CN102615861B - 一种衬氟管道的制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种衬氟管道的制作工艺，将预制的金属管道作为外硬模，在其型腔内壁上采用模压工艺衬聚四氟乙烯层，且所述聚四氟乙烯层在金属管道的两端均实现外翻，其特征在于:对衬好聚四氟乙烯内衬的金属管道紧衬处理：在聚四氟乙烯内衬内加入在烧结温度下能够气化的物质，其加入量控制在烧结过程中内衬内由气化产生的膨胀压力达0.06Mpa，将装配好的管道放入烘箱内，烧结：温度375℃—385℃之间，保温4小时；并最终在0.06mpa的气压趋于稳定后，继续保温2.5小时,最后停止加温，气压维持0.06mpa，直至冷却至室温，常温取出管道。

Description

一种衬氟管道的制作工艺

技术领域

本发明关于一种钢管内衬四氟乙烯制作工艺，及聚四氟乙烯衬里层与钢管内表面粘合的制作工艺。

背景技术

由于聚四氟乙烯为全氟化直链高聚物，其构成中的强氟碳键使其具有较高的热稳定性，优异的介电性能，及最佳的耐化学腐蚀性，可以有效的防止管道受到腐蚀，流体受到污染。所以聚四氟乙烯管道及管件能广泛用于石油化工、医药、食品等行业。目前市场上钢聚四氟乙烯管道及管件，种类繁多，性能参差不齐。市场上采用比较多的是一种模压钢衬聚四氟乙烯管道，其问题是钢衬与聚四氟乙烯不粘连，因聚四氟乙烯具有不粘性，所以四氟乙烯与钢管之间存在间隙，这类管道在正压下使用，无任何问题，但在高温和负压情况下就不能使用。另外也有一种所谓的聚四氟乙烯与钢管“紧  粘”工艺。先让管件内部填入聚四氟乙烯粉末，并加压，然后内装满工业盐（或其它高温材料），通过加压使四氟乙烯与钢管“粘合”。但是，聚四乙烯在380℃高温时，表面呈现熔融状态，而加入的工业盐或其它高温材料又可以渗入四氟层里面。所以这类管道出来，其内部相当的粗糙而四氟的性能也发生了变化。在长期使用过程，第一，影响其通过的介质纯度，固它长期和外吐这类“工业盐”，第二，四氟具备不粘性，但其表面渗入了“工业盐”及改变这一些性能，从而使通过的介质长期积累，从而造成管路阻塞。第三，加入填充剂使用内部产生的压力也不均衡，而其四氟阻热性能强，热量从钢管传递到四氟，再从四氟传递到内部填充物，会造成四氟内外温差而破坏其结构和性能，或者直接导致四氟层破裂。

   为了解决以上技术问题，专利号为92109411的，专利名称为一种管道容器与管道容器配件紧衬聚四氟乙烯工艺也公开了一种工艺，该工艺也实现了紧衬，但是采用的是在聚四氟乙烯内衬中加入金属粉末或砂类固体粉末，利用上述固体粉末的膨化形成的压力，使其聚四氟乙烯内衬与金属管道紧衬；该发明的缺点在于：由于采用了固体粉末，固体粉末在膨化的过程中，由于聚四氟乙烯也处于较柔软的状态，其分子间的间隙较大，烧结过程中，固体粉末会因此渗透到聚四氟乙烯内衬层，使内衬层的表面光滑度受破坏，且管道在使用过程中，由于粉末与管道中流动的酸碱液会反应，形成局部结痂，严重时会造成堵塞，影响管道使用寿命。

   专利号为200610118404.6，专利名称为衬有四氟的管道的制作工艺。该专利采用的是在四氟材料层内设有金属丝网，并将金属丝网与管体进行焊接 ，达到防止四氟高负压状态下发生形变的目的。该工艺的缺点在于：用硬质芯层与管壁焊接连接，虽然也能解决防止负压形变，但是，由于主要力均集中在焊脚上，因此，对焊脚的个数、焊脚的力学分布、焊接工艺都是有讲究的，且在焊脚上的处理工艺精确度高、工序多，不便于制作。

