襯氟塑料截止閥設(shè)計(jì)技術(shù)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(yīng)用，現(xiàn)在介紹襯氟塑料截止閥合計(jì)技術(shù)要素隨著現(xiàn)代化工事業(yè)的發(fā)展，襯橡膠和搪瓷閥門已不能滿足需要，因而出現(xiàn)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(nèi)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(yīng)根據(jù)工況選用襯里材料，同時(shí)要考慮到襯塑的工藝性、生產(chǎn)成本和流道通暢等問題。
襯塑是在符合相應(yīng)規(guī)格的閥門的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，無論是閥體、閥蓋、閥瓣、閥桿等都應(yīng)符6MPa標(biāo)準(zhǔn)。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(jí)≤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(nèi)壁襯氟塑料，內(nèi)件閥桿閥瓣仍用耐腐蝕性合金鋼；另一種是除了體蓋內(nèi)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(guān)閉位置，超過關(guān)閉位置會(huì)損壞密封面。這種襯塑閥也必須符合CB/T 12235規(guī)定設(shè)有倒密封，一旦填料，松開時(shí)能保證介質(zhì)不會(huì)漏出。凡閥瓣閥桿f全包覆的，倒密封處也應(yīng)設(shè)有限位以防損壞。結(jié)構(gòu)如圖1-20所示。
襯氟前閥體閥蓋內(nèi)部都應(yīng)進(jìn)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(yīng)設(shè)計(jì)成平面密封，并且應(yīng)保證閥門關(guān)閉時(shí)，閥瓣的金屬面能對(duì)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(zhì)。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(huì)加劇，只有適當(dāng)增加厚度才能減少滲透。經(jīng)多次試驗(yàn)后確定厚度≥2mm時(shí)是適當(dāng)?shù)?。具體見表1—8。閥門通孔的盲釋府阱稈朔內(nèi)熟書苴準(zhǔn)圖1-20襯氟塑料截止閥結(jié)構(gòu)示意圉 
襯氟塑料截止閥合計(jì)技術(shù)要素表1-9列出的是行業(yè)內(nèi)推薦的通道尺寸，壓力等級(jí)是0 6~1.6MPa，生產(chǎn)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(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)裝置，但轉(zhuǎn)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(guān)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(qiáng)的耐腐蝕和耐有機(jī)溶劑性能，但其工藝性很差，只能壓制成型并且要加溫?zé)Y(jié)。這類塑料以前在閥門上很少用做內(nèi)襯材料。近幾年隨著科技的進(jìn)步，有一種緊襯四氟乙烯技術(shù)出現(xiàn)，它不僅能緊襯閥門，連容器內(nèi)的攪拌叉都能緊襯，技術(shù)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(dá)到規(guī)定的啟閉次數(shù)就發(fā)生泄精，關(guān)鍵是啟閉行程超過7規(guī)定的行程。為7保證行程必須金屬波紋管下鵠焊，然詹內(nèi)焊，應(yīng)在閥桿證上下位置正圖1—19金屬波紋管下焊接內(nèi)環(huán)、上焊接金屬拱形盤的結(jié)構(gòu)示意圖
2．襯氟塑料截止閥設(shè)計(jì)技術(shù)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(jī)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(jì)技術(shù)要素氟塑主要性能
氟塑料是20世紀(jì)30年代研究成功的含氟高分子合成材料。由于分子結(jié)構(gòu)中有較強(qiáng)的氟碳鍵及屏蔽效應(yīng)，它具有耐高溫、耐低溫、耐強(qiáng)腐蝕的性能。
氟塑料的主要缺點(diǎn)是易滲透、膨脹系數(shù)大以及較難成型。
(1)滲透性由于流體和塑料分子的運(yùn)動(dòng)，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(zhì)中使用的一個(gè)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?。ㄒ妶D1-22），即當(dāng)襯里層達(dá)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(huán)境中也可應(yīng)用氟塑料。
