聚全氟乙丙烯塑料性能与阀门衬里工艺(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海耐腐阀门集团有限公司 作者:胡远银

1.概述

  氟塑料衬里阀门最大特点是过流面采用氟塑料蔽覆,以隔绝钢铁金属与强腐蚀性介质的直接接触。这样既解决了氟塑料强度低,不能承受高压力的问题,又解决了钢铁材料不耐腐蚀的问题,而且合理地利用了资源,符合国家节能降耗的产业政策,因而得到迅速的发展。在氟塑料衬里阀门的生产制造中,最重要的是选用合适的氟塑料原料和制订合理的衬里工艺及模具设计,本文就此问题谈谈粗浅的看法。

2.聚全氟乙丙烯塑料的性能

  在氟塑料衬里阀门中,氟塑料用量最多的是聚全氟乙丙烯,聚全氟乙丙烯是四氟乙烯六氟丙烯的共聚物,又称氟塑料46,简称FEP。

  通常四氟乙烯占83%,六氟丙烯占17%。FEP是完全氟化的聚合物,它是为克服PTFE成型加工困难而开发的一种改性新型氟塑料。其结构形式:

衬氟阀门 衬里阀门

  FEP是一种直链的高分子化合物,可视为PTFE中一部分与主链碳原子相连的氟原子被三氟甲基(-CF3)取代,分子排列混乱非常不规整,结晶速度缓慢,结晶度最多为40%~47%。它可看作是无规共聚物。熔体的粘度较低,可用一般热塑性塑料的方法对其成型加工,从而克服了PTFE? 成型困难的缺点。但是FEP的分子中也都是由碳氟两种元素以共价键结合而成,所以它的性能又与PTFE基本相同。

  FEP外观和手感类似聚乙烯,但相对密度大一倍多;性能与应用类似PTFE,使用温度比PTFE低50℃;硬度及强度较PTFE高,是标准的热塑性塑料。

  FEP相对密度为2.14~2.17,结晶度随热处理温度不同而有差异,若六氟丙烯占15%~16%的FEP,其熔融温度为288℃,Tg为130℃,长期使用温度为-88~250℃,脆化温度-90℃,分解温度>400℃。FEP的其他性能见表1。

表1 FEP的性能

性能

指数

拉伸强度/MPa(断裂、23℃)
断裂伸长率(%)
弯曲弹性模量/ MPa
洛氏硬度R
体积电阻率/Ω·cm
相对介电常数(60~106Hz)
介电强度/Kv·mm-1
介质损耗因数(106Hz)

18.62~21.56
250~330
578.2~656.6
25
1017~1018
2.1
20~24
5×104

  FEP是改性的PTFE,除使用温度低于PTFE约50℃外,其他都保持了PTFE的优良性能。它的最大优点是成型加工性能好,可以进行压模、挤出、注射成型等。

  FEP有优异的性能,但亦存在着加工时热稳定性差、制品易产生开裂等缺点。针对这些缺点,可通过分子结构均匀性的调整,相对分子质量分布的控制,树脂的烘烤,水蒸汽处理,加入中性盐、碱式盐等,使羧基脱羧转化稳定的-CF2H的端基以及严格控制成型加工条件进行改性。亦可以玻璃粉、石墨、二氧化硅共混,制成各种填充制品。

3.聚全氟乙丙烯塑料几种成型工艺方法

3.1.聚全氟乙丙烯的成型加工工艺特性

  3.1.1 FEP在熔融状态下的流变性接近非牛顿型,即随着剪切速率γ的增加,表面粘度(ηα)下降。而且随着相对分子质量下降,其溶体粘度也随着变小。溶体流动中的γ超过一定极限,就会产生溶体破碎,使制品显示粗糙的表面,故成型加工时应适当提高料温,并加大流道和浇口的直径。

  3.1.2 FEP的粘流温度1MPa为265~278℃,成型加工温度范围窄,成型加工困难。

  3.1.3 FEP的熔体粘度较PTFE低,在343~393℃时的熔体粘度为103~104Pa·s,比相同熔融指数的聚乙烯高一些,可用挤出,注射等方法成型。

  3.1.4 FEP为半透明的聚合物,静电吸着性很强。容易吸附灰尘和杂质,影响成型加工制品的性能。成型时应加入抗静电剂。

  3.1.5 FEP导热系数小,加工时应注意升温速度。考虑其成型加工温度下的腐蚀作用,加工设备应选用铬钢或渗氮高合金钢作为防腐层。

3.2.聚全氟乙丙烯的成型加工方法

  3.2.1注射成型 机筒和喷嘴温度为320~400℃,模具温度为200~230℃,注射压力为29.4~137.2MPa。

  3.2.2模压成型 模压成型可制取各种板、棒、层压板和填充制品。加热FEP至290~370℃使其熔融,再冷至150~200℃,在7MPa的压力下,使熔体充满模具,压实、脱模即得制品。

  3.2.3挤出成型 挤出机的螺杆长径比大于15,压缩比为3:1,模口温度315~400℃,压力视制品而异,一般为0.98~17.64MPa。挤出制品的淬火温度为10~20℃

  3.2.4涂覆 FEP浓缩水分散液,在FEP的分散液中,加入浓缩剂聚氧乙烯辛烷基酚醚,可用喷涂、刷涂、沸腾浸涂、火焰喷涂等方法,进行涂层施工,再加热塑化。近年来,也开发了FEP的粉末流动床和静电喷涂加工新技术。

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