CN102632578A - 聚四氟乙烯等静压成型装置及采用该装置的管道衬里方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于化工设备上的衬里成型装置及衬里方法，提供了一种构思巧妙，成型管强度高、性能好的聚四氟乙烯等静压成型装置及可将聚四氟乙烯成型管紧衬在管道内的衬里方法，解决了现有技术中存在的聚四氟乙烯成型管因成型压力不足而导致聚四氟乙烯内衬密度低，抗拉伸强度差，抗渗透性能差等技术问题，它是将模具整体放置于等静压机的高压舱液面下，对高压舱加压至工艺压力后使聚四氟乙烯坯料冷压成型，即采用等静压工艺，再将出模坯件烧结后拉细并置入管道内，加热后聚四氟乙烯管坯记忆回弹，使衬聚四氟乙烯管紧衬在管道内，衬里耐高温高压性能好，并满足232°高温条件下的全真空使用要求。

Description

聚四氟乙烯等静压成型装置及采用该装置的管道衬里方法

 

技术领域

本发明涉及一种用于化工设备上的衬里成型装置及衬里方法，尤其涉及一种成型简单，强度高，性能可靠的聚四氟乙烯等静压成型装置及采用该装置的管道衬里方法。

背景技术

随着化学工业的发展，对衬里管道的需求也越来越大，由于聚四氟乙烯具有良好的耐高、低温、抗腐蚀、耐气候等特性，因此内衬聚四氟乙烯更为普及，尤其是在有机硅、苯胺等项目中，现有的衬聚四氟乙烯管道一般均采用等压工艺，即在制作过程中用管道钢壳本身作为衬里模具的一部分，由于管道钢壳无法承受聚四氟乙烯成型时的工艺压力，在压力达到成型工艺压力的40%时管道钢壳就开始变形泄漏，因此采用上述等压工艺时往往因成型压力的不足，使烧结后的聚四氟乙烯内衬存在密度不够，抗拉伸强度差，抗渗透性能差等问题，在使用过程中表现为：当使用温度超过120°时内衬里开裂、温度变化较大时连接法兰面易拉断、化学介质渗透后衬里发生起鼓等失效现象。

中国专利公开了一种异型聚四氟乙烯覆铜板成型模具（CN202029483U），它由上模、下模、上模压板、模框和模具腔组成，上模与上模压板相连接，下模位于上模的正下方，模框为中部空心的框架结构，上模和下模放置于模框中，上模与下模依外压力装置完成脱模，上模的下端与下模的上端之间间隙形成模具腔，模具腔的形状与加工的覆铜板形状相适配。此成型模具是通过在上、下模之间形成模具腔，并通过外压力装置将聚四氟乙烯粉料挤压成型，虽然可提高聚四氟乙烯成型时的工艺压力，从而满足聚四氟乙烯成型板的密度、抗拉伸强度、抗渗透性能等方面的要求，但此装置只适用于板状聚四氟乙烯的成型加工，无法进行管道衬里加工。

发明内容

本发明主要是提供了一种构思巧妙，成型管强度高、性能好的聚四氟乙烯等静压成型装置，解决了现有技术中存在的聚四氟乙烯成型管因成型压力不足而导致聚四氟乙烯内衬密度低，抗拉伸强度差，抗渗透性能差等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种聚四氟乙烯等静压成型装置，包括管状内模及套装在管状内模外的管状外模，在管状外模的内壁上设有弹性膜层，在管状内模两端的外侧分别设有上密封环和下密封环，上密封环和下密封环的外环面分别抵接在弹性膜层上，且弹性膜层、上密封环、下密封环和管状内模共同围合形成环形填料腔，在与环形填料腔对应的管状外模上设有若干个通孔。聚四氟乙烯属于氟塑料中的一种，由于聚四氟乙烯可以通过冷压成型，成型后的坯料进行加热烧结即可制成成品，相对于热压成型的其它种类的氟塑料而言，成型后的聚四氟乙烯具有质量好，成型简单等特点，使用时先将聚四氟乙烯粉末置入环形填料腔后再放置于等静压机的高压舱内的液面下，再对高压舱进行加压，由于管状外模上开有很多通孔，水压穿过通孔并作用于弹性膜层上，弹性膜层受力变形并向内挤压，弹性膜层又将压力作用于环形填料腔内的聚四氟乙烯粉末上并保持压力基本不变，在此压力下保压一段时间后即可，使聚四氟乙烯料的管坯满足了工艺成型压力的要求，同时由于管状内模内腔的水压与作用于弹性膜层上的压力相同，水压穿过通孔后同时作用于管状外模的内壁，即管状内模和管状外模的内外压力平衡，因此管状内模和管状外模在成型过程中不会因压力过大而变形损坏，既保证了管坯的质量，又确保成型装置不被损坏，保压完成后对等静压机高压舱进行泄压开缸脱模，即得到了复合要求的聚四氟乙烯管坯，管坯再经过烧结工序的烧结，即完成了管坯的制作。成型装置巧妙的利用了内外水压平衡的原理，构思巧妙，成型管强度高、质量好，很好的解决了现有技术中存在的聚四氟乙烯成型管因成型压力不足而导致聚四氟乙烯内衬管密度低，抗拉伸强度差，抗渗透性能差等技术问题。

