閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝研究及應(yīng)用

吳百中

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，浙江 溫州 325035）

閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝研究及應(yīng)用

吳百中

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，浙江 溫州 325035）

氟塑料襯里閥門(mén)是國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的耐腐閥門(mén)，但其襯里采用的是模壓燒結(jié)成型工藝，存在較多缺陷。閥門(mén)防腐襯里采用注塑成型工藝可解決這一問(wèn)題。該工藝可大大縮短成型加工周期，降低能耗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高成品率和防腐性能。

閥門(mén)防腐；襯里；注塑成型

0 引 言

石油化工工業(yè)中廣泛應(yīng)用的閥門(mén)防腐，通常是在鋼制閥體內(nèi)表面和閥瓣等零件外表面蔽覆一層防腐襯里——氟塑料，使金屬材料與強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)隔絕[1]。這樣可避免氟塑料強(qiáng)度低、難以承受介質(zhì)高壓力作用的缺陷，又可解決鋼制閥門(mén)零件不耐腐蝕的問(wèn)題。襯里閥門(mén)符合國(guó)家節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向，因而得到迅速的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)氟塑料襯里閥門(mén)的襯里基本采用模壓燒結(jié)成型工藝，但該工藝存在以下缺陷：工藝流程及模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于采用活塞式的模壓方式，動(dòng)靜模配合間隙大，模腔高壓難以形成，且容易產(chǎn)生跑料；閥門(mén)零件預(yù)熱和模壓后燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，溫度難以控制，能源消耗大，成品率低，成型后襯里內(nèi)表面不夠光滑；成型過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，生產(chǎn)能力受到局限，不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求。而國(guó)外在20世紀(jì)60年代后期閥門(mén)防腐襯里就開(kāi)始探索采用注塑成型工藝代替模壓燒結(jié)成型工藝，進(jìn)口閥門(mén)防腐襯里成型基本采用注塑工藝。本文著重探討閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝，以期推動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

1 適合注塑成型的閥門(mén)防腐襯里材料選擇

目前，廣泛用于閥門(mén)防腐襯里的氟塑料有PTFE、PCTFE、PFA、FEP、PVDF等，雖然各種襯里氟塑料都有較強(qiáng)的耐酸、耐堿特性，但其粘流溫度和熔體粘度差異較大，成型加工溫度范圍不同。采用注塑成型的襯里材料必須具有較大的成型加工溫度范圍及合適的粘流溫度和熔體粘度。如PTFE因熔體粘度較大，不適合注塑成型。因此，需對(duì)多種防腐襯里材料進(jìn)行物性分析和試驗(yàn)，篩選出適合注塑成型工藝的襯里材料。本文主要以FEP（聚全氟乙丙烯）作為防腐材料為例，介紹閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝。

FEP是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，又稱(chēng)氟塑料46，其成分通常是四氟乙烯占83%，六氟丙烯占17%。FEP是完全氟化的聚合物，其結(jié)構(gòu)形式為：

FEP在300℃左右時(shí)的熔體粘度＞100 Pa·s，比相同熔融指數(shù)的聚乙烯高一些，因而適合注射方法成型。不同直徑閥門(mén)防腐襯里厚度推薦值見(jiàn)表1。

表1 不同直徑閥門(mén)防腐襯里厚度推薦值

FEP雖然適合注塑成型工藝，但仍存在著注塑過(guò)程熱、穩(wěn)定性差、易導(dǎo)致襯里層開(kāi)裂等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，可對(duì)原材料進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)均勻性的調(diào)整，控制相對(duì)分子質(zhì)量的分布，樹(shù)脂的烘烤，水蒸汽處理或加入中性鹽、堿式鹽等，使羧基脫羧轉(zhuǎn)化穩(wěn)定的－C F2 H的端基及嚴(yán)格控制成型加工條件達(dá)到改性的目的。

2 閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝流程

在氟塑料襯里閥門(mén)的生產(chǎn)制造中，確定合適的襯里原料后，需要制訂合理的氟塑料成型工藝。襯里注塑成型工藝流程包括襯里原料的烘干預(yù)塑或必要的改性處理、閥門(mén)零件的表面處理、注塑工藝參數(shù)的確定（包括注塑溫度、注射壓力和速度、保壓時(shí)間等）。閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝流程如圖1所示。

