontinuierlich verschiebt.

Erfindungsgemäss wird somit das bekannte Verfahren zur Beschichtung von Metallsubstraten mit warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermassen dadurch modifiziert, dass für das Erwärmen bzw. die Aktivierung der Polymermasse elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Frequenzbereich verwendet wird. Dadurch wird die direkte Erzeugung von Wärme in der Polymerschicht vermieden, weil die Maximalfrequenz der Strahlung erheblich unter derjenigen liegt, welche von der Polymerschicht absorbiert werden kann. Gleichzeitig wird eine übermässige, d. h. gesamthafte bzw. tiefgehende Erhitzung des allgemein ferromagnetischen Metallsubstrates durch Verwendung einer Mindestfrequenz vermieden, die über der zum Metallschmelzen verwendeten Frequenz und unter 1 Megahertz liegt. Erfindungsgemäss kann mit Strahlung innerhalb dieses Frequenzbereiches ein Oberflächenteil des Metallsubstrates kurzzeitig auf eine Temperatur gebracht werden, die gerade ausreicht, um einen an der Grenzfläche des Metallsubstrates anliegenden Oberflächenteil der warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse zu aktivieren bzw. zu schmelzen.

Energieverluste, die durch Erhitzen von Bereichen bedingt sind, in welchen keine Wärme erfoderlich ist, d. h. im Metallsubstrat wesentlich unter der an der Bindung beteiligten Grenzfläche sowie in der Polymerschicht über der an der Bindung beteiligten Grenzfläche, sowie nachteilige Zeitverluste für das Aufheizen und Abkühlen des Bindungsbereiches können durch das erfindungsgemässe Verfahren vermieden werden. Dies ist von besonderer Bedeutung für das Beschichten von grossflächigen selbsttragenden und relativ dickwandigen Stahlgebilden.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Generator für elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich unter 1 Megahertz sowie einen zur Abgabe der Strahlung bestimmten schleifenförmigen Induktor, dessen Schleife zur praktisch parallelen Anpassung an eine zu beschichtende Oberfläche des Metallsubstrates starr oder flexibel ausgebildet ist.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der hierzu geeigneten Vorrichtung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die schematisierte perspektivische Ansicht eines Metallsubstratteiles, der mit einer bahnförmigen Polymerschicht belegt ist und mit einem Induktor lokal erwärmt wird, Fig. 2 die halbschematisierte Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des in Fig. 1 erläuterten Verfahrens,

Fig. 3 ein Blockschema der Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Mittelwellenfrequenzbereich aus einer normalen Wechselstromquelle,

Fig. 4 und 5 Querschnittsdarstellungen von biegsamen und zur Anpassung an Metallsubstrate mit unebener Oberfläche befähigten Induktorrohren,

Fig. 6 die halbschematisch dargestellte Vorderansicht eines Induktors gemäss den Fig. 4 oder 5 zusammen mit einem mehrteiligen Induktorträger zur Anpassung an Unebenheiten der Oberfläche eines Metallsubstrates,

Fig. 7 die Seitenansicht einer für den Handbetrieb geeigneten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 8 die schematisierte Darstellung der Verfahrens zur kontinuierlichen Beschichtung von Stahlrohr.

Fig. 1 zeigt einen abgebrochenen Teil eines Metallsubstrates 10, z. B. die aus Stahlplatten gebildete Wand eines grossen Behälters, die mit einem abgebrochen dargestellten Teil einer

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bahnförmigen Polymerschicht 12 belegt ist, welche von den Seitenkanten 121, 122 begrenzt wird. Die Schicht 12 ist ein Verbundwerkstoff oder Laminat aus einer Schicht 14 aus einer bekannten warmbindenden oder schmelzklebenden Polymer-masse und einer Ober- oder Deckschicht 16 aus einer zweiten Polymermasse, z. B. aus Polyolefin.

Eine Quelle für elektromagnetische Strahlung im Mittelwellenfrequenzbereich in Form eines mit einem nicht dargestellten Generator verbundenen schleifenförmigen länglichen Induktors 15 wird in Richtung des Pfeiles A über die Polymerschicht 12 bewegt. Der Induktor 15 besteht aus einem Metallrohr, z. B. Kupferrohr, und ist so geformt, dass er zwei einander benachbarte parallele längliche Teile oder Arme 151,152 besitzt, die durch zwei 180° Biegungen 153, 154 miteinander verbunden sind. Die Induktorschleife besitzt ferner zwei Abkröpfungen 155, deren zur Kopplung mit einem nicht dargestellten Oszillator dienende Enden abgebrochen sind. Ein kontinuierlicher Strom eines Kühlmittels, wie Wasser, wird durch den Induktor 15 geführt, um diesen auf einer Temperatur unter 100° C, vorzugsweise zwischen 10 und 50° C, zu halten.

