衬氟塑料截止阀设计技术要素 上海申弘阀门有限公司
之前介绍保温旋塞阀在钢厂应用，现在介绍衬氟塑料截止阀合计技术要素随着现代化工事业的发展，衬橡胶和搪瓷阀门已不能满足需要，因而出现了以氟塑料作衬里的阀门。截止阀是衬塑阀门中zui常用的阀种。氟塑料具有耐高温、耐低温、耐腐蚀的性能，用作阀门衬里能解决不少腐蚀问题。目前国内用作阀门衬里材料的有聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯。应根据工况选用衬里材料，同时要考虑到衬塑的工艺性、生产成本和流道通畅等问题。
衬塑是在符合相应规格的阀门的基础上进行的，无论是阀体、阀盖、阀瓣、阀杆等都应符6MPa标准。主体材料可以是铸锻碳钢、合金钢、不锈钢。目前这类衬塑截止阀压力等级≤1-6MP8,公称通径≤400mm,长期使用温度为-195~ 2000C。
衬塑阀可分为两种：一种是用碳素钢作阀体、阀盖，内壁衬氟塑料，内件阀杆阀瓣仍用耐腐蚀性合金钢；另一种是除了体盖内壁衬氟塑料，阀瓣阀杆也都包覆同种氟塑料，这种全包覆的阀杆上必须装有限位装置控制其关闭位置，超过关闭位置会损坏密封面。这种衬塑阀也必须符合CB/T 12235规定设有倒密封，一旦填料，松开时能保证介质不会漏出。凡阀瓣阀杆f全包覆的，倒密封处也应设有限位以防损坏。结构如图1-20所示。
衬氟前阀体阀盖内部都应进行喷丸处理，阀杆外圆加工有多条凹槽，以增加与氟塑料的粘贴面积。全包覆的阀瓣密封面应设计成平面密封，并且应保证阀门关闭时，阀瓣的金属面能对着阀座的金属面。
塑料是高分子材料，可吸收少量与其接触的介质。随着温度升高，材料体积膨胀，分子之间空隙增大，渗透吸收会加剧，只有适当增加厚度才能减少渗透。经多次试验后确定厚度≥2mm时是适当的。具体见表1—8。阀门通孔的盲释府阱秆朔内熟书苴准图1-20衬氟塑料截止阀结构示意圉 
衬氟塑料截止阀合计技术要素表1-9列出的是行业内推荐的通道尺寸，压力等级是0 6~1.6MPa，生产厂可自行制订}L口直径。
衬塑截止阀上面的操作控制装置，与一般铸钢阀一样，可用手轮、手柄，也可用电动、气动、液动装置，但转矩一定要控制得恰好，并且一定要有限位装置。
阀门的衬塑是此阀门成功的关键。此氟塑料按工艺性基本分为两类。一类是聚三氟氯乙烯PCTE和聚全氟乙烯F-46，这两种氟塑料能耐酸碱，有好的耐腐蚀性能，并且其工艺性好，能压制成型、注射成型和熔融挤出成型，这给阀门的衬塑带来不少方便，但其耐酸碱的性能并不十分理想。另一类是无法熔融挤压成型的四氟乙烯，它有很强的耐腐蚀和耐有机溶剂性能，但其工艺性很差，只能压制成型并且要加温烧结。这类塑料以前在阀门上很少用做内衬材料。近几年随着科技的进步，有一种紧衬四氟乙烯技术出现，它不仅能紧衬阀门，连容器内的搅拌叉都能紧衬，技术较为成熟，但其成本比熔融挤出工艺高。 如有的波纹管截止阀使用寿命很短，没有达到规定的启闭次数就发生泄精，关键是启闭行程超过7规定的行程。为7保证行程必须金属波纹管下鹄焊，然詹内焊，应在阀杆证上下位置正图1—19金属波纹管下焊接内环、上焊接金属拱形盘的结构示意图
2．衬氟塑料截止阀设计技术要素衬里氟塑料的性能
氟塑料的耐腐蚀性能见表l一10，机械性能见表1—11，加工方式见表1一12。
3．衬氟塑料截止阀合计技术要素氟塑主要性能
氟塑料是20世纪30年代研究成功的含氟高分子合成材料。由于分子结构中有较强的氟碳键及屏蔽效应，它具有耐高温、耐低温、耐强腐蚀的性能。
氟塑料的主要缺点是易渗透、膨胀系数大以及较难成型。
(1)渗透性由于流体和塑料分子的运动，有些气体可极缓慢地渗透氟塑料，成为影响衬里阀门在某种介质中使用的一个因素。所以，渗透性是需要加以考虑的。渗透率一般随着密度的增高而降低。此外，渗透率还随着温度上升而增大（见图1- 21），随着衬里层的厚度增大而减小（见图1-22），即当衬里层达到一定厚度后，大部分气体的渗透率下降到zui低限度，故在极苛刻的环境中也可应用氟塑料。
由于渗透的腐蚀性介质可侵蚀金属基体，为了使其渗透率降到zui低限度，衬里层必须有一定的厚度，就聚全氟乙丙烯而言，衬里层厚度不应小于0 51mm。
图1—21聚全氟乙丙烯的气体渗透率
图1-22聚全氟乙丙烯的水蒸气渗透率
注：imil=25.4xl0-6m。