弹性膜层可以是硅胶等其它材料，作为优选，所述弹性膜层为平贴在管状外模内壁上的圆形的橡胶管。橡胶管价格便宜，弹性好。

作为优选，所述上密封环的外端面向外延伸后水平固定在管状外模的上端面上，在下密封环的外端面上抵接有环形压板，环形压板水平固定在管状外模的下端面上，且环形压板的内环面通过密封圈密封抵接在管状内模上，弹性膜层的两端分别夹设在上密封环与管状外模的端面之间及环形压板与管状外模的端面之间。将上密封环固定在管状外模的上端面上，下密封环通过环形压板固定在管状外模的下端面，防止管状内模径向窜动，确保坯管壁厚均匀一致。

作为更优选，在所述管状内模的两端分别设有上定位法兰和下定位法兰，上定位法兰的端口延伸至管状内模内并水平固定在上密封环上，下定位法兰的端口延伸至管状内模内并水平固定在环形压板上。上、下定位法兰防止管状内模轴向窜动，提高装置的安全可靠性。

作为优选，所述通孔在管状外模的外环面上均布，且通孔的通径面积占管状外模外环面面积的40%至60%。合理的通孔分布及截面积可提供足够的均匀压力将聚四氟乙烯粉末向内挤压变形，并进一步促使弹性膜层与管状外模内壁分离后实现整体挤压。

因此，本发明的聚四氟乙烯等静压成型装置具有下述优点：利用水压平衡的原理，在成型装置完好的情况下，提高了坯管的产品质量，使冷压后的聚四氟乙烯管密度高，抗拉伸强度大，抗渗透性强，装置结构简单，构思巧妙。

本发明同时提供了一种可成型制作密度高，抗拉伸强度和抗渗透性能好的聚四氟乙烯衬管，并可将衬管紧衬在管道内壁上，从而保证衬里管道在高温条件下全真空使用的管道衬里方法，解决了现有技术中存在的聚四氟乙烯管衬里易断裂、起鼓、塌陷等，使化学介质渗透至管道内而引发防腐失效等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种采用聚四氟乙烯等静压成型装置的管道衬里方法，包括如下顺序步骤：