Beide Induktorteile 151,152 liegen in einer gemeinsamen Ebene und berühren in dieser die Oberseite der Schicht 12. Vorzugsweise wird der Induktor 15 während seiner Bewegung in Richtung des Pfeiles A auch gegen die Schicht 12 gedrückt. Der Induktor 15 gibt elektromagetische Strahlung im Mittel-wellenfrequenzbereich in einer weiter unten genauer erläuterten Weise ab. Ein nicht dargestellter Induktorträger erstreckt sich über die Induktorschleife und dient dazu, den Induktor 15 nach oben abzuschirmen und den überwiegenden Teil der abgegebenen Strahlung durch die Schicht 12 (ohne diese zu erhitzen) auf die obere Oberfläche des Substrates 10 zu richten, und zwar im wesentlichen in dem von der Schleife des Induktors 15 umgrenzten Flächenbereich. Diese Strahlung induziert die Bildung von Wärme im entsprechenden Oberflächenteil des allgemein magnetischen bzw. ferromagnetischen Metallsubstrates 10. Diese im Oberflächenbereich des Substrates 10 unter der Wirkung der elektromagnetischen Strahlung induzierte Wärme wird durch körperlichen Kontakt auf die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse der Schicht 14 übertragen und aktiviert deren Bindefunktion, z. B. durch Aufschmelzen mindestens eines Teiles der Schicht 14 im Grenzflächenbereich am Substrat 10. Der Kontakt zwischen Metallsubstrat 10 und der Polymerschicht 12 bedingt einen gewissen Druck in dem Grenzflächenbereich, der dazu beiträgt, dass eine feshaftende Bindung zwischen der Schicht 14 und dem Metallsubstrat 10 erzielt wird, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse entweder durch (a) thermisch induzierte Reaktion nach Art einer Vernetzung oder Duroplasthärtung oder/und (b) Verfestigung von geschmolzenem Material der Schicht 14, wenn der Induktor 15 in Richtung des Pfeiles A weiterbewegt und dadurch die Erwärmung des erwähnten Substratbereiches beendet wird. Da die Temperatur in diesem Bereich durch Wärmeverteilung in den unteren Teil des Substrates 10 rasch absinkt, verfestigt sich eine aus Schmelzkleber bestehende Schicht 14 sehr rasch, wenn der Induktor vom entsprechenden Oberflächenbereich des Substrates 10 fortbewegt wird. Wie in Fig. 1 durch Schraffierung angedeutet, verbindet die Schicht 14 die Deckschicht 16 bindend mit dem Substrat 10 in all denjenigen Bereichen 141, über die der Induktor 15 bewegt worden ist.

Es versteht sich, dass ein entsprechen grosses Stahlsubstrat 10 auf diese Weise kontinuierlich mit einer praktisch gleichmässigen Polymerschicht 12 mittels einer Reihe von parallel und mit den Kanten aneinandergelegten oder überlappenden Bahnen beschichtet werden kann, so dass jeder gewünschte

Teil und vorzugsweise die gesamte, der Korrosion ausgesetzte Oberfläche des Substrates 10 beschichtet wird.

Die Verwendung einer einzigen länglichen Induktorschleife, die sich quer von der einen Kante 121 zur entgegengesetzten Kante 122 der Schicht 12 erstreckt und vorzugsweise über jede der Kanten, wie in Fig. 1 dargestellt, etwas hinausragt, wird bevorzugt, aber es können auch mehrere Induktoren, z. B. einer hinter dem anderen oder mehrere nebeneinander, verwendet werden. Ferner kann man die Form des vom Umfang der Induktorschleife umgrenzten Oberflächenbereiches modifizieren.

Fig. 2 zeigt eine halbschematisch dargestellte Seitenansicht einer Vorrichtung 20 zur Durchführung des im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Verfahrens. Die Vorratstrommel 21 ist über den Arm 211 mit dem Gehäuse 29 verbunden und liefert kontinuierlich eine Bahn 22 einer Verbundschicht mit einer Ober- oder Deckschicht 26 und einer warmbindenden oder schmelzklebenden Schicht 24. Die Vorrichtung 20 besitzt ferner einen Kopplungskreis 28, der über die Leitung 281 mit entsprechendem Wechselstorm aus einem nicht dargestellten Oszillatorkreis gespeist wird, sowie Leitungen 282 zur Führung eines Kühlmittelstromes durch den Induktor 25 und gegebenenfalls zur Kühlung des Kopplungskreises 28.

'Die Druckwalze 27 drückt die Polymerschicht 22 (deren Dicke in Fig. 2 übertrieben dargestellt ist) auf das aus Eisen bzw. Stahl bestehende Substrat 200. Ferner ist eine Antriebswalze 23 (oder wahlweise ein nichtdrehender gleitender Träger oder ein nicht angetriebener drehbarer Träger) vorgesehen und in einer nicht dargestellten Weise mit einem Antrieb 231, z. B. einem über die Leitung 232 mit Strom versorgten elektrischen Motor, verbunden. Die für den Kopplungskreis 28 gegebenenfalls verwendeten Kondensatoren 286 sind ebenfalls im Gehäuse 29 untergebracht.

