聚四氟乙烯襯里工藝及其應(yīng)用

劉慈軍詹小軍

（多氟多化工股份有限公司)

聚四氟乙烯襯里工藝及其應(yīng)用

劉慈軍*詹小軍

（多氟多化工股份有限公司)

介紹了四氟材料的性能及襯里工藝，分析了襯四氟設(shè)備損壞的原因，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

聚四氟乙烯 襯里工藝 襯里設(shè)備 氟塑料性能 耐腐蝕性

0 前言

四氟襯里設(shè)備是多氟多化工股份有限公司近幾年使用比較多的設(shè)備，尤其是隨著無(wú)機(jī)氟化物項(xiàng)目的建設(shè)，四氟襯里設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越多。襯里的好壞直接影響到生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定均衡，因此如何選用四氟設(shè)備是一個(gè)極為重要的問(wèn)題。

1 金屬基材表面復(fù)合氟塑料的材料選擇

1.1 氟塑料材料的物理、化學(xué)、力學(xué)性能

金屬材料具有較高的剛性、強(qiáng)度和其他力學(xué)性能，而氟塑料則具有十分優(yōu)異的耐腐蝕、抗粘著、減摩、降噪等工程特性，二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)而得到的金屬基氟塑料復(fù)合材料將具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

目前，常用的氟塑料有十余種，它們都具有較高的耐腐蝕性 （絕大部分酸、堿、鹽及有機(jī)溶劑均不能對(duì)其產(chǎn)生腐蝕）、優(yōu)良的電絕緣性、特別突出的抗粘著性 （幾乎所有物質(zhì)均不能粘附其表面）、很高的耐大氣老化性和不燃性、優(yōu)異的動(dòng)靜態(tài)摩擦特性、自潤(rùn)滑性 （所有固體材料中摩擦系數(shù)最低的物質(zhì)）和較高的熱穩(wěn)定性 （各種塑料材料中長(zhǎng)期穩(wěn)定使用溫度最高的物質(zhì)）。

1.2 氟塑料性能比較及應(yīng)用

各種氟塑料均具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性、不粘性、耐候性、電絕緣性，這些性能是一般金屬材料無(wú)法比擬的，但又是很多應(yīng)用場(chǎng)合不可缺少的。然而，相對(duì)于金屬而言，氟塑料的剛度和強(qiáng)度較低，一般要低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上 （Q235的屈度強(qiáng)度為235 MPa，H62銅合金的拉伸強(qiáng)度為400 MPa以上，奧氏體不銹鋼的拉伸強(qiáng)度大于500 MPa，超高強(qiáng)度鋼的拉伸強(qiáng)度大于1200 MPa，而氟塑料的拉伸強(qiáng)度僅為15~50 MPa）。因此，氟塑料一般不能作為工程構(gòu)件的主體材料，而主要作為表面復(fù)合材料使用 （涂覆于剛性高的金屬材料或無(wú)機(jī)非金屬材料表面）。

（1）耐腐蝕性

氟塑料均具有十分優(yōu)異的耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性和耐候性，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)金屬材料，而且在有機(jī)高分子材料中也屬最佳，因而被廣泛用于化學(xué)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電子電氣工業(yè)中的防腐涂層和密封件。

（2）不粘性

氟塑料均具有十分優(yōu)異的表面不粘性，對(duì)水、油和大多數(shù)有機(jī)溶劑的非浸潤(rùn)性，對(duì)固體材料的低摩擦性，這些優(yōu)異的表面性能使其能夠廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)及日常用品中。

（3）力學(xué)性能

相對(duì)于金屬材料或無(wú)機(jī)非金屬材料而言，氟塑料的彈性模量很低 （拉伸彈性模量4×102MPa左右），僅為鋼鐵材料的五十分之一，其強(qiáng)度也很低，僅為鋼鐵材料的十分之一，但其韌性十分優(yōu)異，延伸率比鋼鐵高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

（4）長(zhǎng)期使用性

氟塑料的熱穩(wěn)定性在各種高分子材料中也是最高的，但相對(duì)于金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料而言則是最低的。造成其高溫性能下降的主要原因是重結(jié)晶、熱軟化變形和熱分解。氟塑料在很低的溫度下還會(huì)發(fā)生冷脆甚至龜裂，這又限制了其最低使用溫度。各種氟塑料中，F(xiàn)4具有最為寬廣的長(zhǎng)期使用溫度 （-250～260℃）