由于滲透的腐蝕性介質(zhì)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(yīng)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(shù)與其他熱塑性塑料一樣，氟塑料的膨脹系數(shù)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(shù)為碳鋼的幾+倍，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到金屬基體和襯里材料膨脹系數(shù)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(huì)使其變?yōu)檎吵砹鲃?dòng)狀態(tài)，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(jīng)過燒結(jié)再進(jìn)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(jì)70年代初出現(xiàn)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(yīng)力開裂和流動(dòng)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(jì)技術(shù)要素可熔融擠出模塑法襯里技術(shù) 
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(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥氟塑料襯里方法主要有松襯法、粘結(jié)法、過渡層粘結(jié)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(shù)。
(1)對(duì)原料的要求化工管道的閥門襯里對(duì)聚合物的基本要求就是要高的粘度。衡量氟塑料的主要質(zhì)量指標(biāo)是熱穩(wěn)定性和相對(duì)分子質(zhì)量。
熱穩(wěn)定性表明聚合物在一定的溫度和時(shí)間內(nèi)失重的大小。失重越大說明聚合物中含有的相對(duì)分子質(zhì)量較小及其他雜質(zhì)的量趟多，聚合物分解劇烈，熱穩(wěn)定性差。質(zhì)量好的聚合物失重不超過0.1%。熱穩(wěn)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(zhǔn)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(yàn)。
1)閥件的準(zhǔn)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(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)應(yīng)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(jié)果，對(duì)閥件的設(shè)計(jì)提出下列幾點(diǎn)要求：，
①內(nèi)襯與金屬表面的結(jié)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(jié)構(gòu)。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(zhuǎn)角和棱邊必須加工成圓弧形，以免襯里應(yīng)力集中。具有銳角閥件的襯里在溫度變化的化學(xué)裝置中，在該點(diǎn)容易發(fā)生應(yīng)力開裂，而導(dǎo)致事故的發(fā)生。
③閥件的設(shè)計(jì)要考慮到模具的設(shè)計(jì)制造和裝拆模的方便。閥體的流道形狀要正確，否則會(huì)造成閥體襯里層的不均勻，從而導(dǎo)致襯里層的變形破壞。
2)模具。模具的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：
①結(jié)構(gòu)材料：由于融化的氟塑科有腐蝕性介質(zhì)，因此模具材料一般推薦用耐蝕合金鋼。但在工業(yè)生產(chǎn)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(zhì)量應(yīng)予以保證。不推薦長期使用沒有鍍層的鋼材，但可在新產(chǎn)品或新模具試壓時(shí)使用，用其驗(yàn)證模具的準(zhǔn)確性，以便修正。
②表面粗糙度：模具芯軸的表面粗糙度Ra應(yīng)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(huì)在芯軸表面形成麻點(diǎn)。
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(diǎn)應(yīng)*清除。
④同軸度：襯里的同軸度對(duì)成型零件來說是很重要的參數(shù)。在閥體模具中，料筒與中間模芯用導(dǎo)銷進(jìn)行定位（見圖1—24）。
⑤壓力：設(shè)計(jì)的模具應(yīng)保證在400qC下能夠經(jīng)受400~ 500kgf／。。：的壓力，不允許有任何形。
⑥脫模劑：因?yàn)榇蠖鄶?shù)被熔融的聚合物在壓力下冷卻時(shí)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(yīng)聚合物的特性。使用結(jié)果表明有機(jī)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(diào)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(fēng)干燥箱內(nèi)在300℃左右的溫度中烘烤4h后隨爐冷卻。結(jié)果在被涂表面形成一層堅(jiān)硬的薄膜，這樣就可以達(dá)到涂覆一次反覆使用的目的。
3)襯氟塑料截止閥合計(jì)技術(shù)要素模具裝配程序