Wenn sich die Vorrichtun 20 durch entsprechend gesteuerte Betätigung des Antriebes 231 der Antriebswalze 23 in Richtung des Pfeiles B über das stationäre Metallsubstrat 200 bewegt, wird ein zusammenhängendes Stück der Bahn 22 auf das Substrat gelegt und durch Aktivierung des als Schicht 24 vorgesehenen warmbindenden oder schmelzklebenden Polymers mit dem Substrat 200 verbunden, wenn der Induktor 25 Hitze im entsprechenden Oberflächenbereich des Substrates 200 erzeugt und die Schicht 22 auf das Substrat 200 gedrückt wird, vorzugsweise sowohl durch den Induktor 25 bzw. dessen Abschirmung oder Träger 250 als auch durch die Druckwalze 27.

Die Vorrichtung 20 kann selbstverständlich auch zum Auftragen einer laminierten Polymerschicht auf eine praktisch vertikale Substratwand verwendet werden. Hierzu kann z. B. ein Gleitstangenpaar parallel zur vertikalen Substratwand und in einem Abstand entsprechend der Höhe der Vorrichtung 20 angebracht werden. Die Vorrichtung 20 kann dann mit entsprechenden Zugeinrichtungen nach oben geführt und mit Hilfe der beiden Gleitstangen gegen die vertikale Substratwand gepresst werden. In entsprechender Weise kann auch Überkopf gearbeitet werden.

Fig. 3 zeigt das Blockschema der Stufen eines Generators zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Mittelwellenfrequenzbereich. Netzwechselstrom, z. B. mit 220 oder 380 V und 50 oder 60 Hz, wird über die Zuleitung 34 zum Transformator 30 geführt, um Hochspannungsstrom, z. B. mit 15 000—50 000 V und der Ausgangsfrequenz von 50 bzw. 60 Hz, zu erzeugen. Über die Verbindung 36 wird dieser Strom dem Oszillatorkreis 31 zugeführt, um den Arbeitsstrom mit der gewünschten Frequenz von unter 1 MHz zu erzeugen, der über die Verbindung 38 zum Kopplungskreis 32 geführt wird. Der Induktor 35 wird über den Kreis 32 mit der in 31 erzeugten Wechselfrequenz gekoppelt und erzeugt elektromagnetische Strahlung. Abschirmungsmittel 350, z. B. in Form

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eines Induktorträgers, der vorzugsweise aus paramagnetischem oder diamagnetischem Metall besteht, schirmt den Kreis 32 ab und richtet die erzeugte Strahlung vom Induktor 35 nach unten. Natürlich können zwei oder mehr der Stufen 30, 31, 32 in einer einzigen Vorrichtung vereinigt oder als einzelne Vorrichtungsteile mit entsprechenden Verbindungsleitungen ausgebildet sein.

Es versteht sich, dass die Anpassung der Form des Induktors bzw. seiner über die Polymerschicht geführten Arbeitsfläche und der relativ zum Induktor bewegten Substratoberfläche wünschbar ist. Die praktisch lineare Struktur der Induktoren 15 und 25 in den Fig. 1 und 2 bzw. deren Arbeitsflächen entspricht der praktisch ebenen Oberfläche der Substrate 10 und 200. Die gewünschte Anpassung der Form des Induktors an die zu beschichtende Metallsubstratoberfläche für andere als praktisch ebene Substratoberflächen kann gemäss einer Ausführungsform der Erfindung entweder dadurch erreicht werden, dass man (a) einen nichtflexiblen Induktor biegend verformt, z. B. indem man eine seiner Seiten- oder Verbindungsteile gekrümmt, gebogen oder abgekröpft in Übereinstimmung mit einer kontinuierlichen Auswölbung, Einkerbung, Kante od. dgl. des Metallsubstrates ausbildet, z. B. wenn eine horizontale Metallsubstratoberfläche mit einer vertikalen oder schrägstehenden Substratfläche verbunden ist oder in diese übergeht, oder (b) indem man einen flexibel verformbaren Induktor vorsieht.

Die Alternative (b) ist anhand der Fig. 4 und 5 erläutert, die den vergrösserten Querschnitt von flexibel verformbaren Induktorrohren zeigen, die anstelle des oben erwähnten nichtflexiblen Metallrohres verwendet werden.