1）组装聚四氟乙烯等静压成型装置，并将聚四氟乙烯粉料填满在环形填料腔内；

2）再将聚四氟乙烯等静压成型装置整体放置于等静压机的高压舱内，并向高压舱内注满水；

3）对高压舱加压至设定值并保压，使环形填料腔内的聚四氟乙烯粉料冷压成型为管坯；

 4）打开高压舱后取出聚四氟乙烯等静压成型装置，并取出管坯，且衬里管道的内径小于管坯的外径；

5）对管坯进行烧结；

6）用口模将管坯拉细至设定值，将管坯置入衬里管道内，且管坯与衬里管道间设有间隙；

7）加热管坯，管坯尺寸恢复后贴紧在衬里管道内；

8）对管坯两端进行热翻边；

9）检验。

使用时先将聚四氟乙烯粉末置入环形填料腔内，再将聚四氟乙烯等静压成型装置放置于等静压机的高压舱液面下，再对高压舱进行加压，由于管状外模上开有很多通孔，水压穿过通孔并作用于弹性膜层上，弹性膜层受力变形并向内挤压，弹性膜层又将压力作用于环形填料腔内的聚四氟乙烯粉末上并保持压力基本不变，在此压力下保压一段时间，聚四氟乙烯料管坯即满足了工艺成型压力的要求，同时由于管状内模内腔的水压与作用于弹性膜层上的压力相同，水压穿过通孔后作用于管状外模的内壁的水压与作用于外壁的压力相同，即管状内模和管状外模的内外压力保持平衡，因此成型装置不会因压力过大而变形损坏，既保证了管坯的质量，又确保了成型装置的完整，保压完成后再进行泄压开缸脱模，管坯再经过烧结工序的烧结，即完成了管坯的制作，成型管坯的外径设计略大于管道内径，管坯经口模拉细后插入管道后再对管坯进行加热，由于成型管坯具有记忆功能，加热后的成型管坯回弹至口模拉细前的尺寸，由此使聚四氟乙烯管坯紧衬在管道内，并且使内衬中的有害应力充分释放，再对延伸至管道外的管坯端面进行热翻边，即完成管道的聚四氟乙烯衬里，检验合格后的衬里管道质量好，耐高温高压，可满足232°高温条件下的全真空使用。

作为优选，所述步骤3）中的压力设定值为25至35MPa，保压时间为1至20分钟。足够的压力及合理的保压时间可提高聚四氟乙烯管的密度及抗拉伸强度和抗渗透性。

作为优选，所述步骤4）中的管坯的外径比衬里管道内径大2%至5%。合理的管坯外径可确保管坯紧衬在管道内。

作为优选，所述步骤6）中的管坯与衬里管道间的间隙为1mm至2mm。合理的间隙既可保证管坯顺利置入管道内，又防止间隙过大而无法紧衬。

作为优选，所述步骤9）中的检验包括高温老化试验、低温老化试验、蒸汽和冷却水循环试验、高温真空试验、耐压试验和耐静电试验。多种试验可进一步确保衬里在各种条件下的性能指标，提高衬里可靠性。

因此，本发明的采用聚四氟乙烯等静压成型装置的管道衬里方法具有下述优点：采用等静压工艺，对聚四氟乙烯坯料加压至工艺压力30MPa左右,再将出模坯件烧结后拉细并置入管道内，加热后聚四氟乙烯管坯记忆回弹，使衬聚四氟乙烯管紧衬在管道内，衬里耐高温高压性能好，在232°的高温下可全真空使用。

附图说明：

图1是本发明的聚四氟乙烯等静压成型装置的结构示意图；

图2是图1所示放入高压舱进行冷压成型的结构示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例： 

如图1所示，本发明的一种聚四氟乙烯等静压成型装置，包括管状内模1及套装在管状内模1外的管状外模2，管状外模2的两端分别向外水平延伸，在管状外模2的内腔中插接一根等直径的管状的弹性膜层6，弹性膜层6由橡胶材料制成并平贴在管状外模2的内壁面上且两端水平延伸在管状外模2端面上，在管状内模1上端的外侧套装一个上密封环3、下端的外侧套装一个下密封环4，上密封环3和下密封环4的内环面密封连接在管状内模1上，外环面分别抵接在弹性膜层6上，使弹性膜层6夹紧在上密封环3与管状外模2和下密封环4与管状外模2之间，从而弹性膜层6、上密封环3、下密封环4和管状内模1共同围合形成一个环形填料腔5，在与环形填料腔5对应的管状外模2上均匀开有若干个通孔21，且通孔21的通径面积占管状外模2外环面面积的50%。其中的上密封环3的外端面向外延伸后通过螺钉水平固定在管状外模2的上端面上，在下密封环4的外端面上水平抵接一块环形压板7，环形压板7通过螺钉固定在管状外模2的下端面上，且环形压板7的内环面通过密封圈8密封连接在管状内模1上，弹性膜层6的两端分别夹固在上密封环3与管状外模2的端面之间及环形压板7与管状外模2的端面之间。在管状内模1两端的中孔内分别插接一个上定位法兰9和下定位法兰10，上定位法兰9的安装面通过螺钉水平固定在上密封环3上，下定位法兰10的安装面通过螺钉水平固定在环形压板7上。

