本发明涉及聚四氟乙烯防腐制品及其制造方法。 聚四氟乙烯(简称F4或PTFE)系新型材料,俗称“塑料王”,是当今世界上化学稳定性最佳的物质之一,耐温范围宽,-195°~250℃,防腐性能好,是制造化工防腐设备的理想材料。但F4是热塑性塑料,且价格昂贵,不宜作单独结构材料,而将其加工成薄层制品,作为钢铁之类构件的衬里,具有防酸、碱、盐、强氧化剂、有机溶剂与其它所有强腐蚀性介质(除熔融碱金属、元素氟和三氟化氯外)的特点,其性能远远超过其它所有非金属材料产品,而且还优于不锈钢、合金乃至钛锆等高级金属,其适用范围涉及化工、石油、冶金等领域。
F4是惰性材料,无流动性,且热加工温度范围很窄。对于加工品种规格繁多,结构复杂的F4制品(诸如管子、管子配件、塔、釜、容器等大型设备以及其它单元操作设备和非标产品的衬里)难度很大。国外仅美、日、西德等国有些生产,近年来,国内也有制造,但衬里层均由单一F4构成。特别是加工成一些带支管的设备的衬里,在支管与主体的连接上,无论是用焊接,一般缠绕,或其它技术加工成型,都难以保证质量。此外,F4还存在有热膨胀系数大(比钢铁大10倍)与固有的冷流性(蠕变)等致使缺点,致使单一F4制品作为衬里在使用时,由于与钢铁外壳悬殊的膨胀系数而极易损坏,使用寿命短,並无法确定其安全使用期限,给设计与使用带来被动,从而影响了这种理想的新材料在防腐领域里广泛应用。
为了解决F4防腐制品加工上的困难,提高产品性能,本发明人曾试图在F4层中加钢丝(弹簧状)来提高制品的稳定性,但其结果作用不大。仍克服不了制品受热时的膨胀力和固有的冷流性,而且对于结构比较复杂的制品,在制作工艺上也比较困难。
本发明人经过多次的试验和摸索,提出一种能克服F4上述致命弱点,制品性能稳定,制作较为容易地新型聚四氟乙烯防腐制品及其制造方法,这即是本发明的目的所在。
本发明的基本构思是在F4制品加工过程中,在F4层中间加一一层金属网格,形成带金属网格的聚四氟乙烯制品,凭借金属网格这一结构来抑制单一聚四氟乙烯制品受热时的膨胀力和固有的冷流性,从而使F4防腐制品作为钢铁构件衬里用时,不致于因二者热膨胀系数悬殊而损坏,提高了F4制品的质量。在产品制造上对现有的单一F4制品的制造方法作些相应的改进。现有的单一F4制品的制作过程分为F4树脂模压成棒料,将棒料车削成F4薄带、在模具上缠绕F4薄带、加温烧结成型、脱模、翻边、F4衬里成品等步骤。本发明带金属网格的F4防腐制品的制造方法的特征是将模具上缠绕F4薄带这一步骤中增加一个铺金属网格步骤,即为先在模具上缠绕若干层(视制品厚度而定)F4薄带,然后铺上金属网格,再绕上若干层F4薄带,使金属网格处于F4夹层中。
本发明的详细技术内容结合实施例及其附图得以进一步说明。
图1是实施例带金属网格的F4衬里塔节的主视图。
图2是图1带金属网格F4衬里塔节的A向视图。
图3是金属网格结构示意图。
本实施例是一个防腐塔节,图1反映了本发明带金属网格F4制品作为塔节防腐衬里的实施状态。图1中的剖面部分显示了本发明带金属网格F4制品的结构,即由聚四氟乙烯(F4)层(1)和金属网格(2)组成,金属网格(2)位于聚四氟乙烯层(1)中间。图2中的3是塔节的钢外壳。图3反映了金属网格的结构,本实施例的金属网格是一个钢丝(或铁丝)直径为0.1-0.5毫米,10-40目的钢丝网(或铁丝网),钢丝(或铁丝)的直径以及网孔大小可视具体制品而定。
本发明带金属网格F4制品制作过程为:1、将F4树脂粉末模压成棒料,2、将F4棒料车削成薄带,3、在模具上缠绕F4薄带,4、在F4薄带上铺设金属网格,5、在金属网格上缠绕F4薄带,6、在F4层外面缠上无碱玻璃丝带並扎紧,7、烧结成型,8、脱模,9、翻边,10、F4制品。
F4棒料制备:将F4树脂粉末经20目筛子过筛,使其呈疏松状态,将其均匀地加入钢模中,用刮刀刮平,装上上模芯子,将其放到压机上用200-300kgf/cm2压力把粉料压实,脱模后将生棒料放到电炉里烧结成型,炉温要均匀,升降温要缓慢,否则会导致制品开裂而报废。例如直径φ100~φ150mm、高100-150mm的F4棒料烧结升降温速度如下:
升温:室温-327℃,30°-40℃/小时,
327℃ 保温1小时,
327°-380℃ 20°-30℃/小时,
