Untersuchungen zum Flammspritzen von Polyethylen für den Korrosionsschutz

Abstract

Das thermische Spritzen stellt ein geeignetes Verfahren zum Auftrag von Kunststoffschichten dar. Der pulverförmige Spritzwerkstoff wird über eine geeignete Spritzvorrichtung in einer Azetylen-Sauerstoff-Flamme angeschmolzen und auf das zu beschichtende Metallsubstrat gesprüht. In dieser Dissertation wurde untersucht, ob diese Technologie für die baustellenseitige Beschichtung der Schweißnahtbereiche von erdverlegten Rohrleitungen mit Polyethylen eingesetzt werden kann, und ob dadurch eine Anhebung des Korrosionsschutzes ermöglicht wird. Eine Erhöhung der Haftfestigkeit der gespritzten Deckschichten konnte nur durch den Einsatz von haftvermittelnden Schichten erreicht werden. Das Deckschichtmaterial wies im Vergleich zum ungespritzten Ausgangsmaterial jedoch geringere mechanische Festigkeiten auf, was sich vor allem in einer deutlich geringeren Reißdehnung äußerte. Vorhandene Inhomogenitäten im Schichtaufbau wurden nicht als Ursache für die Verringerung des Kennwertniveaus ermittelt. Durch entsprechende Versuche wurde herausgestellt, dass bereits beim Durchgang durch die Flamme trotz thermischer Abschirmung eine Änderung des Spritzmaterials und der resultierenden Eigenschaften erfolgt. Zur Klärung der auftretenden Phänomene wurde ein Teilchenmodell aufgestellt, an dem die Vorgänge in der Flamme rechnerisch nachgestellt wurden. Es ergab sich die Vermutung, dass thermische Degradationen nur an der Oberfläche der Teilchen durch erhöhte Temperaturen auftreten, wodurch die Eigenschaften der gespritzten Schichten wesentlich beeinflusst werden. Ein konkreter Nachweis der thermisch geschädigten Bestandteile konnte durch chemische Analysen und Strukturaufklärung allerdings nicht erbracht werden.

The combustion flame spraying process can be used for the coating of polymer layers. A polymer powder is molten in an acetylene-oxygen flame with a proper equipment and then accelerated onto a prepared metal substrate. The aim of this dissertation consisted in the investigation of the flame spraying technology and its suitability to protect pipe joints under building site conditions to improve corrosion protection. The adhesion of the sprayed top layers could be increased just by the coating of adhesive layers. Investigations revealed a lower mechanical strength compared to the non-sprayed material. Especially the elongation at break decreased after spraying. Typical defects in the coatings such as voids and cracks did not cause the impairment of the properties. Experiments have shown, that the powder particles and thus their resulting properties will be changed already during the flight through the flame in spite of a present thermal shield. To explain the changes of properties induced during spraying, a model has been created that describes a single powder particle, where a thermal degradation of a thin surface layer is assumed whilst the core stays not degraded or even unmolten. By melting those particles to a single layer, a reduction of properties will be caused. The presence of thermal degraded components could not be proved so far though chemical analysis and structure detection methods were used.