的开发 胡远银（上耐工程师）
进入二十一世纪以来，世界石化工业逐渐向中国转移，中国已成为世界石化产品生产大国，原油加工能力和乙烯生产能力现居全世界第二位和第三位，而且还在进一步增大。而我国的石化设备长期依靠进口，一些重要工序的特种也要进口，这与石化工业大国的地位极不相称，也不符合我国建立节约型社会、和谐社会的方针政策. 因此，立足自主创新、研发xx产品是我国行业义不容辞的责任和长期追求的目标。
早在50年前，问世不久，就有人预言，将成为化工应用领域里{sx}。因为石化工业管道中绝大多的工作条件所要求的温度相对较低。而符合这一要求，同时避免了许多腐蚀性问题。
由于石化工业管道中介质具有极强腐蚀性，一般的碳钢很快被掉，即使是不锈钢，也会被。后来人们发明了哈氏合金、蒙乃尔合金、20号合金，解决了石化特殊管道输送难题，因为这些合金中含有大量Ni、Cr、Nb、Ti、Pt等贵重金属，加上资源有限,就成为理想的顶替物。（国外称为铁氟龙），在上世纪七十年xx始研发，由于结构的特殊性，最初的衬氟塑料主要集中在旋塞与球几个结构简单品种，主要用于石化管道中强酸、强碱及溶剂类物质。
一、的特性
是指分子结构含有原子的一类高分子合成材料的总称。它是一类含有氟的不饱和单体自聚合以及由氟不饱和单体共聚而成的一类合成树脂。
树脂的品种很多，根据分子中氟原子的个数来分有下列品种：聚氟乙烯(PVF)，简称F1；聚偏二氟乙烯(PVDF)，简称F2；聚三氟氯乙烯(PCTFE)，简称F3；聚四乙烯(PTFE)，简称F4；聚六丙烯，简称F6。含的共聚物有以下品种：可溶性聚四乙烯，简称PFA，是由聚四氟乙烯与全氟烷基乙烯醚共聚所组成；聚全乙丙烯(FEP)简称F46，是四乙烯与六氟乙烯的共聚物；F42是四乙烯与偏二乙烯的共聚物简称；F40是四乙烯与乙烯的共聚物简称；F30是三氢乙烯与乙烯的共聚物简称；F23(又称3M)是偏二乙烯与三氯乙烯的共聚物简称。
由于分子结构中都有氟碳键及其屏蔽效应，故具有优良的耐性、耐高(低)温性、非黏附性、电绝缘性等，又由于它们彼此间的结构上的差异，使其具有各自的特性，选用时要充分注意发挥不同品种各自的优点。由于的品种很多，这里仅介绍产量{zd0}，使用最多的聚四氟乙烯以及它的两个改性产品：聚全乙丙烯和可熔性聚四乙烯。
(1) 聚四乙烯(PTFE)
从聚四乙烯分子结构看，C-C主要链的周围对称排列着原子，形成了一个氧原子组成的外罩保护着主链。C-F键极其牢固，使聚四氟乙烯具有很高的性能，其耐腐蚀性超过了现有的所有塑料，故有“王”之称。聚四乙烯几乎耐任何浓度的强酸、强碱、强氧化剂和溶剂的腐蚀，即使在高温下对它也不发生作用。只有熔融的碱金属或他们的氨溶液、化氯及元素会对它发生作用，而且也只有在高温下才明显地发生作用。
聚四乙烯突出的加工性能特点是成型加工困难，在熔融状态无流动性，在熔融温度以上也不能从“高弹态”转变到“黏流态”，加热到它的分解温度(415℃)也不能流动。因此聚四乙烯很难用模压、注射等一般热塑性塑料的加工方法来制造形状复杂的制件，只能将聚四氟乙烯粉料预压成所需形状，然后再烧结成型。其涂层多微孔，不能单独用作防腐涂层。
F4可以进行黏结，但需进行表面特殊处理。将F4与F4制件接合的最理想方法是焊接，一般F4的焊接方法分为热压焊接和热风焊接。
(2) 聚全乙丙烯塑料(FEP)