美国的US3050786A公开了一种内衬PTFE钢管的制造方法，该方法采用一种预压烧结的PTFE树脂的管子，该树脂在常温下尺寸保持稳定而在加热时周长改变。在该方法中，将PTFE管插入管道的外套中，再加热使其膨胀而实现两者紧密配合,但是，该方法的缺点是管状的PTFE产品特别是薄壁PTFE管状产品对处理过程中的扭曲和变形非常敏感。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术管道及管件不耐高温负压的缺点，和管道加工时必须采用固体粉末或颗粒做填充物的缺点，制得一种聚四氟乙烯衬里与管件内表面紧配、且聚四氟乙烯层表面不受破坏、工艺及其简单的衬氟管道的制作工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种衬氟管道的制作工艺，将预制的金属管道作为外硬模，在其型腔内壁上采用模压工艺衬聚四氟乙烯层，且所述聚四氟乙烯层在金属管道的两端均实现外翻，其特征在于: 对衬好聚四氟乙烯内衬的金属管道紧衬处理：将衬有聚四氟乙烯的金属管道，两端的密封面用车床车平或用刨床刨平,控制在聚四氟乙烯内衬内加入在烧结温度下能够气化的物质，其加入量控制在烧结过程中内衬内由气化产生的膨胀压力达为0.06Mpa，然后装上预留气孔的钢制法兰盖，将整个聚四氟乙烯密封面盖住，保证其基本的密闭能力；将装配好的管道放入烘箱内，烧结：温度375℃—385℃之间，保温4小时；并最终在0.06mpa的气压趋于稳定后，继续保温2.5小时,最后停止加温，气压维持0.06mpa，直至冷却至室温，常温取出管道。

进一步地，所述预留气孔的钢制法兰盖的结构为：在钢制法兰盖的任

意部位设气孔，在气孔上接有气压阀门。

进一步地，所述膨胀压力产生是在烧结温度下能够气化的物质在在聚四氟乙烯内衬中加入为固态或液态或气态的物质。

进一步地，所述固态物质选自尿素、碳酸铵、碳酸氢铵类通过温度升高能产生气体物质。

进一步地，所述液态物质选自水、醇类通过温度升高能产生气体的物质。

进一步地，所述气态物质为空气类通过温度升高能膨胀的气体。

本发明制作的钢衬聚四氟乙烯管道,具备以下优点：

1.本发明的制作工艺简单，直接衬聚四氟乙烯层、烧结即可。

2.本发明制得的衬氟管件，内壁为单一的聚四氟乙烯层，表面光滑、无任何（工业盐、高温材料）渗入四氟层，无改变聚四氟乙烯性能。确保管道在介质输入过程中的纯度不发生变化，管道使用寿命长。

3.本发明制得的衬氟管件，管道内衬层在高温的情况下，内衬层与钢管粘合无损，无任何填充剂的内衬层，可以在260℃以下全真空情况下长期使用。

4.本发明对工艺步骤进行了创新性的改进以及对工作参数的进行了优化和调整，调整后的技术方案能够制备出性能稳定、能够在高温下长期使用的衬氟管件，这种改进和优化取得了预料不到的技术效果。

附图说明

   图1为本发明钢制法兰的结构示意图。

  具体实施方式

   本发明的钢制法兰盖结构如下：

   法兰盖本体1的端面形状为与管件端面配合的形状，法兰本体的端面覆盖在管件端面上，可形成密封。在法兰本体1的周边设有螺栓孔2，用于使用时与关键端面用螺栓栓紧配合。在法兰本体1的任意处设有气孔3，所述气孔3处连接有气压阀门4。需要进入大气压时，打开气压阀门4，无需进入大气压时，关闭。

   本发明衬氟管道的制作工艺具体如下：

a)、首先将先制作好的钢体内外表面进行常规的除锈处理，喷砂或酸洗，使其表面清洁。

b)、采用常规的模压工艺或等压工艺，先将聚四氟乙烯粉末压入钢管内，成型压力在16mpa至25mpa之间，法兰四氟密封面与内衬管道四氟一次成型为管道生坯。

c)、烧结，将管道生坯，两端的密封面用车床车平或用刨床刨平，在聚四氟乙烯内衬内加入在烧结温度下能够气化的物质，其加入量控制在烧结过程中内衬内由气化产生的膨胀压力达0.06Mpa，然后装上如图1所示的钢制法兰盖将整个聚四氟乙烯密封面盖住 ，保证其基本的密闭能力。

