衬聚四氟乙烯衬里的工艺模板.doc

聚全氟乙丙烯塑料（FEP）性能和阀门衬里工艺
 胡远银 彭庆武
（上海耐腐阀门集团 上海 11）
摘要 介绍了聚全氟乙丙烯塑料（FEP）性能，成型工艺方法，总结了氟塑料衬里过程中轻易出现多个问题，提出了对应处理方案。
关键词：聚全氟乙丙烯塑料；阀门；衬里工艺
1.概述
氟塑料衬里阀门最大特点是过流面采取氟塑料蔽覆，以隔绝钢铁金属和强腐蚀性介质直接接触。这么既处理了氟塑料强度低，不能承受高压力问题，又处理了钢铁材料不耐腐蚀问题，而且合理地利用了资源，符合国家节能降耗产业政策，所以得到快速发展。在氟塑料衬里阀门生产制造中，最关键是选择适宜氟塑料原料和制订合理衬里工艺及模具设计，本文就此问题谈谈粗浅见解。
2.聚全氟乙丙烯塑料性能
在氟塑料衬里阀门中，氟塑料用量最多是聚全氟乙丙烯，聚全氟乙丙烯是四氟乙烯和六氟丙烯共聚物，又称氟塑料46，简称FEP。
通常四氟乙烯占83％，六氟丙烯占17％。FEP是完全氟化聚合物，它是为克服PTFE成型加工困难而开发一个改性新型氟塑料。其结构形式：