聚全乙烯由于C-C键周围有极牢固的氟碳键存在及其屏蔽效应，因而耐腐蚀性能极好。与聚四乙烯相似(在150℃下)，它几乎能抵抗所有化学介质(包括浓硝酸及王水)的腐蚀。只有高温下的、碱金属及二化氯、三化氯等能与它发生作用。它对稀或浓的无机酸、碱、醇、酮、芳烃、氯代烃、油脂等均有优良的耐腐蚀性。由于具有支链，故使它的耐温略有降低，{zg}使用温度约200℃，长期使用温度比F4降低了50℃。
F46的突出优点是具有较好的成型加工性能，可以用热塑性塑料通用的成型加工方法如模压、挤出、注射等进行加工。F46在熔融状态能和金属黏结。
(3) 可溶性聚四乙烯塑料(PFA)
PFA聚全代烷氧基。它具有F4的所有优良性能，又无F4那样加工困难的缺点，它具有良好的热流动性，便于加工成型，有可溶性聚四氟乙烯之称。
PFA兼有F4与46的优点，它即有F4优异的耐化学腐蚀性和耐高温性能。又可像F46一样可用一般热塑性塑料加工方法成型加工，且比F46更为方便。PFA在工业上可用作。
PFA在室温和250℃以下的力学性能与F4相似，285℃经2000h后的拉伸强度和伸长率不下降，弯曲寿命是F4的2～3倍。PFA比F4的力学性能要好得多，如在250℃下，PFA的拉伸强度为13.7MPa，而F4在该温度下其拉伸强度只有4.9MPa。PFA结晶熔点比F4低20℃(熔点304℃)，使用温度与F4相同(250℃)，且高温强度比F4大2倍
二 的开发与创新
的生产是一种复杂而又繁重的过程，除了成型加工技术外，还需考虑到生产成本，原料供应，环境影响等方面 .压塑是的成型工艺方法之一（如图1），也是应用最理想的方法之一，是将一定量的（粉状、粒状、纤维状、片状和碎屑状等）放入成型的模腔中，然后闭合，放在加热炉内加热到一定温度，并在压力作用下熔融流动，缓慢充满整个型腔而取得型腔所赋予的形状。随着化学反应程度的增加，熔体逐渐失去流动性变成不熔的体型结构而成为固体，经冷却到一定温度打开模具，而成为成品，从而完成模压过程，如图2衬里工艺流程图。它和挤出、注射成型工艺相比，具有投资省、经济效益好的优点。前面我们已经叙述过的特性，经过改性的F46与PFA可以用热塑性的成型加工方法，如模压、挤出、注射成型获得，挤出和注射工艺项用专的注塑机设备，又是高效率，连续性工作，只有单一产品，批量大的场合才适合，而生产绝大多是规格多，批量小的场合，相较之下，没有压塑工艺生产经济合理。
根据上述的技术原理和成型工艺特性、方法，我公司的科技研发人员不断探索，反覆实践，开发出了系列新产品。如闸、截止、止回、球、蝶、隔膜、旋塞、视镜等。
这些新产品，有的为了适用于石油化工，药品的特殊工况及工艺要求而设计的，在结构上大胆创新，有的是为了保证密封性能，提高产品质量，攻克了影响密封性的关键技术问题。
下面将这些创新点和关键技术问题作简要地叙述。
1.一般技术问题的处理
是现代科学技术发展阶段的产物。是伴随着的出现和社会需求而产生的一种高新技术产品。
由于我国目前还没有制订相应的产品标准，结构长度和法兰连接尺寸，按钢制的相关标准和行业标准执行。如结构长度按GB/T 12221标准的规定，这个长度应包括法兰两端密封面的层。法兰连接尺寸按GB/T 9113.1的规定。并限制在法兰端连接，不允许采用焊接方法连接，因为焊接所产生的高温容易使层变形。这样处理便于工业管道的安装连接和不因焊接而影响产品质量。
衬里层厚度的确定既是一个科学问题，又是比较现实的经济问题。层厚了浪费昂贵的，衬薄了满足不了使用要求。因为是高分子材料，具有吸收少量与其接触的气体的特性，随温度的升高，材料体积膨胀，分子之间空隙增大，渗透吸收就加剧。只有适当增加厚度才能减少渗透。因此，在衬里层设计时，采用增加厚度来弥补这一缺陷。