聚四氟乙烯密封面为生坯盖上钢制法兰，螺栓固紧，不要求加紧，只要保证无明显的缝隙和聚四氟乙烯密封面与法兰盖平行即可，原因：四氟高温时会膨胀，从而会与法兰盖夹紧，而达到密封的效果。将装配好的管道放入烘箱内，烧结：温度375℃—385℃之间，保温4小时；并最终在0.06mpa的气压趋于稳定后，继续保温2.5小时,最后停止加温，气压维持0.06mpa，直至冷却至室温，常温取出管道。

所述在烧结温度下能够气化的物质为固态或液态或气态，固态物质选自尿素、碳酸铵、碳酸氢铵类通过温度升高能产生气体的物质, 液态物质选自水、醇类通过温度升高能产生气体的物质,其加入量仍为在烧结过程中产生的气体膨胀压力达0.06Mpa即可。或者，直接接入空气类通过温度升高能膨胀的气体也行，不管采用什么手段，最终目的为在烧结过程中产生的气体膨胀压力达0.06Mpa的压力即可。

上述所述的方法制得的成品，性能一致。且本工艺适用领域相对较广泛：直管、弯头、三通、四通、异径管、金属波纹管补偿器、热交换器、阀门阀体、罐、釜、反应锅、容器等等。

实施例1 

首先将制作好的钢体A、B、C、D内外表面进行常规的除锈处理，喷砂或酸洗，使其表面清洁。采用常规的模压工艺或等压工艺，先将聚四氟乙烯粉末压入钢管内，成型压力在16mpa至25mpa之间，法兰四氟密封面与内衬管道四氟一次成型为管道生坯。将管道生坯两端的密封面用车床车平或用刨床刨平，分别在聚四氟乙烯内衬的管道A、B、C、D内加入水滴、乙醇、尿素、碳酸氢铵、空气，其加入量控制在烧结过程中内衬内由气化产生的膨胀压力达0.06Mpa，然后装上如图1所示的钢制法兰盖将整个聚四氟乙烯密封面盖住 ，保证其基本的密闭能力。将装配好的管道放入烘箱内，烧结：温度375℃—385℃之间，保温4小时；并最终在0.06mpa的气压趋于稳定后，继续保温2.5小时,最后停止加温，气压维持0.06mpa，直至冷却至室温，常温取出管道。制得规格（DN100*1000mm）的内衬聚四氟乙烯钢管A、B、C、D。

实验项目：DN100*1000 F4与钢管粘合工艺制作的管道的负压试验

实验过程：   将上述制备的内衬聚四氟乙烯钢管A、B、C、D放入温度为150℃的烘箱内进行加温，管道两端分别加上密封盖板固定住，其中一端连在真空泵上。管道在150℃的烘箱内保持1小时，然后打开真空泵进行真空试验，真空泵全抽，保持全真空状态，持续60分钟。将管道取出，卸掉盖板，观察四氟内壁完好，未拱起，电火花检验2.4kv检验合格。

再将衬里好的管道放入温度为180℃的烘箱内进行加温，管道两端分别加上密封盖板固定住，其中一端连在真空泵上。管道在180℃的烘箱内保持1小时，然后打开真空泵进行真空试验，真空泵全抽，保持全真空状态，持续60分钟。将管道取出，卸掉盖板，观察四氟内壁完好，未拱起，电火花检验2.4kv检验合格。

再将衬里好的管道放入温度为200℃的烘箱内进行加温，管道两端分别加上密封盖板固定住，其中一端连在真空泵上。管道在200℃的烘箱内保持1小时，然后打开真空泵进行真空试验，真空泵全抽，保持全真空状态，持续60分钟。将管道取出，卸掉盖板，观察四氟内壁完好，未拱起，电火花检验2.4kv检验合格。