FEP合成通常采取三氯乙酰过氧化物为催化剂，对四氟乙烯和六氟丙烯进行本体共聚；也可用过硫酸铵、焦磷酸钠为催化剂，在55～64℃内进行悬浮聚合。
FEP是一个直链高分子化合物，可视为PTFE中一部分和主链碳原子相连氟原子被三氟甲基（－CF3）替换，分子排列混乱很不规整，结晶速度缓慢，结晶度最多为40％～47％。它可看作是无规共聚物。熔体粘度较低，可用通常热塑性塑料方法对其成型加工，从而克服了PTFE? 成型困难缺点。不过FEP分子中也全部是由碳氟两种元素以共价键结合而成，所以它性能又和PTFE基础相同。
FEP外观和手感类似聚乙烯，但相对密度大一倍多；性能和应用类似PTFE，使用温度比PTFE低50℃；硬度及强度较PTFE高，是标准热塑性塑料。
FEP相对密度为2.14～2.17，结晶度随热处理温度不一样而有差异，若六氟丙烯占15％～16％FEP，其熔融温度为288℃，Tg为130℃，长久使用温度为－88～250℃，脆化温度－90℃，分解温度＞400℃。FEP其它性能见表1。
表1 FEP性能
性能
指数
拉伸强度/MPa（断裂、23℃）
断裂伸长率（％）
弯曲弹性模量/ MPa
洛氏硬度R
体积电阻率/Ω·cm
相对介电常数（60～106Hz）
介电强度/Kv·mm-1
介质损耗因数（106Hz）
18.62～21.56
250～330
578.2～656.6
25
1017～1018
2.1
20～24
5×104
FEP是改性PTFE，除使用温度低于PTFE约50℃外，其它全部保持了PTFE优良性能。它最大优点是成型加工性能好，能够进行压模、挤出、注射成型等。
FEP有优异性能，但亦存在着加工时热稳定性差、制品易产生开裂等缺点。针对这些缺点，可经过分子结构均匀性调整，相对分子质量分布控制，树脂烘烤，水蒸汽处理，加入中性盐、碱式盐等，使羧基脱羧转化稳定－CF2H端基和严格控制成型加工条件进行改性。亦能够玻璃粉、石墨、二氧化硅共混，制成多种填充制品。
3.聚全氟乙丙烯塑料多个成型工艺方法
3.1聚全氟乙丙烯成型加工工艺特征
3.1.1 FEP在熔融状态下流变性靠近非牛顿型，即伴随剪切速率γ增加，表面粘度（ηα）下降。而且伴随相对分子质量下降，其溶体粘度也伴随变小。溶体流动中γ超出一定极限，就会产生溶体破碎，使制品显示粗糙表面，故成型加工时应合适提升料温，并加大流道和浇口直径。
3.1.2 FEP粘流温度1MPa为265～278℃，成型加工温度范围窄，成型加工困难。
3.1.3 FEP熔体粘度较PTFE低，在343～393℃时熔体粘度为103～104Pa·s，比相同熔融指数聚乙烯高部分，可用挤出，注射等方法成型。
3.1.4 FEP为半透明聚合物，静电吸着性很强。轻易吸附灰尘和杂质，影响成型加工制品性能。成型时应加入抗静电剂。
3.1.5 FEP导热系数小，加工时应注意升温速度。考虑其成型加工温度下腐蚀作用，加工设备应选择铬钢或渗氮高合金钢作为防腐层。
3.2聚全氟乙丙烯成型加工方法
3.2.1注射成型 机筒和喷嘴温度为320～400℃，模具温度为200～230℃，注射压力为29.4～137.2MPa。
3.2.2模压成型 模压成型可制取多种板、棒、层压板和填充制品。加热FEP至290～370℃使其熔融，再冷至150～200℃，在7MPa压力下，使熔体充满模具，压实、脱模即得制品。
3.2.3挤出成型 挤出机螺杆长径比大于15，压缩比为3：1，模口温度315～400℃，压力视制品而异，通常为0.98～17.64MPa。挤出制品淬火温度为10～20℃
3.2.4涂覆 FEP浓缩水分散液，在FEP分散液中，加入浓缩剂聚氧乙烯辛烷基酚醚，可用喷涂、刷涂、沸腾浸涂、火焰喷涂等方法，进行涂层施工，再加热塑化。多年来，也开发了FEP粉末流动床和静电喷涂加工新技术。
4.聚全氟乙丙烯塑料衬里阀门模压工艺
模压是氟塑料型工艺方法之一（图1），也是氟塑料衬里阀门最常见方法，适合于多品种小批量生产方法。它是将一定量氟塑料（粉状、粒状、纤维状、片状和碎屑状等）放入成型模腔中，然后闭合，放在加热炉内加热到一定温度，并在压力作用下熔融流动，缓慢充满整个型腔而取得型腔所给予形状。伴随在模具内塑化、混合和分散，熔体逐步失去流动性变成不熔体型结构而成为固体，经冷却到一定温度打开模具，而成为成品，从而完成模压过程。图2衬里工艺步骤图。氟塑料衬里层质量关键取决于氟塑料原料质量、衬里模压工艺和模具设计，受篇幅所限，模具设计将在《塑料衬里阀门模具设计》一文中叙述。
图1 油压机和阀体模压示意图
1.油管2.油缸3.紧固螺母4.上横梁5.活动横梁6.立柱7.操纵箱8.下横梁9.压头10.压模11.阀体
图2衬里工艺步骤图
氟塑料衬里阀门在衬里前处理很关键，衬氟塑料之前，应将受衬面毛刺、油污清除洁净、修磨平整，尽可能使受衬面达成GB 8923中要求St2级，还能够采取机械加工方法，将受衬面加工出T形槽和螺纹沟槽增加衬里层和基体结合强度，预防衬里层脱壳。将衬里面内部转角处棱角锐边倒钝，内圆角R＞2mm，外圆角R＞3mm，降低应力预防衬里层被锐角刺破。总而言之，应尽可能达成衬里工艺要求要求。
氟塑料（FEP）衬里阀门、衬氟阀门成型质量包含衬塑层内在质量和外在质量。内在质量包含衬塑层物理和化学性质及其均匀性；它不仅要求聚全氟乙丙烯塑料（F46）含有对应物理和化学性能。在模压过程中，还要注意塑化温度和压力，正确掌握模压工艺。外在质量包含衬塑层规整、尺寸、外观和色泽等。衬塑层外表面质量关键取决于模具设计和氟塑料在模具内塑化、混合和分散能力。塑化效果好坏和模具结构和工艺配方、原料质量和加工工艺条件控制有直接关系。处理上述相关问题是提升塑化效果关键，各项工作（包含原料、模具、工艺等）全部应围绕提升氟塑料塑化效果来进行。
塑料塑化成型对温度和压力要求很严格，掌握氟塑料塑化时间很关键。塑化时间太短，氟塑料未成型就已分解交联；若塑化时间太长，则生产效率低，需要很长时间才能固化脱模，生产周期长。在生产中，控制塑化时间关键原因就是温度和压力。若不能控制好塑化温度和压力，则很可能产生诸如衬里层表面硬度低、表面光亮度不足；衬塑尺寸控制困难；熔接痕难以消除；衬塑层沿氟塑料流动方向有“鱼鳞”样凸凹不平有规则波纹，或表面箭头状波纹等问题。值得一提是在加压过程中放气次数、放气时间、间隔时间全部对衬塑层外观质量有直接影响，在生产中给予标准化严格控制，并做好生产统计。工艺人员能够在生产前对氟塑料拟订其塑化曲线，掌握其塑化时间，然后在实践中依据实际情况进行工艺调整。因每种产品氟塑料配方、原材料质量、产品质量要求各异，其温度、压力，放气等工艺控制也不尽相同，依据具体情况决定，从而制订出符合本企业模压工艺规程。
5.结语
本文介绍了聚全氟乙丙烯塑料（FEP）基础性能和成型方法，在四种成型方法中，关键介绍了模压成型方法，总结了氟塑料衬里阀门在模压成型过程中轻易出现多个情况，提出了对应处理方案。
参考文件
黄锐 塑料工程手册 ［M］北京 机械工业出版社，。
胡远银 衬氟塑料阀门设计若干问题探讨 [J] 阀门，.1
钱知勉 氟树脂性能和加工应用 [J] 化工生产和技术，第14卷。
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氟塑料衬里阀门生产工艺