（5）其他性能

氟塑料均具有優(yōu)異的電絕緣性，可作為電氣構(gòu)件或元件的涂裝材料而廣泛應(yīng)用，其中F4和F46性能最優(yōu)。氟塑料的線膨脹系數(shù)較一般金屬材料約大三個(gè)數(shù)量級(jí)，為5×10-5～1.9×10-4℃-1。盡管氟塑料具有良好的塑性,可以容納較大程度的脹縮變形，但盡量選用較小線膨脹系數(shù)的氟塑料作為金屬或非金屬的表面涂層材料，對(duì)提高涂層表面質(zhì)量和冷熱疲勞壽命均具有重要的意義。

2 化工設(shè)備襯里材料及成型技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)化工設(shè)備襯里技術(shù)主要有以下幾種。

2.1 聚四氟乙烯襯里焊接成型技術(shù)

將四氟板料、型材用可溶性聚四氟乙烯（PFA）焊接在需襯里的工件型腔內(nèi)。雖然該工藝簡(jiǎn)單，但其密封性不可靠，襯里材料不均勻，機(jī)械、化學(xué)性能不一致，不可避免地會(huì)出現(xiàn)內(nèi)鼓現(xiàn)象。

2.2 纏繞成型技術(shù)

將四氟棒料加工成薄帶，纏繞在模具上，再燒結(jié)成型，然后壓入需襯里的工件型腔內(nèi)。該工藝成型技術(shù)復(fù)雜，襯里表面雜質(zhì)含量高，耐腐蝕性差，適合于溫度低的工況。

2.3 等壓成型技術(shù)

采用彈性模具成型，工件腔內(nèi)襯里部位的內(nèi)外壁在等壓差條件下，彈性模具充分利用其彈性使型腔內(nèi)已裝好的四氟粉料壓縮并緊貼在襯里壁上，而且四氟襯里厚度保持一致，完全解決了復(fù)雜形狀工件內(nèi)腔的制模技術(shù)難題及襯里厚度不一致的問(wèn)題,可防止局部應(yīng)力集中引起裂紋。同時(shí)克服了燒結(jié)過(guò)程固化反應(yīng)速度不一致導(dǎo)致局部應(yīng)力集中而帶來(lái)裂紋產(chǎn)生的后果，但是它不能完全解決負(fù)壓?jiǎn)栴}。

聚四氟乙烯襯里等壓成型技術(shù)可應(yīng)用于幾何形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的閥門 （球閥、閘閥）型腔成型，拓寬和提高了同類產(chǎn)品使用溫度范圍及耐腐蝕性、耐磨損性、密封可靠性，廣泛應(yīng)用于石油、化工、農(nóng)藥、染料、制藥、軍工等腐蝕性嚴(yán)重的場(chǎng)合以及管路系統(tǒng)或物料輸送系統(tǒng)。

2.4 襯里三維旋轉(zhuǎn)成型技術(shù)

將高流動(dòng)性的工程塑料放在一個(gè)待加工襯里的模具里，加熱工件，同時(shí)使模具繞旋轉(zhuǎn)軸和公轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使工件內(nèi)腔內(nèi)表面涂上一層均勻無(wú)縫的熔融工程塑料。該工藝俗稱滾塑，它使用的四氟也局限于F40或F46。該工藝用于閥門襯里，可極大地提高襯氟閥門的密封性能、耐腐蝕性能和使用壽命。

2.5 帶金屬網(wǎng)格的成型技術(shù)

四氟中央含有金屬網(wǎng)格，不僅對(duì)制品有強(qiáng)化作用，而且克服了單一四氟襯里使用時(shí)由于溫度變化而損壞、由于冷流性而變形的致命弱點(diǎn)，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和使用效果。在制造方法上，對(duì)現(xiàn)有單一四氟制品的制造方法做了相應(yīng)改進(jìn)，將纏繞F4薄帶分二次進(jìn)行，在二次纏繞步驟之間，增加鋪設(shè)金屬網(wǎng)格步驟，使四氟制品理想化。由于鋼絲網(wǎng)與四氟的巨大膨脹性能差別以及翻邊處易裂開(kāi)等缺陷，因而其使用壽命無(wú)法保證。

2.6 光板松襯

將四氟板輔以壓力或真空成型于工件腔內(nèi)，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。因四氟焊接性差，搭接焊縫和翻邊等二次成型對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響，不耐負(fù)壓和較高正壓。

2.7 復(fù)合成型技術(shù)

將四氟棒料車削成薄帶并纏繞在金屬模具表面，在其外側(cè)纏繞無(wú)堿玻璃纖維，燒結(jié)成型，脫模后經(jīng)高溫?zé)崽幚聿⒆匀焕鋮s以消除內(nèi)應(yīng)力。采用奈鈉溶液處理四氟襯里表面，進(jìn)行襯里表面化學(xué)改性，用有機(jī)溶劑清洗污垢，再涂氟化物粘接劑，以提高四氟襯里同金屬構(gòu)件復(fù)合的附著力，然后再將金屬構(gòu)件內(nèi)的襯里兩端加熱翻邊成型。最后采用水蒸氣和壓縮空氣混合氣體充氣增壓，高溫塑化，使四氟襯里與鋼件復(fù)合。該工藝成型復(fù)雜，能有效地解決負(fù)壓、高溫等工況下襯里吸扁起皺等問(wèn)題，但對(duì)操作要求嚴(yán)格，一旦操作者把握不好就可能帶來(lái)次品。