（1）按圖紙要求加工待襯里的閥門(mén)零件，清理零件內(nèi)腔毛刺、污漬，酸洗處理晾干（通常采用25%～30%鹽酸）。為了解決閥門(mén)零件與襯里材料在熱脹冷縮過(guò)程中因伸縮率不同而產(chǎn)生剝離，閥體等零件應(yīng)在注塑前進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱均衡溫度為100～120℃左右。

圖1 閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝流程

（2）調(diào)節(jié)注塑機(jī)各工步的工藝參數(shù)，如注塑溫度、注射壓力、預(yù)塑背壓、預(yù)塑速度、注塑速度、保壓時(shí)間、保壓壓力、冷卻時(shí)間等。注塑溫度須控制在物料的熔融溫度與分解溫度之內(nèi)，不宜過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致物料熱分解。常用氟塑料襯里注塑溫度見(jiàn)表2。表2中的FEP的注射壓力通常為40～70 MPa，保壓壓力為30～40 MPa。

表2 常用氟塑料襯里注塑溫度

（3）確定注塑溫度和壓力后，仍需調(diào)節(jié)好適當(dāng)?shù)淖⑺芩俣?。FEP在注射過(guò)程中如速度過(guò)快會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的摩擦力和剪切力，致使物料分解表面粘度降低，溶體粘度變小，因而出現(xiàn)溶體破碎，導(dǎo)致產(chǎn)品表面粗糙，產(chǎn)生裂紋、氣孔、銀紋、暗斑、燒焦等缺陷。

（4）嚴(yán)格控制各種氟塑料在預(yù)塑過(guò)程中的塑化溫度和壓力。如塑化時(shí)間過(guò)短，可能出現(xiàn)氟塑料未成型就已分解交聯(lián)的現(xiàn)象；反之，則會(huì)使固化脫模的時(shí)間延長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。不合理的塑化溫度和壓力，還將導(dǎo)致襯里層硬度低、表面不夠光滑，襯里層厚薄不均勻、熔接痕跡明顯、沿注塑成型過(guò)程中氟塑料流動(dòng)方向出現(xiàn)“魚(yú)鱗”狀規(guī)律性波紋等缺陷[2]。

3 閥門(mén)防腐襯里注塑成型模具設(shè)計(jì)

閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝通?？稍谄胀ㄗ⑺軝C(jī)上實(shí)施，即選擇普通臥式注塑機(jī)作為注塑成型設(shè)備，因而襯里注塑成型模具結(jié)構(gòu)可參考普通注塑模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。以球閥閥體內(nèi)襯FEP襯里層注塑成型為例，闡述閥門(mén)防腐襯里注塑成型模具的設(shè)計(jì)方法和安裝方式。

首先將閥體直接作為整體凹模（靜模），分模面選擇閥體大端面，然后根據(jù)閥體內(nèi)腔形狀設(shè)計(jì)型芯（凸模）。凸模結(jié)構(gòu)需要拼裝以便脫模，分型面選擇內(nèi)徑變異處，且大端凸模作為動(dòng)模。凸模與閥體內(nèi)壁之間留出間隙，其間隙量（考慮熱脹冷縮）即為襯里的厚度。上密封處設(shè)置橫芯，采用手工安裝和脫模。直流道設(shè)置在固定的凸模內(nèi)，內(nèi)流道則布置在分型面上，通常以十字形布局。內(nèi)流道的截面尺寸和直流道的直徑大小須根據(jù)襯里材料的溶體粘度確定。如FEP的流變性在熔融狀態(tài)下會(huì)隨著剪切速率的增加而表面粘度下降，且隨相對(duì)分子質(zhì)量下降，其溶體粘度變小。因此，在閥門(mén)防腐襯里注塑成型過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)提高物料的溫度，同時(shí)增大內(nèi)流道的截面尺寸和直流道的通徑。閥門(mén)防腐襯里注塑成型模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 閥門(mén)防腐襯里注塑成型模具結(jié)構(gòu)

模具安裝時(shí)，先將靜凸模、橫芯安裝在凹模（閥體）內(nèi)，然后通過(guò)壓板、固定板將閥體整體安裝在定模板上；動(dòng)模通過(guò)固定支架安裝在動(dòng)模板上，動(dòng)靜模之間設(shè)置導(dǎo)向和合模緩沖裝置；裝模在注塑前要準(zhǔn)確調(diào)整好模芯與閥體間的配合位置，以防錯(cuò)位導(dǎo)致襯里層壁厚不均勻、裸鐵等缺陷。閥門(mén)防腐襯里注塑成型模具安裝方式如圖3所示。