氟塑料衬里阀门生产是一个复杂而又繁重过程，除了成型加工技术外，还需考虑到生产成本，原料供给，环境影响等方面。
压塑是氟塑料成型工艺方法之一（图1），也是氟塑料衬里阀门应用最理想方法之一，是将一定量氟塑料（粉状、粒状、纤维状、片状和碎屑状等）放入成型模腔中，然后闭合，放在加热炉内加热到一定温度，并在压力作用下熔融流动，缓慢充满整个型腔而取得型腔所给予形状。伴随氟塑料化学反应程度增加，熔体逐步失去流动性变成不熔体型结构而成为固体，经冷却到一定温度打开模具，而成为成品，从而完成模压过程。图2衬里工艺步骤图。
衬里阀门是现代科学技术发展阶段产物。氟塑料衬里阀门是伴伴随氟塑料出现和社会需求而产生一个高新技术产品。依据氟塑料上述性能特点和成型工艺特征、方法，大家不停探索，反覆实践，开发出了系列氟塑料衬里阀门。氟塑料衬里阀门和常规通用阀门相比，不管是材料选择上，还是制造工艺上有其本身特点。
氟塑料衬里阀门结构长度和法兰两端尺寸，按钢制阀门相关标准和行业标准实施。如结构长度按GB/T 12221标准要求，结构长度包含法兰密封面衬氟塑料厚度。法兰连接尺寸按GB/T 9113.1要求。并限制在法兰端连接，不许可采取焊接方法连接。便于工业管道安装连接不因焊接而影响产品质量。
衬里层厚度确实定既是一个科学问题，又是比较现实经济问题。衬氟层厚了浪费昂贵氟塑料，衬薄了满足不了使用要求。因为氟塑料是高分子材料，含有吸收少许和其接触气体特征，随温度升高，材料体积膨胀，分子之间空隙增大，渗透吸收就加剧。只有合适增加厚度才能降低渗透。所以，在衬里层设计时，采取增加厚度来填补这一缺点。
经过试验验证，确定衬里层厚度δ≥2mm比较适宜。而且伴随阀门通径增大而增加，衬氟塑料厚度如表1所表示：

表1 衬氟塑料厚度 mm
公称通径 DN
衬氟塑料厚度
10
15
20
25
32
＞2.0
40
50
65
80
2.5
100
125
150
3
200
250
300
350
400
4
450
500
600
700
800
4.5
900
1000
1200
5

图2 衬里工艺步骤图
氟塑料密度应选择2.16g/cm³左右，且不许可有杂质存在原材料。用于食品、医药、卫生级阀门衬里材料，还应无毒、无菌、无杂质清洁卫生材料。氟塑料阀门表面应该光滑平整、无气孔、裂纹、夹杂等缺点。法兰翻边处及其它转角处应色泽均匀，无泛白现象。
大口径衬里阀门，可采取钢板焊接方法，焊接点符合GB/T150标准要求。氟塑料衬里阀门内部形状应尽可能简练，便于衬里和模具制作，壳体受衬面应平整，全部转角处应呈圆弧过渡，圆弧半径R≥2mm.
氟塑料衬里阀门零件壳体受衬面上焊缝应成连续焊，而且采取对接焊缝。不得采取点焊，间断焊。更不得采取铆接方法。焊缝应打磨平整，焊缝凸出高度≤0.5mm。以下图所表示。

焊缝不得有气孔、咬边、裂纹和任何其它形式表面孔洞及未焊透等缺点。不合格时，能够修补。修补后仍应符合上述要求。
受衬面焊渣，飞溅物等类似杂物应给予根本清除；衬里阀门机加工，焊接等工序必需在衬里之前完成；衬里前，应按GB 11373 标准中St2级要求进行除锈处理；法兰面衬里应衬满密封面，而且有扣紧基体结构，预防脱壳；以下图：衬里层厚度应用测厚仪检测，也可用卡尺、千分尺测量，其衬里层厚度不得低于表1要求。
衬里阀门零件应进行电火花检测，采取5kv～20kv高频电火花检测仪，输出电压，调至对应电压，通常按10～15kv，衬里层薄一点按10kv，厚一点按15kv，通常不超出15kv。氟塑料衬里阀门通常不能看成真空阀门使用，也不能作调整阀使用，如用户需要做真空用或调整用，必需由供需双方商协。设计特殊结构，出厂前，除进行压力试验、电火花测试、壁厚和外观检验外，还应进行真空检验。确保氟塑料衬里在许可压力下，衬里层不会发生吸扁、挠曲等变形失稳现象。检测探头在衬里表面以不超出50mm/s速度移动。被检测工件不被击穿为合格, 检测仪器一次连续工作不得超出50分钟