(2)膨胀系数与其他热塑性塑料一样，氟塑料的膨胀系数比金属大得多，如图1-23所示。在同样的条件下，氟塑料的膨胀系数为碳钢的几+倍，因此，在设计时必须考虑到金属基体和衬里材料膨胀系数的差异。
(3)成型氟塑料的耐腐蚀性能*，但成型比较困难。特别是聚四氟乙烯，耐腐蚀性能，而加工性能zui差，不管怎样加热都不会使其变为粘稠流动状态，因此，不能采用通常的注射法和挤出法成型加工，而需使用粉末冶金法。制造零件需先模压成型，经过烧结再进行切削加工。聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯等则可通过注射法和传递模塑法加工成型。四氟乙烯全氟烷基醚共聚物（以下称可溶性聚四氟乙烯）是20世纪70年代初出现的一种新颖的热塑性塑料。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，而且耐应力开裂和流动性好，可以采用挤出法和传递模塑法加工成型。
4．衬氟塑料截止阀合计技术要素可熔融挤出模塑法衬里技术 
氟塑料与钢的热膨胀
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀氟塑料衬里方法主要有松衬法、粘结法、过渡层粘结法及可熔融挤出模塑法。这里介绍阀门衬里氟塑料聚全氟乙丙烯F-46和聚三氟氯乙烯F-3常用的可熔融挤出模塑衬里技术。
(1)对原料的要求化工管道的阀门衬里对聚合物的基本要求就是要高的粘度。衡量氟塑料的主要质量指标是热稳定性和相对分子质量。
热稳定性表明聚合物在一定的温度和时间内失重的大小。失重越大说明聚合物中含有的相对分子质量较小及其他杂质的量趟多，聚合物分解剧烈，热稳定性差。质量好的聚合物失重不超过0.1%。热稳定性差的氟塑料不能作为阀门的衬里材料。
(2)阀门衬里工艺 阀件的准备一阀件与模具的装配一加料一加热塑化_+压制一脱卸一衬里层检验。
1)阀件的准备。衬里的阀件有阀体、阀盖、阀杆等零件。用于压制衬里的阀件结构上的设计应是简单的。阀件可以用钢、焊接钢球墨铸铁做成。衬里用阀体和阀盖用球墨铸铁做成，阀杆用45钢做成。为了获得良好的衬里结果，对阀件的设计提出下列几点要求：，
①内衬与金属表面的结合是否紧密，直接影响阀门的使用寿命。为了使衬里很好地贴于金属表面而不至于翘曲，可以在阀件（如阀盖、阀杆）上采用开楔槽的结构。所有衬里表面必须光滑，并且要无油、无锈。目前使用的喷丸法是一种清理阀体的有效方法。
②阀件被衬表面的转角和棱边必须加工成圆弧形，以免衬里应力集中。具有锐角阀件的衬里在温度变化的化学装置中，在该点容易发生应力开裂，而导致事故的发生。
③阀件的设计要考虑到模具的设计制造和装拆模的方便。阀体的流道形状要正确，否则会造成阀体衬里层的不均匀，从而导致衬里层的变形破坏。
2)模具。模具的设计应考虑以下几个方面：
①结构材料：由于融化的氟塑科有腐蚀性介质，因此模具材料一般推荐用耐蚀合金钢。但在工业生产中一般都是用镀层钢，采用普通碳钢镀硬铬。必须指出，镀层质量应予以保证。不推荐长期使用没有镀层的钢材，但可在新产品或新模具试压时使用，用其验证模具的准确性，以便修正。
②表面粗糙度：模具芯轴的表面粗糙度Ra应在1 6斗m以上，否则，被成型的表面与芯轴之间可能形成牢固的贴合，芯轴从衬里中抽出较困难，且会在芯轴表面形成麻点。
③模具上除了中间模芯和通径模芯配合处外，所有锐边、尖点应*清除。
④同轴度：衬里的同轴度对成型零件来说是很重要的参数。在阀体模具中，料筒与中间模芯用导销进行定位（见图1—24）。
⑤压力：设计的模具应保证在400qC下能够经受400~ 500kgf／。。：的压力，不允许有任何形。
⑥脱模剂：因为大多数被熔融的聚合物在压力下冷却时都要粘贴在金属表面，所以必须在模具表面涂一层脱模剂。这种脱模剂要求耐高温和能适应聚合物的特性。使用结果表明有机硅树脂956或201是良好的脱模剂材料，这种脱模剂可以不需要每脱一次模重新涂一次。
在表面涂脱模剂之前，先要把与聚合物接触的表面用有溶解作用的丙酮、苯之类溶剂擦净。
如将956或201树脂和甲苯混合调匀（比例为956树脂：甲苯：1：5~1：7），再均匀涂覆在模具表面，然后放人电热鼓风干燥箱内在300℃左右的温度中烘烤4h后随炉冷却。结果在被涂表面形成一层坚硬的薄膜，这样就可以达到涂覆一次反覆使用的目的。
