襯氟塑料截止閥設計技術要素

                     上海申弘閥門有限公司
   
    之前介紹保溫旋塞閥在鋼廠應用，現在介紹襯氟塑料截止閥合計技術要素隨著現代化工事業的發展，襯橡膠和搪瓷閥門已不能滿足需要，因而出現了以氟塑料作襯里的閥門。截止閥是襯塑閥門中zui常用的閥種。氟塑料具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕的性能，用作閥門襯里能解決不少腐蝕問題。目前國內用作閥門襯里材料的有聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯。應根據工況選用襯里材料，同時要考慮到襯塑的工藝性、生產成本和流道通暢等問題。
    襯塑是在符合相應規格的閥門的基礎上進行的，無論是閥體、閥蓋、閥瓣、閥桿等都應符6MPa標準。主體材料可以是鑄鍛碳鋼、合金鋼、不銹鋼。目前這類襯塑截止閥壓力等級≤1-6MP8,公稱通徑≤400mm,長期使用溫度為-195~ 2000C。
    襯塑閥可分為兩種：一種是用碳素鋼作閥體、閥蓋，內壁襯氟塑料，內件閥桿閥瓣仍用耐腐蝕性合金鋼；另一種是除了體蓋內壁襯氟塑料，閥瓣閥桿也都包覆同種氟塑料，這種全包覆的閥桿上必須裝有限位裝置控制其關閉位置，超過關閉位置會損壞密封面。這種襯塑閥也必須符合CB/T 12235規定設有倒密封，一旦填料，松開時能保證介質不會漏出。凡閥瓣閥桿f全包覆的，倒密封處也應設有限位以防損壞。結構如圖1-20所示。   
    襯氟前閥體閥蓋內部都應進行噴丸處理，閥桿外圓加工有多條凹槽，以增加與氟塑料的粘貼面積。全包覆的閥瓣密封面應設計成平面密封，并且應保證閥門關閉時，閥瓣的金屬面能對著閥座的金屬面。
    塑料是高分子材料，可吸收少量與其接觸的介質。隨著溫度升高，材料體積膨脹，分子之間空隙增大，滲透吸收會加劇，只有適當增加厚度才能減少滲透。經多次試驗后確定厚度≥2mm時是適當的。具體見表1—8。閥門通孔的盲釋府阱稈朔內熟書苴準圖1-20襯氟塑料截止閥結構示意圉

    襯氟塑料截止閥合計技術要素表1-9列出的是行業內推薦的通道尺寸，壓力等級是0 6~1.6MPa，生產廠可自行制訂}L口直徑。
    襯塑截止閥上面的操作控制裝置，與一般鑄鋼閥一樣，可用手輪、手柄，也可用電動、氣動、液動裝置，但轉矩一定要控制得恰好，并且一定要有限位裝置。
    閥門的襯塑是此閥門成功的關鍵。此氟塑料按工藝性基本分為兩類。一類是聚三氟氯乙烯PCTE和聚全氟乙烯F-46，這兩種氟塑料能耐酸堿，有好的耐腐蝕性能，并且其工藝性好，能壓制成型、注射成型和熔融擠出成型，這給閥門的襯塑帶來不少方便，但其耐酸堿的性能并不十分理想。另一類是無法熔融擠壓成型的四氟乙烯，它有很強的耐腐蝕和耐有機溶劑性能，但其工藝性很差，只能壓制成型并且要加溫燒結。這類塑料以前在閥門上很少用做內襯材料。近幾年隨著科技的進步，有一種緊襯四氟乙烯技術出現，它不僅能緊襯閥門，連容器內的攪拌叉都能緊襯，技術較為成熟，但其成本比熔融擠出工藝高。 如有的波紋管截止閥使用壽命很短，沒有達到規定的啟閉次數就發生泄精，關鍵是啟閉行程超過7規定的行程。為7保證行程必須金屬波紋管下鵠焊，然詹內焊，應在閥桿證上下位置正圖1—19金屬波紋管下焊接內環、上焊接金屬拱形盤的結構示意圖
    2．襯氟塑料截止閥設計技術要素襯里氟塑料的性能
    氟塑料的耐腐蝕性能見表l一10，機械性能見表1—11，加工方式見表1一12。