Das Rohr 40 besteht aus einer flexiblen nichtmetallischen und flüssigkeitsundurchlässigen Wandung 41, vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Polymer, wie einem Fluorpolymer, z. B. Polytetrafluoräthylen, und einem flexiblen metallischen Kern 45, der aus einer Vielzahl von Metalldrähten 43, z. B. Kupferdraht, gebildet ist. In der Mittes der Kernes 45 kann ein durchgehender Kanal 44 vorgesehen werden, doch ist dies nicht kritisch. Die Kanäle 46 zwischen dem Kern 45 und dem Rohr 41 sind dagegen für eine wirksame Kühlung des Induktors mit einem Strom eines für die Strahlung parktisch nicht dämpfenden Kühlmediums wichtig. Die Zahl der Kanäle 46 ist nicht kritisch, solange ein ausreichender Kühleffekt gewährleistet ist. Das Kühlmittel kann auch durch den fakultativen zentralen Kanal 44 geführt werden.

Das in Fig. 5 dargestellte Rohr 50 besteht aus einem flexiblen Aussenrohr, z. B. aus einer Vielzahl von seilartig gewundenen Drähten 53, z. B. Kupferdrähten. Da das flexible aus-senliegende Metallrohr für Kühlmedium durchlässig ist, ist ein innenliegendes dichtendes Rohr 51 aus einem flexiblen, gegen Flüssigkeit undurchlässigen Material, z. B. aus Kunststoff, vorgesehen. Das Kühlmittel wird in diesem Fall durch den Kanal 54 des Rohres 50 geführt. Da die Strahlung hier nicht durch das Kühlmittel geht, kann auch ein für die Strahlung dämpfend wirkendes Kühlmittel verwendet werden. Das Rohr 51 ist ausreichend dünn und/oder ausreichend wärmeleitfähig, um den gewünschten Wärmeaustausch zwischen dem flexiblen metallischen Aussenmantel des Rohres 50 und dem Kühlmittel im Kanal 54 zu ermöglichen. Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte kreisförmige Ausbildung des Gesamtquerschnittes bzw. der Komponentenquerschnitte ist dabei nicht kritisch. So kann z. B. der metallische Leiter 45 auch aus einem flachen Strang aus Kupferdrähten bestehen, der in ein rundes oder ovales Kunststoffrohr eingezogen ist.

Fig. 6 erläutert ein Beispiel dafür, wie eine aus flexiblem Rohrmaterial der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Art hergestellte Induktorschleife der unregelmässigen Oberfläche eines Metallsubstrates 60 angepasst werden kann. Die Polymerschicht 62 - z. B. eine Verbundschicht gemäss Fig. 1 oder eine nur aus einer warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse bestehende Schicht - wird auf die zu beschichtende Oberfläche des Metallsubstrates 60 gelegt und von der flexiblen Induktorschleife 65 gegen das Substrat 60 gepresst. Der Induktor wird von einer Mehrzahl von Kolben/Zylinderteilen 68, die an einem Rahmen oder an einer Stange 69 befestigt sind, auf die Polymerschicht 62 gepresst. Jede der Einrichtungen 68 besteht aus einem Zylinder 681 mit einer Bodenfläche 682 und einem Kolben 683, der in die Ausnemung 684 bis zu einer Tiefe eindringen kann, welche vom Abstand zwischen der Stange 69 und der Lage des flexiblen Induktors 65 abhängt. Es versteht sich, dass die anpressenden Bodenflächen der Zylinder 681 modifiziert, z. B. abgerundet, ausgebildet sein können, um Beschädigungen des Induktormantels zu vermeiden.

Die Kolben/Zylinder-Einrichtungen können in üblicher Weise hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch, z. B. durch Federn oder durch Schwerkraft, gegen den Induktor gedrückt werden.

Fig. 7 erläutert eine Vorrichtung 70 zum manuellen Auftragen einer Beschichtung gemäss obigen Angaben auf ein Metallsubstrat nach dem erfindungsgemässen Verfahren. Der Induktor 75 wird mit dem Handgriff 69 auf die (nicht dargestellte) Polymerschicht gedrückt. Die Federn 71 dienen dazu, den Betrieb des Induktors 75 in Abhängigkeit vom angewendeten manuellen Druck zu steuern. Die Walze 72, die ge-wünschtenfalls durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben und über die Einsteileinrichtung 77 gesteuert wird, dient dazu, die Polymerschicht zusätzlich auf das Metallsubstrat zu drücken und/oder um die Arbeitsgeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Bewegung der Vorrichtung 70 in Richtung des Pfeils C) zu steuern. Gelenkverbindungen 73, 74 sind für das Beschichten von gekrümmten Overflächen eines Metallsubstrates vorteilhaft. Die Speisungsleitung bzw. die Speisungsleitungen zur Zuführung des für den Betriebe des Induktors 75 erforderlichen Stromes und/oder für das Kühlmittel sind in Fig. 7 nicht dargestellt.