经过反复试验验证，确定衬里层厚度δ≥2mm比较合适。并且随着阀门通径的增大而增加，我公司为阀门行业起草的《》标准草案中，确定的塑料厚度如表1所示：
表1衬氟塑料厚度mm
图2 工艺流程图
的密度应选用2.16g/cm3左右，且不允许有杂质存在的原材料。用于食品、医药、卫生级的衬里材料，还应xx、无菌、无杂质清洁卫生的材料。氟塑料阀门的表面应当光滑平整、无气孔、裂纹、夹杂等缺陷。法兰的翻边处及其他转角处应色泽均匀，无泛白现象。
大口径，可采用钢板焊接方式，焊接点符合GB/T150标准的规定。的内部形状应尽量简洁，便于里和模具的制作，壳体受衬面应平整，所有的转角处应呈圆弧过渡，圆弧半径R≥2mm.
零件壳体受衬面上的焊缝应成连续焊，并且采用对接焊缝。不得采用点焊，间断焊。更不得采用铆接方式。焊缝应打磨平整，焊缝凸出高度≤0.5mm。如下图所示。
焊缝不得有气孔、咬边、裂纹以及任何其他形式的表面孔洞及未焊透等缺陷。不合格时，可以修补。修补后仍应符合上述要求。
受衬面的焊渣，飞溅物等类似杂物应予以彻底xx；的机加工，焊接等工序必须在之前完成；衬里前，应按GB 11373 标准中St2级要求进行除锈处理；法兰面的应衬满密封面，并且有扣紧基体的结构，防xx壳；如下图：层厚度应用测厚仪检测，也可用卡尺、千分尺测量，其衬里层厚度不得低于表1的规定。
零件应进行电火花检测，采用5kv～20kv高频电火花检测仪，输出电压，调至相应的电压，一般按10～15kv，衬里层薄一点按10kv，厚一点按15kv，一般不超过15kv。一般不能当作真空阀门使用，也不能作调节使用，如用户需要做真空用或调节用，必须由供需双方商协。设计特殊结构，出厂前，除进行压力试验、电火花测试、壁厚和外观检查外，还应进行真空检验。保证氟塑料衬里在允许的压力下，衬里层不会发生吸扁、挠曲等变形失稳现象。检测探头在表面以不超过50mm/s的速度移动。被检测工件不被击穿为合格, 检测仪器一次连续工作不得超过50分钟
2．结构创新
常规的设计，只需考虑铸件的铸造工艺性和结构的合理就行了，对于来说，远远不够。除此之外，还要考虑的模压工艺性，模具制造的可行性。流道结构必须流畅。无积存物凹槽等。作为生产企业还必须考虑生产成本。所以我们在阀门结构上作了大胆的创新。以截止为例，常规的截止阀阀体为∽形流道。(图3),在铸造工艺上没有什么问题，如果是截止阀设计成这样的结构，模压工艺将无法实现。原上海阀门五厂在引进国外衬橡胶截止阀时，将设计成了(图4)的结构形式。后来温州的一些厂也仿照这种结构制造。一直到现在，国内外的一些截止阀都是这种结构型式。问题是：这样的结构，阀体内容易积存残留物。不能满足有些石油化工、药品、食品工业管道不允许管道内有残留物的要求。因为这样会影响其产品质量。
为了满足用户的需要和衬氟工艺性要求，我们依据现有的科学理论作基础。研制成功了如(图5)的新产品。这种结构的，相同型号规格的截止体积比现有的衬要小四分之一、流道平直。xx了残留物积存的空间，结构紧凑、外形美观、模压工艺性好。目前已批量投入生产，并已取得专利。
图3 图4图5
是使用量大、使用面广的产品。由于制造工艺复杂，国内外几乎没有生产厂家。即使有几家企业生产，也是圆筒形结构，闸板为圆塞子形，粗大笨重。如(图6).