380℃ 保温2-4小时。
(棒料全部呈半透明状)
降温:380°-327℃ 40°-50℃/小时,
327℃ 保温1小时,
327℃~室温 30°~40℃/小时。
F4薄带车制:F4的加工性能很好,可用普通车床加工成薄带,薄带厚度可为0.1-0.15mm,宽度20-50mm(视制品大小而定)。
缠绕F4薄带:将F4薄带在与制品尺寸、形状相应的不锈钢模具上缠绕至F4制品总厚度的50%左右。缠制时,从模具的一端往另一端缠绕,每圈塔接宽度约50%,到头后,再往回缠,使上下两层呈交叉状,这样来回缠绕至所需厚度。
铺设金属网格:在F4薄带层外面包上一层钢丝网(或铁丝网)。包覆时,钢丝网要与F4薄带层贴紧。
再缠绕F4薄带:在钢丝网外面继续缠绕F4薄带,至F4制品所需厚度。
缠绕无碱玻璃丝带:在F4薄带层外侧缠绕0.1-0.15mm、宽25-50mm的无碱玻璃丝带若干层,缠绕至终端时,用铁丝扎紧。
烧结成型:将缠绕好的工件,放到电炉里烧结成型,当温度与压力达到一定条件时,多层F4薄带便熔结成一体。金属网格两侧的F4渗透过网孔,使金属网格位于F4层之中。炉子可用远红外元件加热,工件需离开热源10mm以上,炉内要有转动装置,使工件缓慢旋转,最好有热空气循环,使各部加热均匀。F4熔结温度为380°±5℃,达到380℃后,要保温1-2小时(视工件大小而定)。然后在炉内自然冷却。
脱模:工件自炉内取出后,立即投入水中冷却,至不烫手时,解下玻璃丝带,将其放到脱模机上进行脱模。
翻边:对于作钢铁构件衬里用的F4制品,脱模后,需将其两端翻边,才可用法兰连接进行水压试验。不同通径的F4制品都要有一套尺寸相适应的翻边模具。翻边模最好用不锈钢制作。翻边时需将翻边的部位加热,热源可用45%NaNO3+55%KNO3的混合盐浴。翻边时盐浴控制在400℃,将F4制品端部插入盐浴。1-2秒钟,即呈半透明状,迅速提起插入扩口模。然后再拨出插入直角定型模,使翻边与工件成直角,並用半园环压模紧紧压住翻边,並可来回磨压,使其定型。
成品出来后,即对其进行质量检验,质量检验包括外观检查、水压试验、高频电火花检测等。外观检查采用肉眼观察,制品内壁应平整光滑、洁白,不得有横向白条纹。水压试验采用试压泵进行常温水压试验,保压5分钟,不得有变形,渗漏或冒汗等现象。高频电火花检测,主要检查一些复杂结构的F4制品,特别是支管与筒体的连接部位有否微孔、裂痕或隐患。经检验合格,可付之使用。
本发明带金属网格的F4制品,由于金属网格对产品的加强作用,在使用于压力不太高的场合,可直接使用,一般情况作为钢铁构件的防腐衬里使用。衬装时,用松衬法将本制品与钢铁外壳装配,先将本制品一端的翻边板直,套入钢铁外壳,到头后,再将板直的F4制品的翻边板回到原来形状,使其贴合在法兰密封面上,即为成品。衬装好的成品,再进行常温水压试验,压力标准为产品使用压力的1.5倍。合格后的成品外表面喷防锈漆,各法兰口的F4翻边用盲板加以保护,即成为带金属网格的聚四氟乙烯衬里的防腐产品。图1反映为这种产品的结构。
通过上述本发明带金属网格的聚四氟乙烯防腐制品的结构及其制造方法的描述,可以得出本发明如下优点和积极效果:1、由于聚四氟乙烯层中有了金属网格,可防止聚四氟乙烯热加工后,温度下降而收缩,薄弱部位被拉裂(特别是支管连接处),从而保证了复杂结构产品的加工质量,提高了成品率,降低了生产成本。2、由于聚四氟乙烯层各部分被金属网格所固定,产品尺寸基本稳定,特别在作为衬里使用时,不再由于温度变化而损坏,也不会由于冷流性而变型,从而提高产品的使用寿命,而且安全使用年限可以保证。3、由于金属网格的加强作用,F4层的厚度可适当减少,产品成本可相应降低,而且在使用压力不太高的场合,可不用钢外壳而直接使用。4、由于本发明的制品质量可靠,性能稳定,因此应用于生产中,可彻底消除生产中的跑、冒、滴、漏,减少停车次数,延长运转周期,稳定生产,增加产值,减少腐蚀物质对环境的污染,並可得到高纯度、高质量的产品,既可达到文明生产,又可获得巨大的经济效益与社会效益。由此可见,本发明使单一聚四氟乙烯防腐制品的加工与应用由不稳定走向稳定,从根本上克服了过去聚四氟乙烯防腐制品的致命弱点,使四氟防腐制品理想化,开辟了四氟制品更广泛的应用范围。