Fig. 8 zeigt die schematisierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens. Während das Metallsubstrat bei den oben erläuterten Ausführungsformen des Verfahrens stationär ist, erläutert Fig. 8 die Bewegung des Substrates, ein Stahlrohr 80, das von zwei Walzen abgestützt ist, von denen eine oder beide mit einem (nichtdar-gestellten ) Antrieb verbunden ist bzw. sind, um das Rohr 80 in Richtung des Pfeiles D zu drehen. Der Induktor 85 ist stationär. Der als Strahlungsabschirmung dienende Induktorträger 850 ist dargestellt, während die Kopplungseinrichtungen zur Erzeugung der gewünschten Strahlung (Einrichtungen 30, 31, 32 von Fig. 3) weggelassen sind. Eine Polymerschicht 82 wie in Fig. 1 und 2 wird von einer nicht dargestellten Quelle zugeführt und mit Hilfe einer Führung 87 auf das Metallsub-strat 80 geführt. Die Bindung wird bei oder nahe dem Schichtbereich 821 bewirkt, und die Walze 89 kann dazu dienen, den Kontaktdruck zu erhöhen und/oder zu erhalten. Durch spiralförmiges Aufwickeln einer kontinuierlichen Bahn der Polymerschicht 82 auf das Rohr 80, z. B. in der in der oben genannten GB-PS 846 879 erläuterten Weise, erfolgt die Bindung erfindungsgemäss durch kurzzeitiges lokales Erhitzen des am Induktor 85 vorbeilaufenden Oberflächenbereiches des Rohres 80. Auf diese Weise können Stahlrohre der für Rohrleitungen verwendeten Art kontinuierlich nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtet werden. Eine entsprechende Modifizierung dieser Ausführungsform des Verfahrens kann auch zur Beschichtung der Innenwände der Rohre eingesetzt werden.

Bei allen oben erläuterten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens hängt die im Oberflächenbereich des Metallsubstrates erforderliche Temperatur für die Aktivie5

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rung (Schmelzen und/oder Reaktion) der anliegenden warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse von der Art der hierfür jeweils verwendeten Polymermasse ab. Da viele und ganz unterschiedliche Polymermassen dieser Art bekannt sind, können keine allgemeinen Grenzwerte für die Temperatur angegeben werden. Ein typischer Temperaturbereich für die Aktivierung von zahlreichen warmbindenden oder schmelzklebenden Zubereitungen liegt zwischen 100 und 250" C, vorzugsweise zwischen 120 und 200° C.

Allgemein kann die Temperatur im Oberflächenbereich des Metallsubstrates bzw. an der Grenzfläche zwischen dem warmbindenden oder schmelzklebenden Polymer und dem Metallsubstrat in einfacher Weise durch (a) die spezifische Energieabgabe des Induktors und (b) die Geschwindigkeit der Bewegung des Induktors relativ zum Metallsubstrat gesteuert werden. Wenn beispielsweise die längliche Induktorschleife 15, 25, 65, 85 mit einer Arbeitsbreite (Länge des Induktors 15 vom Krümmer 153 zum Krümmer 154) von etwa 1 m in der in Fig. 1 dargestellten Form verwendet wird, beträgt die tatsächliche Länge des die Schleife bildenden Rohres etwa das Zweifache der Arbeitsbreite, d h. etwas mehr als 2 m.

Allgemein sind relativ niedrige spezifische Strahlungen solcher Induktoren in der Grössenordnung von etwa 25 Kilowatt pro Meter des die Schleife bildenden Rohres für viele Beschichtungen nach dem erfindungsgemässen Verfahren geeignet. Wenn man beispielsweise einen Induktor mit einer Arbeitsbreite von etwa 1 m über eine Polymerschicht 12, 22, 62, 82 mit einer Breite (Kante 121 bis Kante 122) von etwa 1 m senkrecht zu den Bahnkanten führt, kann die gewünschte festhaftende Verbindung mit einem Stahlsubstrat bei Arbeitsgeschwindigkeiten (Vorschub) von etwa 4 bis 5 cm pro Sekunde mit Schmelzklebermassen auf Basis von acrylmodifizier-tem Polyolefin, die eine Aktivierungstemperatur von etwa 150° C besitzen, erzielt werden.

Wenn die Strahlungsenergie erhöht wird, beispielsweise auf den bevorzugten Wert im Bereich von etwa 75 Kilowatt pro Meter Arbeitsbreite der Induktorschleife, kann die Vorschubgeschwindigkeit bei gleicher Schmelzklebertemperatur erhöht bzw. für andere Bindetemperaturen entsprechend modifiziert werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist allgemein für das Beschichten von starren ferromagnetischen Substraten geeignet, insbesondere von Substraten aus Eisen und Eisenlegierungen einschliesslich von Stahl, z. B. in Form von Blechen, Platten und Rohren. Wegen der relativ geringen Korrosionsbeständigkeit zahlreicher Baustahlsorten, wie sie für Grossraumbehälter, Schiffe, Rohre u. dgl. verwendet werden, stellt das Auftragen einer korrosionsbeständigen Beschichtung, z. B. aus Polyolefin, mit einer Dicke im Bereich von etwa 1 bis 20 mm auf eine oder beide Aussenseiten solcher Gebilde angesichts der mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielbaren Vorteile einen bedeutsamen Beitrag zur Korrosionsbeschichtungs-technik dar.