根据市场需求，我公司开发成功了系列新产品（见图7)，这种产品的独创之处，在于阀体由圆筒形改为扁体形。这样体积缩小了近2/5，这样的结构在常规设计中非常容易实现。由于的适用压力在1.6MPa左右，适用温度在180℃以下，采用扁体结构在壳体强度上是允许的，符合API 6D标准。只是模压工艺和模具制作上难度较大，首先是阀体中法兰到阀体底部尺寸深度大，拔模困难，导向筋难于控制，阀座5°斜角，不易保证这些问题不解决，将从无做起。经过周密计算、精心设计和反复试验，攻克了一个个难关，实现了真正意义上，填补了我国工业的空白。目前已取得专利。
图6图7
蝶阀是最近一些年来发展最为迅速的产品，衬里蝶阀因其结构简单（见图8）。工艺性好得到快速发展。衬里材料为橡胶的蝶阀很早以前便出现，而的应用则是近些年的事了，现有的由于蝶板与阀杆的连接处，以及阀杆颈部与阀体的密封性能没有很好解决，经常因此而产生泄漏。
针对这一情况，我公司在开发蝶阀产品过程中，重点解决了这个问题。一般来说，石油化工和药品等工业上使用的，使用介质不是有毒有害物质，便是腐蚀性极强的物质，一旦外泄，将产生不可想象的危害，其后果有时是灾难性的。内漏会影响用户工艺参数和合成反应的质量，因此解决外漏和内漏是蝶阀的关键。所以我们十分认真地处理了阀杆与阀体的密封问题。如蝶阀的蝶板与阀杆，常规阀门的设计是分开的（如图9）,如果蝶阀采用这样的连接方式，衬氟工艺性没有什么问题但使用效果上有问题。受力部位在反复交变受力过程中，容易损坏衬里层，导致衬里层破坏，钢质骨架会受到腐蚀性介质的腐蚀而失效。从而缩短阀门使用寿命。所以，在设计中，设计成连体形（如图10），实践证明，这样的设计使用效果良好。
图8图9 图10
新的将蝶板和阀杆联结一体，减少了容易产生泄漏的环节，阀杆与阀体之间的密封由填料改为特殊结构的包覆密封圈，这种密封圈内芯又弹性好的xx橡胶制成，外包氟塑料。既有弹性又有耐腐蚀性，这样改进之后，不仅密封性能好，同时结构简单，体积相应缩小，在同类型同规格的蝶阀产品中，我公司的产品要比其他公司产品重量轻1/5，使用寿命要高出1000次以上，大口径衬氟塑料蝶阀（DN800mm）填补了上海阀门工业的空白，目前已批量投入生产，获得国家专利。
三 结束语
由于新技术、新材料、新工艺还在不断出现，石化工业、宇航工业的特殊需求，还需要各种不同类型的特种阀门。就而言，新型的工程塑料，陶瓷材料，纳米复合材料不断出现，以及滚塑工艺、喷塑工艺、热喷涂技术的快速发展，给的发展提供了广阔的前景和支撑。我公司将在已取得成果的基础上，不断探索、不断创新，研发出更多更好的阀门新产品，满足我国快速发展的经济建设的需要，为建立和谐社会节约型社会作出新的贡献。
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