实验结果：200℃以下，F4和钢管粘合工艺制作的DN100*1000管道能耐全真空情况下的副压。

实施例2

实验项目：DN100*1000 F4与钢管粘合工艺制作的管道冷热交替破坏实验。

实验说明：

将上述制备的内衬聚四氟乙烯钢管A、B、C、D放入温度为200℃的烘箱内进行加温30分钟，后将工件投入冷水中快速冷却，观察四氟层与钢管是不是发生脱落。未发生变化，然后将工件再次投入烘箱内加温30分钟后冷却，观察变化情况，反复实验，未发生变化至少12次为止。

实验过程：

第一次，    工件投入冷水中未发生变化

第二次，工件投入冷水中未发生变化

第三次，工件投入冷水中未发生变化

第四次，工件投入冷水中未发生变化

第五次，工件投入冷水中未发生变化

第六次，工件投入冷水中未发生变化

第七次，工件投入冷水中未发生变化

第八次，工件投入冷水中未发生变化

第九次，工件投入冷水中未发生变化

第十次，工件投入冷水中未发生变化

第十一次，工件投入冷水中未发生变化

第十二次，工件投入冷水中未发生变化

最后工件进行电火花24Kv检验完好，目测，四氟层与钢管未发生明显的脱离。

实验结论：

   DN100*1000 F4与钢管粘合工艺制作的管道能在200℃以下，即使温度变化剧烈，仍然能正常使用，另外四氟层与钢管的粘合，能够避免四氟在200℃以下的膨胀收缩变型。

实施例3

实验项目：DN100*1000 F4与钢管粘合工艺制作的管道长期高温破坏实验

实验要求：将上述制备的内衬聚四氟乙烯钢管A、B、C、D放入温度为200℃的烘箱内进行长期加温，确保时间达到1周，最后取出管道，进行观察四氟层与钢管之间粘合情况。

实验过程：将上述制备的内衬聚四氟乙烯钢管A、B、C、D管道放入温度为200℃的烘箱内进行长期加温，保温时间达到1周，取出管道，四氟层与钢管之间粘合情况仍然完好，未发生形变和脱离。

实验结论：DN100*1000 F4与钢管粘合工艺制作的管道在200℃以下，能够长期使用。

实施例4

实验项目：将上述制备的内衬聚四氟乙烯钢管A分别取其中4块单位面积为10mm*10mm的钢管四氟复合小件，分别为：甲、乙、丙、丁。

实验要求：将各小件分别放拉力机进行钢管层与四氟层；拉力破坏实验，确定其粘合的强度。

实验过程：

实验结论：DN100*1000 F4与钢管粘合工艺制作的管道，其单位面积的压力为1113N~1119之间。

Claims (1)

1.一种衬氟管道的制作工艺，将预制的金属管道作为外硬模，在其型腔内壁上采用模压工艺衬聚四氟乙烯层，且所述聚四氟乙烯层在金属管道的两端均实现外翻，其特征在于: 对衬好聚四氟乙烯内衬的金属管道紧衬处理：将衬有聚四氟乙烯的金属管道，两端的密封面用车床车平或用刨床刨平,控制在聚四氟乙烯内衬内加入在烧结温度下能够气化的物质，其加入量控制在烧结过程中内衬内由气化产生的膨胀压力为0.06MPa，然后装上预留气孔的钢制法兰盖，将整个聚四氟乙烯密封面盖住，保证其基本的密闭能力；将装配好的管道放入烘箱内，烧结：温度375℃—385℃之间，保温4小时；并最终在0.06MPa的气压趋于稳定后，继续保温2.5小时,最后停止加温，气压维持0.06MPa，直至冷却至室温，常温取出管道；在烧结温度下能够气化的物质为在聚四氟乙烯内衬中加入固态或液态或气态的物质；所述预留气孔的钢制法兰盖的结构为：在钢制法兰盖的任意部位设气孔，在气孔上接有气压阀门；所述固态物质选自尿素、碳酸铵、碳酸氢铵类通过温度升高能产生气体物质；所述气态物质为空气类通过温度升高能膨胀的气体；所述液态物质选自水、醇类通过温度升高能产生气体的物质。