4 提高閥門(mén)防腐襯里質(zhì)量的工藝措施

（1）嚴(yán)格控制注塑成型的工藝參數(shù)。因不同閥門(mén)襯里成分及品質(zhì)要求各異，其注塑成型的工藝參數(shù)控制也各有差異，因而工藝參數(shù)需要在生產(chǎn)實(shí)踐中通過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)，做好跟蹤記錄，逐步制訂出符合企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的工藝規(guī)程[3]。

（2）通過(guò)閥體零件表面的工藝性結(jié)構(gòu)處理，提高防腐襯里層和閥體內(nèi)表面附著力及解決熱脹冷縮變形一致性等問(wèn)題。在襯里注塑前，對(duì)受襯面進(jìn)行去毛刺、清除油污等凈化處理，并修磨平整，使閥門(mén)零件受襯面質(zhì)量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)G B8923—1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》[4]中規(guī)定的S t2級(jí)。為了增強(qiáng)襯里材料與閥門(mén)零件之間的附著力，可通過(guò)切削加工的方法，在閥體等零件受襯面開(kāi)設(shè)燕尾槽或倒錐孔，或加工出T形槽、螺紋溝槽等，利用材料間互相鑲嵌增加襯里層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，防止襯里層脫殼[5]。同時(shí)將閥門(mén)零件受襯面內(nèi)部轉(zhuǎn)角處的棱角銳邊倒鈍，防止襯里層被銳角刺破或因應(yīng)力集中而變形開(kāi)裂。建議內(nèi)圓角R＞2 mm，外圓角R＞3 mm。閥門(mén)防腐受襯面加工工藝槽如圖4所示。

圖3 閥門(mén)防腐襯里注塑成型模具安裝方式

圖4 閥門(mén)防腐受襯面加工工藝槽

5 結(jié)束語(yǔ)

閥門(mén)防腐襯里注塑成型工藝的開(kāi)發(fā)和實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用，克服了模壓成型工藝燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、溫度難以控制、能源消耗大、成品率低，且成型后襯里內(nèi)表面不夠光滑等缺陷。一般對(duì)一副閥門(mén)零件注塑成型所需時(shí)間大概為5 min左右（相當(dāng)于模壓燒結(jié)成型時(shí)間的1/4），單件閥門(mén)襯里注塑成型周期比模壓燒結(jié)成型縮短60%以上，能耗降低50%以上。閥門(mén)防腐襯里采用注塑成型工藝，可大大縮短成型成功周期，提高生產(chǎn)效率，降低能耗明顯，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高成品率和防腐性能。

[1] 胡遠(yuǎn)銀，趙建軍，楊輝. 襯氟塑料閥門(mén)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討[ J ] .閥門(mén)，2007 (3 ):5-8.

[2] 李文科，劉建瑞，任曉峰，等. 襯塑泵在化工流程中的應(yīng)用研究與發(fā)展[ J ] .水泵技術(shù)，2007 (2 ):26-28，31 .

[3] 胡遠(yuǎn)銀，許定舜，劉麗芬，等. 新型氟塑料襯里蝶閥設(shè)計(jì)、制造與工藝[ J ] . 全面腐蝕控制，2010 (5 ) :53 -61 .

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)G B8923 —1988 涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)[S].北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[5] 胡遠(yuǎn)銀，彭慶武. 聚全氟乙丙烯塑料性能與閥門(mén)襯里工藝[J].閥門(mén)，2009(4):24-25.

Research and Application on Injection Molding Technology of Valve Anti-corrosion Lining

WU Baizhong
(Mechanical Engineering Department, Wenzhou Vocational & Technical College, Wenzhou,325035, China)

Fluor plastics lining valves are widely used as corrosion-resistant valves in China, but the lining technology of them - the molded sintering has many problems, which can be solved by the injection molding technology of valve anti-corrosion lining. It can greatly shorten the molding process, decrease energy consumption, reduce labor intensity and improve the yield and corrosion resistance.

Valve anti-corrosion; Lining; Injection molding

T Q320.67+2

A

1671-4326(2011)02-0056-04

2011-03-14

吳百中（1963—），男，浙江溫州人，溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系副教授.

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