使用时，如图2所示，包括如下顺序步骤：

1）组装聚四氟乙烯等静压成型装置，并将聚四氟乙烯粉料填满在环形填料腔5内；

2）再将聚四氟乙烯等静压成型装置整体放置于等静压机的高压舱内，并向高压舱内注满水；

3）对高压舱加压至设定值30MPa并保压10分钟，使环形填料腔5内的聚四氟乙烯粉料冷压成型为管坯；

 4）打开高压舱后取出聚四氟乙烯等静压成型装置，并取出管坯，且成型后的管坯的外径比衬里管道的内径大3%；

5）对管坯进行烧结；

6）用口模将管坯拉细至设定值，即使管坯与衬里管道的间隙为1.5 mm，并将管坯置入衬里管道内；

7）加热管坯，管坯尺寸恢复后贴紧在衬里管道内；

8）对管坯两端进行热翻边；

9）进行六大检验：

高温老化试验：250℃试验3小时并重复3次；低温老化试验：冷却样品至-18℃并保持48小时后再升温至16℃；蒸汽和冷却水循环试验：蒸汽压力达862KPa后排尽蒸汽并通入冷却水循环100次；高温真空试验：232℃全真空无鼓泡坍塌现象；耐压试验；耐静电试验。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1. 一种聚四氟乙烯等静压成型装置，其特征在于：包括管状内模（1）及套装在管状内模（1）外的管状外模（2），在管状外模（2）的内壁上设有弹性膜层（6），在管状内模（1）两端的外侧分别设有上密封环（3）和下密封环（4），上密封环（3）和下密封环（4）的外环面分别抵接在弹性膜层（6）上，且弹性膜层（6）、上密封环（3）、下密封环（4）和管状内模（1）共同围合形成环形填料腔（5），在与环形填料腔（5）对应的管状外模（2）上设有若干个通孔（21）。

2. 根据权利要求1所述的聚四氟乙烯等静压成型装置，其特征在于：所述弹性膜层（6）为平贴在管状外模（2）内壁上的圆形的橡胶管。

3. 根据权利要求1或2所述的聚四氟乙烯等静压成型装置，其特征在于：所述上密封环（3）的外端面向外延伸后水平固定在管状外模（2）的上端面上，在下密封环（4）的外端面上抵接有环形压板（7），环形压板（7）水平固定在管状外模（2）的下端面上，且环形压板（7）的内环面通过密封圈（8）密封抵接在管状内模（1）上，弹性膜层（6）的两端分别夹设在上密封环（3）与管状外模（2）的端面之间及环形压板（7）与管状外模（2）的端面之间。

4. 根据权利要求3所述的聚四氟乙烯等静压成型装置，其特征在于：在所述管状内模（1）的两端分别设有上定位法兰（9）和下定位法兰（10），上定位法兰（9）的端口延伸至管状内模（1）内并水平固定在上密封环（3）上，下定位法兰（10）的端口延伸至管状内模（1）内并水平固定在环形压板（7）上。

5. 根据权利要求1或2所述的聚四氟乙烯等静压成型装置，其特征在于：所述通孔（21）在管状外模（2）的外环面上均布，且通孔（21）的通径面积占管状外模（2）外环面面积的40%至60%。

6. 一种采用权利要求1所述装置的管道衬里方法，其特征在于：包括如下顺序步骤：

1）组装聚四氟乙烯等静压成型装置，并将聚四氟乙烯粉料填满在环形填料腔内；

2）再将聚四氟乙烯等静压成型装置整体放置于等静压机的高压舱内，并向高压舱内注满水；

3）对高压舱加压至设定值并保压，使环形填料腔内的聚四氟乙烯粉料冷压成型为管坯；

 4）打开高压舱后取出聚四氟乙烯等静压成型装置，并取出管坯，且衬里管道的内径小于管坯的外径；

5）对管坯进行烧结；

6）用口模将管坯拉细至设定值，将管坯置入衬里管道内，且管坯与衬里管道间设有间隙；

7）加热管坯，管坯尺寸恢复后贴紧在衬里管道内；

8）对管坯两端进行热翻边；

9）检验。

7.根据权利要求6所述的聚四氟乙烯等静压成型管道衬里方法，其特征在于：所述步骤3）中的压力设定值为25至35MPa，保压时间为1至20分钟。

8.根据权利要求6或7所述的聚四氟乙烯等静压成型管道衬里方法，其特征在于：所述步骤4）中的管坯的外径比衬里管道内径大2%至5%。

9.根据权利要求6或7所述的聚四氟乙烯等静压成型管道衬里方法，其特征在于：所述步骤6）中的管坯与衬里管道间的间隙为1mm至2mm。

10.根据权利要求6或7所述的聚四氟乙烯等静压成型管道衬里方法，其特征在于：所述步骤9）中的检验包括高温老化试验、低温老化试验、蒸汽和冷却水循环试验、高温真空试验、耐压试验和耐静电试验。

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