3 四氟設(shè)備損壞的原因分析

（1）四氟設(shè)備使用不好其原因有多方面，其中最主要的還是四氟襯里的質(zhì)量問(wèn)題。由于四氟與鋼殼復(fù)合技術(shù)都是手工操作、人工控制的，還沒(méi)有達(dá)到機(jī)械或自動(dòng)控制的程度，因此在四氟襯里的過(guò)程中，操作人員對(duì)溫度的把握是不一樣的，把握不好就會(huì)產(chǎn)生四氟材料的浪費(fèi)，當(dāng)然也會(huì)影響襯里層的質(zhì)量，只要有一個(gè)點(diǎn)復(fù)合不好就會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量隱患，甚至成為以后的泄漏點(diǎn)。因此選擇較好的加工企業(yè)可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，并降低成本。

（2）使用單位對(duì)工況的控制、對(duì)工藝參數(shù)的把握，也會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。一般四氟設(shè)備的損壞大都發(fā)生在溫度較高的部分，高溫、負(fù)壓等工況會(huì)造成四氟內(nèi)鼓，時(shí)間長(zhǎng)了自然就會(huì)產(chǎn)生泄漏。四氟材料雖然可耐250℃的高溫，但襯到鋼件里后，四氟在高溫下會(huì)變軟，并且發(fā)生膨脹，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)鼓、產(chǎn)生裂紋。因此使用時(shí)應(yīng)控制溫度在200℃以下。據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)的四氟襯里技術(shù)還沒(méi)有能做到耐溫在200℃以上的，所以為了延長(zhǎng)四氟設(shè)備使用壽命，對(duì)工藝參數(shù)的把握、對(duì)工況的控制以及現(xiàn)場(chǎng)操作都要逐步摸索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

（3）四氟設(shè)備價(jià)格昂貴，因此對(duì)其安裝也有一定的要求。在安裝和檢修過(guò)程中，要時(shí)刻注意設(shè)備的襯里層，一旦碰壞是不能修補(bǔ)的。

對(duì)于四氟設(shè)備的損壞，要先客觀地進(jìn)行分析，從使用溫度、工藝操作、設(shè)備加工質(zhì)量等各方面尋找原因，然后采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行改造，這樣才能用好四氟襯里設(shè)備。

4 結(jié)論

四氟設(shè)備使用的好壞牽涉到很多方面。筆者認(rèn)為，要用好四氟設(shè)備應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：

（1）選型是關(guān)鍵。在采購(gòu)四氟設(shè)備時(shí)應(yīng)充分考慮到所使用的工況，對(duì)介質(zhì)、溫度、壓力等要充分了解，選擇合適的加工工藝，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）中標(biāo)要合理。便宜沒(méi)好貨在這里體現(xiàn)得很充分。應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的工藝、合理的價(jià)位，確保產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)于管道等非關(guān)鍵部位可以選擇低價(jià)中標(biāo)。

（3）操作很重要。工藝科要把好工藝控制關(guān)，對(duì)各車間操作人員要經(jīng)常檢查，杜絕超高溫操作。有的時(shí)候由于系統(tǒng)原因帶來(lái)很多粉塵，形成酸渣，造成堵塞。有的車間操作比較野蠻，直接用鋼筋去搗料，一搗一個(gè)窟窿，一臺(tái)設(shè)備就報(bào)廢了。這些都是應(yīng)該設(shè)法避免的。

（4）安裝要謹(jǐn)慎。四氟襯里設(shè)備的四氟層比較軟，容易被金屬刮傷碰損，因此要求安裝時(shí)一定要保護(hù)好翻邊部分的襯里層。

（5）原因要查清。在使用過(guò)程中一旦出現(xiàn)設(shè)備泄漏，一定要查清原因，寫出事故報(bào)告，召開(kāi)事故分析會(huì)，并作出處理和存檔，杜絕下次再犯。

Technics of PTEF Lining and Its Application

Liu Cijun Zhan Xiaojun

Introduces the functions and lining technics of PTEF,analyzes damage reasons of equipment with PTEF lining,and puts forward the corresponding prevention measures.

PTEF;Lining technics;Lining equipment;Fluoroplastic function;Corrosion resistance

TQ 050.4

2012-02-25）

*劉慈軍，男，1972年生，助理工程師。焦作市，454191。