 3．襯氟塑料截止閥合計技術要素氟塑主要性能
    氟塑料是20世紀30年代研究成功的含氟高分子合成材料。由于分子結構中有較強的氟碳鍵及屏蔽效應，它具有耐高溫、耐低溫、耐強腐蝕的性能。
    氟塑料的主要缺點是易滲透、膨脹系數大以及較難成型。
    (1)滲透性由于流體和塑料分子的運動，有些氣體可極緩慢地滲透氟塑料，成為影響襯里閥門在某種介質中使用的一個因素。所以，滲透性是需要加以考慮的。滲透率一般隨著密度的增高而降低。此外，滲透率還隨著溫度上升而增大（見圖1- 21），隨著襯里層的厚度增大而減小（見圖1-22），即當襯里層達到一定厚度后，大部分氣體的滲透率下降到zui低限度，故在極苛刻的環境中也可應用氟塑料。
    由于滲透的腐蝕性介質可侵蝕金屬基體，為了使其滲透率降到zui低限度，襯里層必須有一定的厚度，就聚全氟乙丙烯而言，襯里層厚度不應小于0 51mm。
    圖1—21聚全氟乙丙烯的氣體滲透率
    圖1-22聚全氟乙丙烯的水蒸氣滲透率
    注：imil=25.4xl0-6m。
    (2)膨脹系數與其他熱塑性塑料一樣，氟塑料的膨脹系數比金屬大得多，如圖1-23所示。在同樣的條件下，氟塑料的膨脹系數為碳鋼的幾+倍，因此，在設計時必須考慮到金屬基體和襯里材料膨脹系數的差異。
       (3)成型氟塑料的耐腐蝕性能*，但成型比較困難。特別是聚四氟乙烯，耐腐蝕性能，而加工性能zui差，不管怎樣加熱都不會使其變為粘稠流動狀態，因此，不能采用通常的注射法和擠出法成型加工，而需使用粉末冶金法。制造零件需先模壓成型，經過燒結再進行切削加工。聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯等則可通過注射法和傳遞模塑法加工成型。四氟乙烯全氟烷基醚共聚物（以下稱可溶性聚四氟乙烯）是20世紀70年代初出現的一種新穎的熱塑性塑料。它的氟碳骨架相似于普通聚四氟乙烯，具有普通聚四氟乙烯的全部性能，而且耐應力開裂和流動性好，可以采用擠出法和傳遞模塑法加工成型。
    4．襯氟塑料截止閥合計技術要素可熔融擠出模塑法襯里技術

