紧衬Ｆ4钢管的制作：

衬Ｆ4钢管的制作方法分松衬和紧衬法。松衬是把Ｆ4管不用任何器械直接插入管后两端翻边而成;紧衬是把外径大于钢管内径的Ｆ4管,通过拉伸设备拉进钢管,翻边而成,衬里层与基体间基本无空隙。紧衬的直管可以在负压下使用,而松衬管由于结构上的原因,不能用于负压工况。

生产紧衬Ｆ4直管的原理拉伸法是生产紧衬Ｆ4直管的主要原理,把外径大于钢管内径的Ｆ4管,通过拉伸设备拉进钢管,室内放置24ｈ以上,以消除机械应力。消除应力的复合管,根据法兰水线长度切口、修平,再通过翻边设备加热翻边。

工艺过程

钢件制作→前处理→拉伸→放置→翻边→检测→刷油→成品。

制作过程几个问题的探讨

Ｆ4管的壁厚与抗渗透的关系

Ｆ4是高分子材料,具有“要吸收少量与它接触的气体和液体”的特性。温度升高,材料体积膨胀,分子之间空隙增大,这种渗透吸收就加剧。只有适当增加厚度才能减少渗透,因此,要求衬里需要一定的厚度以弥补这一缺陷。为保证衬里的使用效果, 要求内衬管的厚度不小于2ｍｍ。另外,Ｆ4产品的抗渗透性还与生产所用的树脂、加工工艺、产品的结晶度、表面光洁度等有关。Ｆ4的密度越大,渗透性越小。国具目前认为Ｆ4衬里密度宜选用应不小于2.16×103ｋｇ/ｍ3。

内衬Ｆ4管的选择根据上述,生产这种产品的关键在于Ｆ4内衬管的制造。Ｆ4是一种热塑性树脂,但在熔融时粘度极大,达1010～1011Pa·s,在高温下施加很大的压力也难使它流动,故不能用一般热塑性塑料的成型技术加工制作。其成型方法目前国内主要有缠绕法、Ｆ4板焊接法和推、挤出法,国外还有等压法等。

为提高产品的质量、降低投资成本,内衬管的选择可直接购买挤压管。该管应符合ZBG33001《聚四氟乙烯管》的标准,其定型长度为4200ｍｍ,可以制作最长的直管为4000ｍｍ。

Ｆ4管配件的制作

衬Ｆ4管配件(含弯头、三通、四通、变径等)的制作,过去国内都是用二步法,即先用缠绕法做好内衬件,再把钢件剖开,装入内衬件,通过点焊或螺栓联结而成。该法生产的产品,不但外观不美,而且钢塑结合力不好,产品在高温、负压及温差波动时,极易吸瘪。为克服此问题,现用等压法一次整体成型。

原　理

等压法(又称液压法或橡皮袋法)是制作Ｆ4产品的一种特殊方法,类似于冶金工业中的粉末烧结法。它又分内压法和外压法。它以管配件为模具,通过将Ｆ4树脂粉末均匀而疏松地填放在橡皮袋与模具壁之间,然后施加水压,使橡皮袋向模具扩张,将Ｆ4树脂粉末压实而成预制件,连基体一起进烧结炉,烧结后淬火而成。

工艺过程

钢件制作→前处理→加Ｆ4树脂→密封打压(20MPa)→保压→卸压→预制品→烧结→淬火→检测→修边→刷油→成品。

制作过程几个问题的探讨

Ｆ4管配件的烧结

Ｆ4产品烧结最敏感的问题是温度,如不严加控制,会导致产品开裂而报废,烧结炉应有转盘或热空气循环,炉温升降都要缓慢进行。为提高产品的机械强度(抗拉强度和伸长率),出炉可淬火,淬火时整个产品必须完全浸入水中,以防冷却不均,导致产品出现裂纹,整个烧结过程约需12ｈ(如图1所示)。但淬火产品的结晶度小,对产品的渗透性有影响。

成型压力与产品性能的关系

(1)         成型压力与产品收缩率的关系

如图2所示，等压压缩成型产品的径向和轴向均收缩,其收缩率随压力的增大而降低。由于烧结淬火后产品存在收缩率,使得内衬件与基体有一定的间隙,但只要保证内衬件的厚度(不低于美国瑞特隆公司的标准),实践证明,产品的质量完全可以得到保证。

2)成型压力与产品密度的关系　

从图3可看出产品的密度随着成型压力的增大而增大,当压力达15ＭＰａ时,密度可达2.15×103ｋｇ/ｍ3。通过产品的密度,可用下列经验公式,求出产品孔隙率[4]

ε=(1-ρ/ε0)×100%

式中　ε———孔隙率,%

ρ———产品(烧结体)密度,ｋｇ/ｍ3

ρ0———相对标准密度,ｋｇ/ｍ3(2.10-2.30)×103ｋｇ/ｍ3,取2.17×103ｋｇ/ｍ3,则

ε=(1-4.61×10-4ρ)×100%

可见,产品的密度越大,产品的孔隙率越小。综上所述,成型压力对产品的性能有较大的影响。成型压力越大,产品的性能越好。但成型压力越大,密封问题难于解决,根据实际应用和性能测试(见表2和表3),成型压力在20ＭＰａ左右即可满足生产要求。

性能测试和应用举例

性能测试

力学性能

根据GB1040《塑料拉伸试验方法》对模压和等压产品进行机械性能测试,测试结果见表2。

和模压压缩成型相同,等压压缩成型产品的机械性能也受压力大小的影响。等压压缩成型时,受压均匀,20ＭＰａ压力下成型的产品,性能已接近30ＭＰａ的模压压缩成型产品。产品的密度与产品的孔隙率和强度有关,随着成型压力的增大,产品的密度增大,孔隙率减少,强度增加。当成型压力继续增大时,这些特性变化趋向恒定。

耐温和抗负压性能测试

根据文献[5]对产品进行耐负压和耐温性能测试,测试结果见表

应用举例

(1)在沈阳化工股份有限公司氯苯分厂,生产氯蜡 70和“六六六”的管道上,介质为盐酸、氯气、四氯化碳、次氯酸、苯等,温度-20～100℃左右,规格为ＤＮ50～ＤＮ150,已使用三年,至今情况良好;

(2)在沈阳化工股份有限公司氯碱分厂离子膜工段,输送淡盐水和离子膜电解槽出口管道上,介质为氯气、盐酸、食盐、次氯酸等,温度为95℃左右,规格为ＤＮ50～ＤＮ250,已使用三年,至今情况良好。

结　论

(1)紧衬法制作的管件产品具有抗负压、耐温差、耐高温、耐强腐蚀性介质能力强的特性;

(2)紧衬法成型设备简单,投产快,并且模具结构简单,操作方便;

(3)制作管配件时,成型压力对产品的性能有较大的影响,烧结时,应控制好温度。