Bevorzugte Substrate aus Eisen bzw. Stahl haben meist Dicken im Bereich von etwa 1 bis etwa 20 mm. Die obere Grenze ist nicht kritisch, während die untere Grenze durch praktische Erwägungen - insbesondere die Starrheit des Substrates - bedingt ist.

Wie oben angedeutet, ist es für alle Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens wesentlich, dass elektromagnetische Strahlung mit Frequenzen im Bereich von weniger als etwa 1 MHz, vorzugsweise nicht mehr als etwa 800 kHz, verwendet wird. Der Frequenzbereich von etwa 400 bis etwa 600 kHz wird besonders bevorzugt.

Bei Frequenzen über 800 kHz wird die Polymerschicht zunehmend suszeptibel für direkt durch Strahlung induzierte Erwärmung. Dies kann zu unerwünschten bzw. unkontrollierten Aufschmelzungen führen, während gleichzeitig nicht genügend Wärme im Oberflächenteil des Metallsubstrates induziert wird und die Gefahr von «Kaltklebungen» mit unzureichender Haftfestigkeit wächst.

Bei niedrigen Frequenzen, z. B. im Bereich unter 200 kHz, kann die Strahlung relativ weit in das Metallsubstrat eindringen oder/und wird dessen Oberflächenbereich unter Umständen überhitzt, was den Bindungseffekt des warmbindenden bzw. schmelzklebenden Polymers beeinträchtigen kann. Hinzu kommen vermeidbare Energieverluste. Durch Erhöhung der relativen Bewegungsgeschwindigkeit lässt sich dies mehr oder weniger stark kompensieren.

Eine direkte strahlungsbedingte Wärmeinduktion in der Polymerschicht tritt im angegebenen Frequenzbereich bei den normalerweise in Frage kommenden Polymerschichten nicht auf. Jedenfalls sollte die Polymerschicht praktisch keine Komponenten, z. B. metallisches bzw. ferromagnetisches Material, enthalten, in welchen Strahlung mit den angegebenen Frequenzen eine praktisch signifikante Wärme induzieren kann.

Wie allgemein bei der Beschichtung von Metallen mit warmbindenden oder schmelzklebenden Polymeren bekannt, wird die Oberfläche des zu beschichtenden Metallsubstrates vorher gereinigt, z. B. durch Sandstrahlen oder ähnliche Methoden. Die zur Bildung der Beschichtung aufgetragene Polymerschicht kann die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse als Aussenschicht einer Verbundschicht enthalten, die mindestens eine weitere Schicht aus einer zweiten und normalerweise nichtbindenden Polymermasse enthält. Die Herstellung solcher Verbundschichten bzw. Laminate, z. B. durch gemeinsame Extrusion, ist an sich bekannt. Die Verwendung von Verbundschichten wird hier allgemein aus kommerziellen Gründen bevorzugt, da die meisten warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermassen teurer sind als die für grossflächige Korrosionsschutzschichten geeigneten Polymermassen. Wenn der Kostenfaktor nicht relevant oder durch andere Gesichtspunkte ausgeglichen wird, können erfindungsgemäss auch Polymerschichten aufgebracht werden, die praktisch vollständig aus warmbindender oder schmelzklebender Polymermasse bestehen.

Im allgemeinen hat eine erfindungsgemäss aufgetragene Polymerschicht eine Dicke von etwa 0,3 bis etwa 20 mm. Mindestbeschichtungsdicken von etwa 1 mm werden meist bevorzugt. Wenn die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse Teil eines Schichtverbundes ist, hat sie vorzugsweise eine Mindestdicke von etwa 30 Mikrometer. Die Obergrenze der Dicke dieser Schicht ist nicht kritisch. Verbundschichten, die eine warmbindende oder schmelzklebende Schicht von 30-80 Mikrometer Dicke haben, sind z. B. für die oben erwähnten, durch Carboxylgruppen modifizierten Polyo-lefine (z. B. das unter der Markenbezeichnung «Surlyn» von der Firma Du Pont erhältliche Material) geeignet. Es sind verschiedene Typen von warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermassen aus den Gruppen der Thermoplaste, Elastomeren und Duroplaste bekannt und technisch erhältlich. Einzelheiten bezüglich Bindungstemperatur, Bindefestigkeit auf Metall- bzw. Stahlsubstraten u. dgl. werden von den Herstellern angegeben oder sind der Literatur zu entnehmen. Beispielsweise wird ein warmbindendes Polymer für Metall/Polyamid «(Rilsan», Nylon 12) unter der Marke «Ril-prim» von der Firma ATO, Frankreich, ein warmbindendes Polymer für Metall/Polyvinylchlorid unter der Handelsbezeichnung «LP 3» von der Firma Lonza, Schweiz, und ein warmbindendes Polymer für Metall/Polyäthylen unter der Handelsbezeichnung «SA-65» von der Plastics Coating Ltd., Grossbritannien, vertrieben. Polyfluorkohlenstoffe, wie «Teflon», können mit einer Grundmasse auf Basis von modifiziertem Nitrilkautschuk mit der Typenbezeichnung «4684» der

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Firma Du Pont, USA, mit Metallsubstraten verbunden werden.