3)衬氟塑料截止阀合计技术要素模具装配程序
阀体衬里熔模的结构如图l -24所示。 
图1-24阀体衬里熔模
1一料筒2一中间模芯3一导销4一两侧模芯5一固定法兰 ，
6一调节螺母7一螺栓8一压板9一阔体
①清洗模具，将于聚合物接触的部位均匀涂上脱模剂。
②将固定法兰5紫固在阀体通径法兰上。
③将料筒l紧固在阀体口面法兰上，然后放人中间模芯2，并转动中间模芯检查两边间隙是否均匀。
④放松调节螺母6压紧压板8使两侧模芯4碰至中间模芯。
⑤旋紧调节螺母碰到固定法兰上，然后放松压板，再旋紧调节螺母1/4圈，使两侧模芯离开中间模芯0. 5mm左右。
⑥压紧压板，固定两侧模芯。
⑦转动中间模芯，检查是否有卡阻现象，如无法转动，则需重新调节两侧模芯。
⑧放人导销3。
4)加料。原料要保持的清洁。即使有少量的尘粒、油脂、金属碎物等杂物存在，也会影响衬里的性能，甚至导致产品报废。因此，在加料时要特别注意。
5)加热塑化。塑化是把模具与阀件组合的熔模放在加热炉中加热的过程。塑化温度和时间是衬里工艺的重要参数，也是影响衬里质量的关键因素，质量好的衬里都是在尽可能低的压制温度下得到的。温度过高，衬里层会发黑起泡，并且由于过热分解而变脆。温度过低，由于氟塑料还未完成塑化，虽然在高压下能成型，但衬里表面粗造，容易产生分层和开裂。
由于氟塑料导热系数低，要使其*塑化，加热所需要的时间就要长些。另外，加热炉温度不能过高，一般比聚合物的塑化温度高10℃左右，太高了会引起聚合物激烈分解，有害于产品质量和操作者的健康。
每种氟塑料的塑化温度各不相同，即使同一种氟塑料，其塑化温度也不同。在理论上塑化温度恰好超过树脂熔点即可，但是从加热炉移到压机上的一段过程中，温度下降明显。基于这一点，塑化温度选择高于塑料熔点30～500C被认为是比较合适的。
已经试验了的熔模加热方式有三种：电加热炉、鼓风干燥箱、远红外鼓风烘箱。三者相比较，鼓风干燥箱、远红外鼓风烘箱加热效果好且可靠，尤其是远红外鼓风烘箱不仅加热效果好而且能耗较低。电加热炉温度不均匀且不易控制，应避免使用。一个加热炉视熔模的大小可放一个至几个。
6)衬氟塑料截止阀合计技术要素压制。塑化完毕的熔模从加热炉中取出后迅速移人压机中进行压制。压制压力越高氟塑料的结晶速度越低，衬层的机械强度越高，但是压制压力过高，熔模会发生严重泄料，造成补缩不足衬层凹陷。匪力过高，还给阀件设计带来困难。压制所需压力( kgf)可按下式计算：
P=0 785D2p
式中D-料筒内径( cm)；
p-单位必需压力(kW crfi2)。
对氟塑料而言：p =250~350kgf/cm2。
压制时，如发现泄料，需暂缓加压，并向泄料处通水冷却，使该处塑料硬化形成阻塞，堵漏后立即继续加压直至达到要求数值。压力应保持到熔模冷却为止。
7)冷却。熔模必须在压力下正确地加以冷却。理论上熔模首先冷却的部位必定位于离塑料进口点zui远处。对阎体衬里熔模来说，就是两边通径法兰平面zui先冷却。但是必须严格控制冷却速度，以利于在被冷凝和被熔化的塑料之间的交界平滑地朝向塑料入口点，使塑料能够连续地补偿冷凝时的收缩，以免凹陷及缩孔。过早卸压或进料口较早冷凝，都会使衬里形成空穴。
由于阀门衬里层较厚，氟塑料的导热系数低，所以制品的内层不能均匀冷却，从而具有较高的结晶度，衬里层有可能产生内部裂缝，所以不能用压制后淬火的方法来制造阀件衬里。阀件衬里要高压下由离塑料入口点zui远处开始通水冷却。这样既能抑制氟塑料的结晶，又能起到补缩作用，使衬里表面光滑。
8)产品检验。衬里后的阀件要经过修整和检验。检查阀件衬里是否完整，有无裂缱及杂质存在。方法是用高频火花发生器检查。采用频率为1.6×l06 Hz，电压为24kV，在全部衬里表面测试，未发现衬层被击穿（产生白色闪光）现象，方为合格。
9)衬氟塑料截止阀合计技术要素废品回用。如衬里后的阀件发现有裂缝、金属及非金属夹杂，可先将杂质除掉，再适当加些原料进行重新压制。如果衬里层颜色发黑那就说明塑料性能已经退化，则应报废不能回用。与本文相关的产品有美标钛截止阀
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