閥體襯里熔模的結(jié)構(gòu)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(dǎo)銷4一兩側(cè)模芯5一固定法蘭 ，
6一調(diào)節(jié)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(zhuǎn)動(dòng)中間模芯檢查兩邊間隙是否均勻。
④放松調(diào)節(jié)螺母6壓緊壓板8使兩側(cè)模芯4碰至中間模芯。
⑤旋緊調(diào)節(jié)螺母碰到固定法蘭上，然后放松壓板，再旋緊調(diào)節(jié)螺母1/4圈，使兩側(cè)模芯離開中間模芯0. 5mm左右。
⑥壓緊壓板，固定兩側(cè)模芯。
⑦轉(zhuǎn)動(dòng)中間模芯，檢查是否有卡阻現(xiàn)象，如無法轉(zhuǎn)動(dòng)，則需重新調(diào)節(jié)兩側(cè)模芯。
⑧放人導(dǎo)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(huì)影響襯里的性能，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。因此，在加料時(shí)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(shí)間是襯里工藝的重要參數(shù)，也是影響襯里質(zhì)量的關(guān)鍵因素，質(zhì)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(huì)發(fā)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(chǎn)生分層和開裂。
由于氟塑料導(dǎo)熱系數(shù)低，要使其*塑化，加熱所需要的時(shí)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(huì)引起聚合物激烈分解，有害于產(chǎn)品質(zhì)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(diǎn)即可，但是從加熱爐移到壓機(jī)上的一段過程中，溫度下降明顯?；谶@一點(diǎn)，塑化溫度選擇高于塑料熔點(diǎn)30～500C被認(rèn)為是比較合適的。
已經(jīng)試驗(yàn)了的熔模加熱方式有三種：電加熱爐、鼓風(fēng)干燥箱、遠(yuǎn)紅外鼓風(fēng)烘箱。三者相比較，鼓風(fēng)干燥箱、遠(yuǎn)紅外鼓風(fēng)烘箱加熱效果好且可靠，尤其是遠(yuǎn)紅外鼓風(fēng)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(yīng)避免使用。一個(gè)加熱爐視熔模的大小可放一個(gè)至幾個(gè)。
6)襯氟塑料截止閥合計(jì)技術(shù)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(jī)中進(jìn)行壓制。壓制壓力越高氟塑料的結(jié)晶速度越低，襯層的機(jī)械強(qiáng)度越高，但是壓制壓力過高，熔模會(huì)發(fā)生嚴(yán)重泄料，造成補(bǔ)縮不足襯層凹陷。匪力過高，還給閥件設(shè)計(jì)帶來困難。壓制所需壓力( kgf)可按下式計(jì)算：
P=0 785D2p
式中D-料筒內(nèi)徑( cm)；
p-單位必需壓力(kW crfi2)。
對(duì)氟塑料而言：p =250~350kgf/cm2。
壓制時(shí)，如發(fā)現(xiàn)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(xù)加壓直至達(dá)到要求數(shù)值。壓力應(yīng)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(jìn)口點(diǎn)zui遠(yuǎn)處。對(duì)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(yán)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(diǎn)，使塑料能夠連續(xù)地補(bǔ)償冷凝時(shí)的收縮，以免凹陷及縮孔。過早卸壓或進(jìn)料口較早冷凝，都會(huì)使襯里形成空穴。
由于閥門襯里層較厚，氟塑料的導(dǎo)熱系數(shù)低，所以制品的內(nèi)層不能均勻冷卻，從而具有較高的結(jié)晶度，襯里層有可能產(chǎn)生內(nèi)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(diǎn)zui遠(yuǎn)處開始通水冷卻。這樣既能抑制氟塑料的結(jié)晶，又能起到補(bǔ)縮作用，使襯里表面光滑。
8)產(chǎn)品檢驗(yàn)。襯里后的閥件要經(jīng)過修整和檢驗(yàn)。檢查閥件襯里是否完整，有無裂繾及雜質(zhì)存在。方法是用高頻火花發(fā)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(fā)現(xiàn)襯層被擊穿（產(chǎn)生白色閃光）現(xiàn)象，方為合格。
9)襯氟塑料截止閥合計(jì)技術(shù)要素廢品回用。如襯里后的閥件發(fā)現(xiàn)有裂縫、金屬及非金屬夾雜，可先將雜質(zhì)除掉，再適當(dāng)加些原料進(jìn)行重新壓制。如果襯里層顏色發(fā)黑那就說明塑料性能已經(jīng)退化，則應(yīng)報(bào)廢不能回用。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有美標(biāo)鈦截止閥
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