Für viele Anwendungen des erfindungsgemässen Verfahren werden Schmelzkleberpolymermassen vom thermoplastischen Typ mit niedrigem Schmelzindex, z. B. weniger als etwa 2, 5 bevorzugt, weil in diesem Fall an der Bindegrenzfläche ein Wulst aus geschmolzenem Material erzeugt werden kann, sodass bei Einwirkung eines leichten, linear wirkenden Druckes auf die Polymerschicht im Bindebereich (nahe oder unter dem Induktor) ein Fliesswulst gebildet wird, der sich mit dem Bin- 10 dungsbereich bewegt und verhindert, dass an der Bindegrenzfläche Luft eingeschlossen wird.

Als «festhaftend» wird hier im allgemeinen eine Bindung zwischen dem Metallsubstrat und der Polymerschicht bezeichnet, bei der die Abschälfestigkeit mindestens etwa gleich der 15 Eigenfestigkeit der Beschichtung ist, die entweder als Verbundschicht oder als einzelne Schicht aus der warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse ausgebildet sein kann.

Bei Verbundschichten kann die Aussen- bzw. Deckschicht (bezogen auf das beschichtete Substrat) allgemein aus den für 20 die warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermassen genannten Plastklassen gewählt werden. Thermoplastische Polymermassen, insbesondere solche auf Basis von Polyolefi-nen, werden besonders bevorzugt. Obwohl Verbundschichten aus Deckschichtpolymer und der warmbindenden oder 25

schmelzklebenden Polymermasse meist bevorzugt werden,

kann es zweckmässig sein, die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse, oder ein Teil hiervon, direkt auf das Metallsubstrat aufzutragen und die gegebenenfalls zusätzlich verwendete Deckschicht mit oder ohne Beschichtung auf die 30 vorbereitete Schicht aus dem warmbindenden oder schmelzklebenden Polymer aufzutragen.

Während bekannte Warmbindungs- oder Schmelzklebeverfahren zum Beschichten von Metallsubstraten meist eine besondere Kühlung erfordern, ist dies beim erfindungsgemässen 35 Verfahren nicht erforderlich, weil die thermische Bindung mit einer sehr beschränkten Wärmemenge an der Bindungsgrenzfläche in der im wesentlichen durch den Induktor definierten, vorzugsweise schmalen Zone erzielt werden kann. Bei Verwendung zusätzlicher Druckerzeugungsmittel, wie Walzen, in der Nähe des Induktors, d. h. nahe der aktivierten Bindegrenzfläche, haben diese Mittel vorzugsweise praktisch dieselbe Länge (Arbeitsbreite, bezogen auf das Bahnmaterial) wie der Induktor. Wie erwähnt, kann die Induktorschleife selbst und/oder der zugehörige Träger bzw. die Abschirmung als Druckerzeugungsmittel dienen.

Einzelheiten in bezug auf die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit Frequenzen im Mittelwellenbereich können der Literatur zum Aufbau und Betrieb von Radiosendern im Mittelwellenfrequenzbereich entnommen werden und bedürfen daher keiner eingehenderen Erläuterung.