氟塑料與鋼的熱膨脹
  上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥氟塑料襯里方法主要有松襯法、粘結法、過渡層粘結法及可熔融擠出模塑法。這里介紹閥門襯里氟塑料聚全氟乙丙烯F-46和聚三氟氯乙烯F-3常用的可熔融擠出模塑襯里技術。
    (1)對原料的要求化工管道的閥門襯里對聚合物的基本要求就是要高的粘度。衡量氟塑料的主要質量指標是熱穩定性和相對分子質量。
    熱穩定性表明聚合物在一定的溫度和時間內失重的大小。失重越大說明聚合物中含有的相對分子質量較小及其他雜質的量趟多，聚合物分解劇烈，熱穩定性差。質量好的聚合物失重不超過0.1%。熱穩定性差的氟塑料不能作為閥門的襯里材料。
    (2)閥門襯里工藝  閥件的準備一閥件與模具的裝配一加料一加熱塑化_+壓制一脫卸一襯里層檢驗。
    1)閥件的準備。襯里的閥件有閥體、閥蓋、閥桿等零件。用于壓制襯里的閥件結構上的設計應是簡單的。閥件可以用鋼、焊接鋼球墨鑄鐵做成。襯里用閥體和閥蓋用球墨鑄鐵做成，閥桿用45鋼做成。為了獲得良好的襯里結果，對閥件的設計提出下列幾點要求：，
    ①內襯與金屬表面的結合是否緊密，直接影響閥門的使用壽命。為了使襯里很好地貼于金屬表面而不至于翹曲，可以在閥件（如閥蓋、閥桿）上采用開楔槽的結構。所有襯里表面必須光滑，并且要無油、無銹。目前使用的噴丸法是一種清理閥體的有效方法。
    ②閥件被襯表面的轉角和棱邊必須加工成圓弧形，以免襯里應力集中。具有銳角閥件的襯里在溫度變化的化學裝置中，在該點容易發生應力開裂，而導致事故的發生。
    ③閥件的設計要考慮到模具的設計制造和裝拆模的方便。閥體的流道形狀要正確，否則會造成閥體襯里層的不均勻，從而導致襯里層的變形破壞。
    2)模具。模具的設計應考慮以下幾個方面：
    ①結構材料：由于融化的氟塑科有腐蝕性介質，因此模具材料一般推薦用耐蝕合金鋼。但在工業生產中一般都是用鍍層鋼，采用普通碳鋼鍍硬鉻。必須指出，鍍層質量應予以保證。不推薦長期使用沒有鍍層的鋼材，但可在新產品或新模具試壓時使用，用其驗證模具的準確性，以便修正。
    ②表面粗糙度：模具芯軸的表面粗糙度Ra應在1 6斗m以上，否則，被成型的表面與芯軸之間可能形成牢固的貼合，芯軸從襯里中抽出較困難，且會在芯軸表面形成麻點。
    ③模具上除了中間模芯和通徑模芯配合處外，所有銳邊、尖點應*清除。
    ④同軸度：襯里的同軸度對成型零件來說是很重要的參數。在閥體模具中，料筒與中間模芯用導銷進行定位（見圖1—24）。
    ⑤壓力：設計的模具應保證在400qC下能夠經受400~ 500kgf／。。：的壓力，不允許有任何形。
    ⑥脫模劑：因為大多數被熔融的聚合物在壓力下冷卻時都要粘貼在金屬表面，所以必須在模具表面涂一層脫模劑。這種脫模劑要求耐高溫和能適應聚合物的特性。使用結果表明有機硅樹脂956或201是良好的脫模劑材料，這種脫模劑可以不需要每脫一次模重新涂一次。
    在表面涂脫模劑之前，先要把與聚合物接觸的表面用有溶解作用的丙酮、苯之類溶劑擦凈。
    如將956或201樹脂和甲苯混合調勻（比例為956樹脂：甲苯：1：5~1：7），再均勻涂覆在模具表面，然后放人電熱鼓風干燥箱內在300℃左右的溫度中烘烤4h后隨爐冷卻。結果在被涂表面形成一層堅硬的薄膜，這樣就可以達到涂覆一次反覆使用的目的。
  3)襯氟塑料截止閥合計技術要素模具裝配程序
  閥體襯里熔模的結構如圖l -24所示。