Allgemein besteht ein für die Erfindung geeigneter schlei-fenförmiger Induktor aus einem rohrförmigen Gebilde, das ein elektrisch leitfähiges Material, wie Kupfer, und einen Kanal für ein Kühlmittel umfasst. Der beigeordnete Induktorträger dient zur mechanischen Abstützung. Wenn er aus einem diamagnetischen Metall besteht, kann er gleichzeitig als Abschirmung dienen und den überwiegenden Teil der vom Induktor abgegebenen Strahlung in Richtung auf das Metallsubstrat lenken. Längliche Induktorschleifen, deren Länge (Arbeitsbreite) ein Mehrfaches ihrer Breite (Abstand zwischen den geraden und vorzugsweise parallelen Teilen der Schleife) beträgt, werden bevorzugt, weil sie nicht nur an ebenen, sondern auch an zylindrisch gekrümmten, konkaven oder konvexen Flächen anliegend geführt werden können. Die Induktroschleife kann auch eine andere als längliche Form der Schleifenebene, z. B. eine runde bzw. kreisförmige Fläche, umgrenzen und ist dann einem entsprechend runden zylindrischen Metallsubstrat anpassbar, das senkrecht und koaxial zu der durch die Induktorschleife definierten Fläche durch diese geführt wird. Weitere Variationsmöglichkeiten der Form der Induktorschleife sind für den Fachmann ersichtlich.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Beschichtung eines Metallsubstrates mit einer praktisch gleichmässigen Kunststofflage, wobei man das Metallsubstrat mit einer Polymerschicht belegt, die eine warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse enthält, die zur Aktivierung durch elektromagnetische Strahlung erwärmt wird, um eine festhaftende Verbindung der Polymerschicht mit dem Metallsubstrat zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Quelle (15) elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz von unter 1 Megahertz relativ zu der und über die Polymerschicht (12) an deren vom Metallsubstrat (10) abgewandten Oberfläche bewegt, um die Strahlung durch die Polymerschicht (12) hindurch und praktisch ohne direkte Erwärmung derselben auf das Metallsubstrat in einem Bereich zur Einwirkung zu bringen, in welchem das Metallsubstrat (10) mit der Polymerschicht (12) belegt ist, und um einen Oberflächenteil des Metallsubstrates (10) in dem mit der Polymerschicht (12) belegten Bereich kurzzeitig auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse (14) zur Verbindung mit dem Metallsubstrat (10) befähigt ist, und dass man den durch die Strahlung erhitzten Oberflächenteil des Metallsubstrates (10) durch die relative Bewegung der elektromagnetischen Strahlungsquelle (15) kontinuierlich verschiebt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung eine Frequenz im Bereich von 200 bis 800 Kilohertz, vorzugsweise 400 bis 600 Kilohertz, besitzt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für die elektromagnetische Strahlung eine längliche Induktorschleife (15) ist, die zur Anpassung an die Form des Oberflächenteiles des Metallsubstrates (10) befähigt ist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Induktorschleife (15, 65) flexibel bzw. biegsam ist.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorschleife (15) mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 25 Kilowatt pro Meter der Länge des die Induktorschleife (15) bildenden Rohres (151, 152, 153, 154) betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht (12), welche die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse (14) enthält, ein normalerweise flexibles Material, insbesondere Bahnmaterial, ist, das eine mit der warmbindenden oder schmelzklebenden Polymermasse (14) verbundene Schicht (16) aus einer zweiten Polymermasse enthält.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (16) aus Polyolefinmasse besteht.
8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse ein Polymer enthält, das ein organisches Homopolymer oder Copolymer mit in der Molekülkette wiederkehrenden Carboxylgruppen ist.
9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (15), an der Oberseite der Polymerschicht (12) anliegend relativ zu dieser verschoben wird, um die Polymerschicht (12) auf das Metallsubstrat (10) zu pressen.
10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1—9 zur Beschichtung eines selbsttragenden bzw. starren Stahlgebildes mit einer zusammenhängenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Metallsubstrat (10) die Polymerschicht (12) bahnförmig aufgelegt wird, wobei die längliche Induktorschleife (15) quer zu den Kanten (121, 122) der bahnförmigen Polymerschicht (12) relativ zu dieser bewegt wird, vorzugsweise im Zuge des Auflegens der Polymerschicht.
11. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die warmbindende oder schmelzklebende Polymermasse mindestens teilweise als solche schichtförmig auf das Metallsubstrat (10) aufgetragen und, gegebenenfalls nach Auflegen einer weiteren Polymerschicht, mittels der Strahlungsquelle (15, 75) festhaftend an das Metallsubstrat (10) gebunden wird.
12. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 zum Erzeugen einer korrosionsbeständigen Beschichtung auf einem starren bzw. selbsttragenden Gebilde, das mindestens eine zusammenhängende Stahloberfläche aufweist.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen Generator (28) für elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von unter 1 MHz sowie einen zur Abgabe der Strahlung bestimmten, schleifenförmigen Induktor (25), dessen Schleife (15) zur praktisch parallelen Anpassung an eine Oberfläche des Metallsubstrates (10, 200) flexibel ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, gekennzeichnet durch mindestens eine Einrichtung (27, 250) zum Anpressen der Polymerschicht (22) an das Metallsubstrat (200) in der Nähe des Induktors (25).
15. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (65) einen flexiblen metallischen Leiter (45, 53) aufweist, der mit einem flexiblen nicht metallischen und flüssigkeitsundurchlässigen Rohr (41, 51) vereinigt ist und Kanäle (46, 54) für einen Kühlmittelstrom zur Kühlung des Leiters (45, 53) besitzt.
16. Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet. dass der flexible metallische Leiter (45) aus einer Vielzahl von Drähten (43) besteht und das aus flexiblem Kunststoff bestehende Rohr (41) mit dem Leiter (45) zur Bildung von Kühlmittelkanälen (46) vereinigt ist.
17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen Generator (28) für elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von unter 1 MHz sowie einen zur Abgabe der Strahlung bestimmten, schleifenförmigen Induktor (25), dessen Schleife (15) starr ausgebildet ist.