    圖1-24閥體襯里熔模
    1一料筒2一中間模芯3一導銷4一兩側模芯5一固定法蘭    ，
    6一調節螺母7一螺栓8一壓板9一闊體
    ①清洗模具，將于聚合物接觸的部位均勻涂上脫模劑。
    ②將固定法蘭5紫固在閥體通徑法蘭上。
    ③將料筒l緊固在閥體口面法蘭上，然后放人中間模芯2，并轉動中間模芯檢查兩邊間隙是否均勻。
    ④放松調節螺母6壓緊壓板8使兩側模芯4碰至中間模芯。
    ⑤旋緊調節螺母碰到固定法蘭上，然后放松壓板，再旋緊調節螺母1/4圈，使兩側模芯離開中間模芯0. 5mm左右。
    ⑥壓緊壓板，固定兩側模芯。
    ⑦轉動中間模芯，檢查是否有卡阻現象，如無法轉動，則需重新調節兩側模芯。
    ⑧放人導銷3。
    4)加料。原料要保持的清潔。即使有少量的塵粒、油脂、金屬碎物等雜物存在，也會影響襯里的性能，甚至導致產品報廢。因此，在加料時要特別注意。
  5)加熱塑化。塑化是把模具與閥件組合的熔模放在加熱爐中加熱的過程。塑化溫度和時間是襯里工藝的重要參數，也是影響襯里質量的關鍵因素，質量好的襯里都是在盡可能低的壓制溫度下得到的。溫度過高，襯里層會發黑起泡，并且由于過熱分解而變脆。溫度過低，由于氟塑料還未完成塑化，雖然在高壓下能成型，但襯里表面粗造，容易產生分層和開裂。
    由于氟塑料導熱系數低，要使其*塑化，加熱所需要的時間就要長些。另外，加熱爐溫度不能過高，一般比聚合物的塑化溫度高10℃左右，太高了會引起聚合物激烈分解，有害于產品質量和操作者的健康。
    每種氟塑料的塑化溫度各不相同，即使同一種氟塑料，其塑化溫度也不同。在理論上塑化溫度恰好超過樹脂熔點即可，但是從加熱爐移到壓機上的一段過程中，溫度下降明顯。基于這一點，塑化溫度選擇高于塑料熔點30～500C被認為是比較合適的。
    已經試驗了的熔模加熱方式有三種：電加熱爐、鼓風干燥箱、遠紅外鼓風烘箱。三者相比較，鼓風干燥箱、遠紅外鼓風烘箱加熱效果好且可靠，尤其是遠紅外鼓風烘箱不僅加熱效果好而且能耗較低。電加熱爐溫度不均勻且不易控制，應避免使用。一個加熱爐視熔模的大小可放一個至幾個。
    6)襯氟塑料截止閥合計技術要素壓制。塑化完畢的熔模從加熱爐中取出后迅速移人壓機中進行壓制。壓制壓力越高氟塑料的結晶速度越低，襯層的機械強度越高，但是壓制壓力過高，熔模會發生嚴重泄料，造成補縮不足襯層凹陷。匪力過高，還給閥件設計帶來困難。壓制所需壓力( kgf)可按下式計算：

    P=0 785D2p
式中D-料筒內徑( cm)；
    p-單位必需壓力(kW crfi2)。
    對氟塑料而言：p =250~350kgf/cm2。
    壓制時，如發現泄料，需暫緩加壓，并向泄料處通水冷卻，使該處塑料硬化形成阻塞，堵漏后立即繼續加壓直至達到要求數值。壓力應保持到熔模冷卻為止。
    7)冷卻。熔模必須在壓力下正確地加以冷卻。理論上熔模首先冷卻的部位必定位于離塑料進口點zui遠處。對閻體襯里熔模來說，就是兩邊通徑法蘭平面zui先冷卻。但是必須嚴格控制冷卻速度，以利于在被冷凝和被熔化的塑料之間的交界平滑地朝向塑料入口點，使塑料能夠連續地補償冷凝時的收縮，以免凹陷及縮孔。過早卸壓或進料口較早冷凝，都會使襯里形成空穴。
    由于閥門襯里層較厚，氟塑料的導熱系數低，所以制品的內層不能均勻冷卻，從而具有較高的結晶度，襯里層有可能產生內部裂縫，所以不能用壓制后淬火的方法來制造閥件襯里。閥件襯里要高壓下由離塑料入口點zui遠處開始通水冷卻。這樣既能抑制氟塑料的結晶，又能起到補縮作用，使襯里表面光滑。
    8)產品檢驗。襯里后的閥件要經過修整和檢驗。檢查閥件襯里是否完整，有無裂繾及雜質存在。方法是用高頻火花發生器檢查。采用頻率為1.6×l06 Hz，電壓為24kV，在全部襯里表面測試，未發現襯層被擊穿（產生白色閃光）現象，方為合格。
    9)襯氟塑料截止閥合計技術要素廢品回用。如襯里后的閥件發現有裂縫、金屬及非金屬夾雜，可先將雜質除掉，再適當加些原料進行重新壓制。如果襯里層顏色發黑那就說明塑料性能已經退化，則應報廢不能回用。與本文相關的產品有美標鈦截止閥